凡口矿东风井通风机远程监控的实现.pdf

E L E C T R O N IC S WO R L D 探 索s观察 凡 口矿东风井通风机远程监控的实现 中金岭南凡口铅锌矿周勇 【 摘要】本文针对通风机的工作环境和运行特点，介绍了可编程逻辑控制器 P L C 在凡口矿山通风系统中的应用；分析了通风机自动控制 系统的组成和设计 ；并介绍 了P L C-其他智能装置及计算机联网组成的远程监控 系统，为通风设备的管理和维修提供 了可靠的科学依据。 【 关键词 】 通风机；P L C；远程监控 0 前言 矿井通风系统主要是为 了解决矿井 内空气 的流通问题， 使在井 下作业的人员能够正常工作并使有害气体能够及时地疏散到井外大 气中去 有的排 出气体需先经过处理，如我矿通风井经过喷淋装置 过滤后排出气体 。故对通风设施进行系统化管理和利用优越的控 制与监视系统的工作就显得尤为重要 。 1 凡口矿矿井通风概况 矿井的气候条件常用风流的温度、湿度及风速三个参数进行综合 评价。井下工作地点最适宜的气候条件是空气温度为l 5 ℃至2 O ℃， 空气相对湿度为5 0 ％至6 O ％，所要求风速的大小根据气温的高低和其 它条件而定，无提升设备的风硐其最高风速为1 5 m ／ s 。这三个参数是影 响人体散热的主要因素。风速不仅对人体散热及舒适有重要影响， 还对矿尘悬浮、炮烟集聚、井巷通风阻力等有较大关系。因此，为 了改善矿井气候条件 ，防止炮烟集聚，要求井巷风速不能太低 ；为 了防止井巷 中落尘飞扬 、产生较大的通风阻力等，要求风速也不 能过大。在井通风气候条件三要素中，湿度与温度密切相关，但 由 于湿度控制比较困难，故改善气候条件的重点就是将井下、特别是 采掘工作面的气温和风速进行适当调节，通过按需分风决定各工作 面的风量 。凡 口矿井下通道 四通八达 ，纵深宽广，最深处距地面 8 8 2 m，每条通道横向距离达2 ． 5 公里 ，每个 中段通道总长长在2 O 公 里以上，全部矿井通道总长在5 0 0 公里左右，且通道截面宽阔。因 此，控制温度不切实际，而控制风量风速变得切实可行。除风井通 风外 ，井下使用小型风机往深远的通道通风 。 2 通风机远程监控系统的硬件设计 2 ． 1通风机的运行控制方式 本系统可实现远方中控室控制、本地控制二种开机方式，通风 机亦可实现反转运行。两种方式均可可实现风机控制、风 门控制、 润滑站、喷淋系统、水箱、变频器等手、 自动控制，紧急情况下 ， 操作台、现场、中控室可以急停风机。 2 ． 2通风机的参数检测 本系统由于主、辅设备多 ，分类广 ，所用到的检测装置也各式 各样 ，主要有 1 温度信号的检测采用测量 电阻作为传感器 ，变送器为 多路温度巡检仪，可显示、转变信号、报警。 2 启／ 停信号 的检测主要用于各种机 电设备启／ 停状态检 测，并把检测到的设备启／ 停信号转换成各种标准信号传输给P L C。 3 风量 的检测 使用一体式压力变送器进行风量、风压检 测，并显示和输出电信号。 4 振动参数的检测使用一体化振动变送器 。将传统的振动 传感器、精密测量电路集成在一起，实现了高精度振动测量。一体化 振动变送器主要安装在风机装置的轴承盖上，可测量振动烈度或者振 动幅度。它是由运动线圈切割磁力线产生输出信号的变送器。 5 压力的检测 需要检测风道 中的静压和全压。压力 的测 量采用钻孔取压。测点选择在通风机 的入 口，将取得 的压力信号通 过压力传感器转换成 电信号。 6 电气参数检测方式关于电气参数，就是 电力系统中配备 4 8电子l i t 界 的空载电流与负载电流 ，此外，功率、电压、电能、功率因数也是一 个重要的部分。此外，电压开关柜还需要应用到多功能智能仪表与 综合保护装置，可以对线路和电量进行保护和采集，相关的电气参 数是可 以利用这一装置来获取的。 7 信号采集设备采用隔离变压器和高精度稳压电源，提高 系统工作的稳定性。选用高精度的变送器将一次信号转换成标准的4 至2 0 mA电流 。传输信号采用屏蔽电缆，减弱电磁耦合干扰。系统的 专用软件完成数据的采集、分析等工作，从而实现系统的各项功能。 