风机在线监测的设计与核心部件选型.pdf

总第 1 5 4期 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 5 2 7 9 8 ． 2 0 1 2 ． 0 6 ． 0 1 2 风机 在线监测的设 计与核心部件 选 型 戚 潞安环 能股份公 司 王庄煤矿 ， 山西 长治0 4 6 0 3 1 摘要 在设计矿井主扇风机 自动化监控系统中用西门子 s 73 0 0 P L C模块等部件， 采用先进、 可靠的传感 器和先进的矿井主通风机流量监测方法， 实现实时监测通风机的性能参数 、 状态参数和电机的电气参数的 监测和远程通讯 。 关键词 P L C模块； 通风机； 在线监测 中图分类号 T D 6 3 5 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 5 ． 2 7 9 8 2 0 1 2 0 6 0 0 2 8 0 3 在煤炭生产中， 矿井主通风机是煤矿的主要耗 能设备之一 ， 它 的节 能问题 自然成 了关注 的热点 。 对矿井主通风机运行状况进行实时动态监测 ， 保证 主通风机安全 、 经济运行 ， 不仅可提高矿井通风机装 置的综合运行效益 ， 而且对整个煤矿的生产 系统进 一 步节能提供了有效途径。有关统计资料指出， 在 我国煤炭工业所发生的通风设备事故 中， 通风机组 事故发生 率 占 4 5 ％。由此可见 ， 实施风机 在线监 测 ， 确保风机运行的安全 、 经济性是十分必要的。 1 西门子 S 7 3 0 0 P L C简介 S I MA T I C s 7系列可编程控制器是德国西门子 公 司继 S 5系列可编程控制器成功之后推出的新一 代 P L C产品 ， 其 中 s 7 2 0 0是针对低性能要求 的小 型 P L C， S 73 0 0是针对 中性能要 求的模块式 中型 P L C， S 7 4 0 0则适用于中高性能要求 的大型模块式 P LC。 在本系统中选用西门子 S 7 3 0 0 P L C， 主要基于 以下考虑 首先 ， 西门子最先提 出了全集成 自动化 T I A的概念 ， 并且在近十年的时间里不断完善 ， 相继 推出了从硬件设备 、 通信网络标准到编程组态软件 的全套解决方案 ， 其产 品在 国内市场 占有率最高 ， 应 用最为广泛 ， 相关技术 较为成熟 ， 性 能最为稳定可 靠 ； 其次 ， 西门子 s 7系列 P L C产品是西 门子 T I A技 术的核心 ， 其中 s 7 3 0 0 P L C作为 s 7系列 中的中型 模块化产品 ， 其功能、 结构 、 价格都 比较适 合大 中型 设备 的现 场控 制使用 ； 第 三 ， 西 门子 为 s 73 0 0 ／ 4 0 0 P L C的编程工具， 还能完成 系统 的硬件 、 网络环 境等的组态 ， 同时它还可以同西门子推出的 P r o t o o l 、 S I MA T I C Wi n C C等其他编程组态工具联合使用 ， 构 成功能更为强大的集成 自动化系统开发平台。 28 S I MA T I C S 73 0 0 P L C不仅在控制功能上表现 出色 ， 而且具 备强 大 的通 讯功 能。作 为模 块化 的 P L C产品 ， s 73 0 0有 丰富 的通信模 块可供 选 择。 通过使用相关的通信模块 ， 可以方便地将 P L C与 S I MA T I C N E T工 业 以太 网、 P R O F I B U S现 场 总线 、 MO D B U S总线 ， 以及新一代的 P R O F I N E T工业 以太 网连接 ， 形成统一的通信体系。 s 73 0 0采用紧凑的 、 无物理槽位 限制 的模块 结构， 电源模 块 P S 、 处理模块 C P U 、 通 信模 块 C P 、 信号模块 S M 以及功能模块 F M 都 以相同 的方式安装在导轨上 。