8 系统的通讯 通 讯网络采用总线网络拓扑，现场通讯采 用p r o f i b u s ． D P 通讯网络，上位机与P L C、上位机和远方控制 集控 室网络则采用以太网方式通讯，远距离通过光纤与 中央控制室工 业控制计算机联网，实现通风机的远程监视和控制。 2 ．3 系统的输入／ 输出模块 数字量输入模块用于连接外部的机械触点和 电子数字传感器 ， 例如光电开关、按钮等，它将来自现场的外部数字量信号的电平转 换为P L C内部的信号 电平 ，有数字滤波功能，以防止 由于输入触 点 抖动或外部干扰脉冲 引起 的错误信号 。S 7 ． 3 0 0 的数字量输入模块为 S M3 2 1 。S 7 ． 3 0 0 的模拟量输入模块S M3 3 1 ，用于将模拟量信号转换 为C P U内部处理用的数字信号，其主要组成部分是A ／ D转换器。 数字量输 出模块在 电动机启动器 、灯 、接触器、驱动 电磁 阀 中都有着广泛 的应用 ，这一模块能够将 内部信号电平转化为外部信 号 电平，还可 以起到放大功率 以及隔离器 的作用 。本研究应用 的 s 7 3 0 0 数字量输出模块采用了S M3 2 2 ，其中s 7 3 0 0 模拟量输 出模块 可以直接应用在C P U中，并将其转化为相应 比例的电压信号与 电流 信号，可 以直接对执行机构产生调节与控制作用。 3 通风机远程监控系统软件应用模式 3 ． 1 程序的设计方式 系统P L C 程序的设计应用分块程序结构模式，将工程任务分为 不同的任务模块，每一个模块都可以根据子程序来实施处理工作， 在开展处理工作时 ，C P U 会不 问断工作，在遇到子程序调用指令 时，就会执行相应的工作 。虽然分块程序结构相对复杂，但是可以 将复杂的控制任务简单化 ，程序员编写起来也非常容易，具体的程 序编写模式如下 1 主程序用来调用各种功能或功能块，以实现各种功能。 2 初始化程序开始执行 自动控制程序之前 ，要求系统处 于规定的初始状态，将初始步对应的存储器位置位于1 状态 ，初始 步变为活动步，为实现 自动控制做好准备 ，当通风机运行后存储器 位被复位 。 3 风门的控制程序 风门打开与关 闭均采用天车控制 ，检 测开关有开到位、关到位 、过卷开关 ，风 门辅助设备 电动推杆开关 位置信号则采用行程开关。为防止通风时形成风流短路，严禁两个 通风机的风门同时打开，程序设计为相互 闭锁 。 5 正常通风时通风机电机 的控制程序为防止两个 电机同 向启动运行，两个电机之间分别设计 电气互锁 。 3 _ 2通风机的启动 通风机在未采用变频器驱动时应开风 门启动，在安装变频器系 统后，通风机应关住风门启动，其原因是带变频器启动时 ，其启动 时比直接启动力矩小，电机慢慢开始转动 ，若开启风 门启动，受其 它风井反向风力影响，导致启动失败 。启动条件还包括润滑系统、 下转 第5 O 页 E L E C T R O N IC S WO R L D 探 索与观察 2 ． 2 ．3 P L C 控制系统外部接线图 P L C控制系统的外部接线图如图1 所示，在 自动状态下 ，按下 启动按钮、温度选择开关、高水位选择开关后 ，程序 自动开启 ，进 水 电磁 阀Y v1 打开，系统开始进水 ，进水完成后，高水位传感器 自 动传出控制信号，使得进水 电磁阀YV1 关闭，将水加热到指定温度 添加洗涤粉 、洗涤泵 电动机M1 开启 ，清洁洗碗机 内部餐具、排出 脏水后再相应开启设备进水，进水完成后、洗涤泵电动机M1 开始 动作进行漂洗，最后烘干、消毒等过程依次开始。 手动程序可以根据餐具的污迹程度选择相应功能操作，节约时 间，便捷高效。在手动状态下，实际操作中相当于首先按下启动按钮 S B 3 、温度选择开关S A1 ，进水电磁阀Y V1 打开，开始进水，进水完 成后，高水位传感器自动发出控制信号，使得进水电磁阀关闭，选择 清洗的功能依次进行预洗、主洗、漂洗、烘干、消毒等过程。 番 茕 却 进 行 童 龅 抖 程 抒 涮 魄 进 程 X按奄 H． ￡ 进 行 糕 干 垃 r一 并 进 } 消 斑 矬 张 臀 坝 槐 婉 漶 糍 电 机 鸫 础 汗 抬 嚷 淋 峨 榔 蛄 嫩 。 排 玳 l鬣 嫩 虮 妇 湖 蠹 f j 排 球 _I 氅 把 晚 饿 瀣 援 电机 础 ． 弹 始 嚷 赫 疃辩 蛄 策 。 排承 藁 电机 宸 _础 ，开 始排 求 堡 垒 竺璺 l 璺 麴暖 一 ● 瞎嫩椭雠桁避 玳 l 嘘f ～ 荫 f ～ 撼j先撬瀣飙 电机寤动 ，扦 始嚷；}摊 囔 潍 蛄 瘫 ， 排 水 电机 崩础 ， 开 始排 球 排 敷 精 密 ][二二 攮 群 如 确 ．．． ．。 。 I 一 雠 F r i n 图2系统流程图 3 洗碗机控制系统程序设计 3 ． 1 系统流程图 系统的流程图如图2 所示，系统的运行方式有手动和 自动控制两 种方法。手动控制运行的时候，需要按照实际过程的需求，按下预洗 X 7 、主洗X8 、漂洗X 9 、烘干X A、消毒X B 等功能键，分别实现对应 的功能；自动控制运行的情况下，系统按照编写的程序，自动的完成 清洗餐具的各个步骤，自动完成进水、喷淋、排水、加热、添加洗涤 粉、烘干、消毒等过程，能够很好的完成清洗餐具的工作。 3 ． 2 系统主程序初始化设计 洗碗机控制系统包括一个主程序和六个子程序 ，其中主程序主要 是对 自动控制运行方式和手动控制运行方式进行选择，并对六个子程 序进行调用，按下自动控制按钮S B1 ，X 0 闭合，同时按下温度选择开 关S A1 ，X 4 、X5 或X 6 闭合，Y 9 置位，自动指示灯H L 2 亮，同时调用 子程序1 ；按下手动控制按钮S B 2 ，使X1 闭合，YA 置位，手动指示灯 H L 3 亮，程序则调用子程序2 、子程序3 、子程序4 、子程序5 、子程序6 的其中一个。利用F P WI N． G R 仿真软件画主程序梯形图如下图3 所示。 。口 ， b ， I } 4 结论 图3主程序控 制梯形 图 本文主要完成了基于P L C 的洗碗机 的智能化控制，具有 自动和 手动两种功能模 式，可 以根据餐具 的脏污程度进 行选择 ，省水省 电，大大解放了人类的双手 ，同时为厨房小家电加入到物联网的发 展格局 中提供依据。 参考文献 【 1 】 京讯． 全 自动家用洗碗机U J ． 家用电器， 1 9 9 9 2 1 9 2 0 ． 【 2 1 Y - 向红l 洗涤方式的研 究及新型家用洗碗机的研制[ D】 ． 广西大 学， 2 0 0 4 ． 【 3 】 喻永康， 何雪明诜 碗机喷淋结构的优化设计研究U 】 l 湖南工业 职业技术学院学报，2 0 1 2 ， 5 1 2 1 0 1 1 ． 【 4 】 张伏，邱兆美， 王俊等 基于西门P L C -b 机控制 系统设计U J ． 制造业 自动化 ， 2 0 1 3 ， 1 0 3 5 3 1 3 3 ． [ 5 】 吕以全， 张鹏． P L C 对洗碗烘干机的控制U 1 ． 机电工程技术，2 0 0 6 ， 2 3 5 6 0-6 2 作者简介 李 晓娟 1 9 8 6 一 ，女 ，硕士研究生，助教 ，研究方向模式 识别与智能控制。 上接 第4 8 页 喷淋系 统、水箱系统 包括水 阀，高压系统、变频系统以及 电 机 、风机各参数满足条件，各转换开关在准确位置。待风机启动正 常稳定后，打开风 门，再进行加速，直至满足所要求的速度。通风 机启动可在现场仪表柜 、操作台利用按钮启动；也可以在上位机启 动，下图为上位机风机启动界面。 3 ． 3 通风机的运行与远程监控 通风机启动后需根据井 下实际作业人数、作业面 、作业 内容 和其它一些情况来调节转速 ，如我矿在周一至周六 白天将风机调至 最高转速，而周 日和晚上则调至最高转速的8 0 ％，这样为企业节约 了不少能源 。下图为通风机运行主画面，其还包含有风机启动 、报 5 0 电子 世 界 警、历史记录等子画面 ，随时可 以进行切换观察。主画面显示风机 温度、振动 、电机温度、电流、转速、功率，润滑站、风 门系统 以 及水箱等的部分参数和系统的其它状态参数等。 4 结束语 通风机是保证矿井安全生产的主要核心设备之一，其工作状况 对矿井的企业运营效益有很大的影响。通过选用具有优 良性能的传 感器、变流器等检测装置，可以对通风机及相关配套设备进行实时 状态监测。