安装 的过程非常简单 ， 只需 要将模块钩放在 D I N标准导轨上 ， 然后用螺栓锁紧 即可。机架的逻辑槽位 由左至右分别为 1号至 1 1 号 ， 其中电源模块 总是放在导轨 的最 左边， C P U模 块紧靠电源模块。如果有接 口模块 ， 则其应安排在 C P U模块的右侧。 2 通风机 自动控制原理及整体框图 根据大型煤矿风机特性和通风要求 ， 需要对风 量 、 压力 、 转速 、 电机 电流、 电压 等各项指标进 行监 测。图 1为基于 s 73 0 0 P L C风机监测 系统的原理 图。 3 风机设备组成及安装情况 矿井主扇风机系统主要 由以下设备组成 每 台 风机安装有 2台 6 k V的高压异步电动机 ， 电动机上 安装了三相定子和前后轴承温度传感器； 1 扇地面 风道 闸 门， 用来 调 节风 量 和 倒换 风 机 ； 4台低 压 3 8 0 V电动机组成风门电动机 ， 分别用于控制垂直风 门和旋转风门 ； 在风机风道处安装测量差压 、 负压 的 气样管道及流体温度传感器 ； 同时 ， 为了保证附属设 收稿 日期 2 0 1 2 - 0 2 -0 6 作者简介 戚飞飞 1 9 8 0一 ， 女， 吉林辽源人， 助理工程师 ， 从事机电技术工作。 戚飞飞 风机在线监测的设计与核心部件选型 第2 1卷第6期 备可靠地工作 ， 安装 2台5 0 k V A的干式变压器综合 保护装置。矿井主扇风机 自动监 控系统 以西 门子 s 73 0 0 P L C为核心 ， 主要 由信号 监测装 置 、 传感 变送 器 、 P L C、 通信装置、 上位机及其它设备组成 ， 可分为风机变电站监控 系统和风机本体流量 、 负压 和振动参数等的监控系统 ， 如图 2所示 。 风量 传感器L- 模 压力传感器 拟 通 量 信 转 速 传 感 器卜 __ 输 模一 入 ] 广 块 模 I _ _J 电 流 传 感 器 r 一 块 P L C 电压传 感器 控 制 模 块 数 广 _ ] _ 输 出 开 关 模 风 机 开 停 状 态 字 _j L 块 一 块 量 输 风门开关状态} 入 模 块 图 1 通风机 自动控制 系统 的基本原理 J 号通风机及 配套机电设备 1 1 l I I l筝 曩 釜 2 号通风机及配套机电设备 曩 l l 置 l l 置 I I嚣 电 流 互 感 器 电 压 互 感 器 ll蓁 Il I I筝 鑫 堡 工控P L C 中央处理单元 l 旦 堡里 r ． 1 塑 堡 奎 l 图 2 矿井主扇风机 自动监控系统组成 4 用 P L C实现风机的自动控制 本系统采用 了分块程序结构编程 ， 分块程序是 指把一个工程的全部任务分成多个任务模块 ， 每个 模块 的控制任务则根据具体情况编写相应的子程序 进行处理 ， 在程序执行 过程 中， C P U不 断扫描主程 序 O B 1碰到子程序调用指令就转移到相应 的子程 序中执行 。分块程序虽然结构复杂一点 ， 但是可 以 把一个复杂 的控制任务分解成多个简 单 的控制任 务 ， 分块程序有利于程序员编写， 而且程序调试起来 也 比较简单 ， 所 以该控制系统设有 1 O个功能 F C 。 下面具体介绍采用的各个功能 F c的作用 F C 1功能 当2号风机发生故障或进行检修时 ， 1号风机正向旋转 ， 1号风门处于关门状态 。当需要 应急反风时， 1号风机反向旋转 ， 此时 1 号风 门处于 开门状态， 风 门指示灯亮。F C 1功能 的梯形图如 图 3。 幽 3 F C1功 能 的梯 形 F C 2功能 当 1 号风机发生故障或进行检修时， 2号风机正向旋转 ， 2号风门处于关门状态。当需要 应急反风时 ， 2号风机反 向旋转 ， 此时 2号风门处于 开 门状 态 ， 风 门指示灯 亮。F C 2功能 的梯 形 图与 F C 1功能的梯形图相 同。 F C 3功能 风机 自动／ 手动切换。F C 3功能 的梯 形图如图 4 。 图 4 F C 3功能的梯形图 F C 4功能 电机前轴温度超标报警。 F C 5功能 电机后轴温度超标报警。F C 4 F C 5 功能的梯形图如图 5 。 图 5 F C 4 F C 5 功能 的梯形 图 F C 6功能 风机前轴温度超标报警 。 F C 7功能 风机后轴温度超标报警 。 F C 6 、 F C 7梯形图的原理与 F C 4功能相 同。 F C 8功能 风机、 电机振动报警 。F C 8功能 的梯 形 图如 图6 。 F C 9功能 电网电流、 电压报警 。F C 9功能 的梯 形 图如 图7 。 F C 1 0功能 风机人 口处负压报警。其梯形图的 2 9 流量监测装置 箍 一 { 戚飞飞 风机在线监测的设计与核心部件选型 第2 1卷第6期 原理与 F C 4功能相同。 图 6 F C 8功 能的梯形 图 电 图7 F C 9功能的梯形图 5 结语 使用高可靠性的工控 P L C设计 和实 现通风机 的在线监测及控制 ， 通过与中央控制室工业控制计 算机联网， 实现 了通风机的远程监视和控制 ， 解决了 以前风机监测 系统过 于简单 、 部分关键参数 如风 机流量 监测精度较低 、 监测内容不全面 、 未与调度 中心进行信息系统集成等问题。实现了对各种影响 风机运行情况的及时报警 ， 保证 了风机的安全 、 高效 和稳定运行。 [ 责任编辑 王伟瑾 ] ‘ ． ． ‘ ． ． ． ’ ． ． ． ． ． ’ ． ． ． ． ‘ ． ． 4 ’ ． ． ． ． - 。 ． ． ‘ ． ‘ - ． ’ 。 ． - -’ ～ ． ． ， ’ 一 一． ． ． ． ， ． ． ． ’ ． ． ’ ． ． ． ． ． ． ’ ‘ ． 上接第 1 0页日进尺 比原来提高 4 ． 0～5 ． 0 m， 掘 进效率提高 3 0 ％左右 。 2 及时支护空顶区， 减轻劳动强度。原采用 的锚杆前探梁和轻型单体液压支柱相配合 的临时支 护方式 ， 工人劳动强度大 ， 费工费时。用临时支护装 置替代后 ， 实现了综掘 自动临时支护 ， 取得了良好 的 支护效果。 3 该临时支护装置为主动支护与被动支护相 结合 ， 能有效减少冒顶事故的发生 ， 最大程度避免掘 进工作面人身安全事故 ， 提高了作业面的安全度 ； 故 障率低 ， 维护量小。 4 结语 1 管缝式锚杆用 于巷 道掘进时 的临时支护 时 ， 通过 自身的涨力对煤体施加径向力 ， 从而对煤体 起到加 固作用。管缝式锚杆临时支护能使巷道围岩 形成结构 ， 有效控制冒顶事故 的发生 ， 适用于煤层较 松散 ， 构造多， 经常通过构造 区， 顶板难 以控制 的情 况 。 表 2 主要技术指标 2 综掘机载式临时支护装置实现 了临时支 护的机械化 ， 提 高了临时支护速度 ， 及 时支护空顶 区， 减轻劳动强度 ， 初期还能提供更大的承载力 ， 增 加了临时支护 的强度， 同时该装置进行临时支护时 ， 为主动支护与被动支护相结合 ， 能最 大限度的减少 冒顶事故的发生。 3 伯方煤矿二盘 区回风巷掘进采用机载 式 临时支护装置后 ， 临时支护全机械化 ， 实现了综掘 自 动临时支护 ， 日进 尺比原来提高 4 ． 0～5 ． 0 I n ， 掘进 效率显著提高 ， 在 3 0 ％左右 ， 工作 面的安全情 况也 有了显著 的改善。 3 0 参考文献 [ 1 ] 张乾 ， 赵顺法， 赵建军． 开拓巷道过断层带超前临时 支护技术 [ J ] ． 煤 ， 2 0 0 6 ， 1 5 1 3 1 3 2 ． [ 2 ] 孙汉春． 掘进头超前支护的研制[ J ] ． 煤炭科学技术， 1 9 9 1 1 2 4 2 4 5 ． [ 3 ] 段石 ， 白运华， 黄义通． 机载式临时支护装置在济宁 二号煤矿的应用[ J ] ． 煤矿现代化， 2 0 1 0， 3 6 3 7 0 71． [ 4 ] 闫翠萍． 掘进机机载临时支护装置的应用[ J ] ． 山西煤 炭 ， 2 0 1 1 ， 3 1 4 3 33 4 ． [ 责任编辑 王伟瑾]