基于PLC的煤矿风机自动监控系统.pdf

基于P L C髓煤矿风栅自动监控系统 宁夏天元信达 电力工程有限公 司 剡文福 【 摘要] 风机作为矿井通风的重要设备， 在煤矿生产中具有极其重要的作用。本文介绍了基于P L C的煤矿风机 自 动监控 系统的设 计方案， 分别从硬件和软件两方面对系统进行 了分析， 提高了煤矿通风机的工作能力和生产的安全性。 [ 关键词] P L C煤矿风机监控 近几年， 在我国公布发生的煤矿事故中， 有5 0 ％ 左右的事故都与井 下瓦斯浓度太高有关 。井下各巷道在挖掘过程中经常会产生大量的 有毒气体。显然， 想要保障煤矿生产安全、 有效地降低井下粉尘和瓦斯 浓度 ， 光靠 自 然通风是远远不够的。为了保证通风顺畅， 创造 良好的空 气环境， 建立完善的井下通风系统是预防瓦斯事故的有效措施之一。 目 前 ， 煤矿普遍采用风机不停地向掘进工作面或巷道输送新鲜空气， 同 时将掘进工作面或巷道的矿尘和煤气等排出矿井 。因此， 研究煤矿风 机监控系统是非常有必要的， 煤矿风机 自 动监控系统在煤矿安全生产 中起着非常重要的作用。本文介绍一种基于P L C 的煤矿风机自动监控 系统， 能够对风机的各个参数进行实时监测， 根据监测结果实时调整风 机的输出风量大小 ， 达到环境通风的标准要求。 1 ． 系统功 能 系统利用电气控制设备和软件技术实现对局部风机的实时监控 ， 实时监测工作环境的风压 、 瓦斯浓度、 风机运行参数 ， 在数据超限时进 行报警。并通过软件记录数据， 进行各种统计曲线等的图文显示 ， 使风 机监控符合现代化矿井管理的要求。系统采用P L C 及上位机监控软件 可 以实现如下功能 1 通风机可 以实现变频和工频两种运 行状态 ， 提高生产安全性 。 2 系统能够根据井下的实际情况， 如风压、 瓦斯浓度等参数的变 化 ， 实时进行风量 的自动调节 。 3 根据 煤矿安全规程 所规定的安全标准设置报警界限值 ， 当检 测到井下瓦斯浓度超过报警上限值时发出声光报警， 同时输出相应的 控制信号， 改变风机的风量和风压等以排出瓦斯。 4 对风机的电量参数 电压、 电流、 功率等 、 运行情况参数 温度、 振动等 实时检测 ， 当超出设定值规定范围时， 触发系统的报警和故障 处理功能 ， 发出声 光报警 ， 并 立即切换风机 的运行状态 。 5 利用上位机 软件实现人 机互动 显示 风机系统运行 状态图 ， 按 需求记录实时监测数据， 记录报警信息， 可生成实时数据报表。并可以 通过上位机软件系统工作界面直接控制风机的启停、 对报警信号进行 紧急处理等操作。 2 ． 系统组成及 工作原理 监控系统由现场监控和上位机两部分构成 ， 系统的结构组成如图1 所示 上位机 触摸屏式 报警电路 U P L C 现场监控 上 上 L 一 温 I 电 风 瓦 变 I 度 l 动 1 量 压 斯 频 l 传 J 传 l 传 传 传 器『 感I 感I 感 感 感 器 1 器 1 器 器 器 - r T T 弋 通 风 机 卜 _ 叫掘 进 工 作 面 图 1系统组成 图 系统通过对井下掘进工作面环境的监测， 实时采集风压、 瓦斯浓度 信息送给P L C， 依据煤矿安全对环境数据的要求， P L C 进行测量数据分 析 ， 通过变频器对风机风量进行自动调节， 瓦斯过高时报警。系统正常 运行的同时， 通过传感器对通风机运行状态下的温度、 振动、 电压和电 流参数进行实时采集， 当超出设定值规定范围时， 发出声光报警， 触发 系统的故障处理功能， 立即切换风机的运行状态。 现场监控随时会将数据上传到上位机， 由上位机保存数据 、 记录工 作状态和报警事故。并且， 上位机通过软件可以对数据进行分析处理 ， 以图、 表、 文字等多种表现形式实时展现监控系统的工作情况。需要的 时候， 还可以将数据生成各种报表形式并打印出来。 - - 2 5 6 -- 3 ． 硬件模块设计 3 ． 1 主控制器 本系统的主控制器选择西门子的s 7 3 0 0 系列P L C 作为C P U核心 处理单元。s 7 3 0 0 是模块组合式P L C ， 由基板及模块组成， 有多种基板 可供选择 ， 可根据实际需要构成不同的系统。经过比较 ， 最终选择 s 7 3 0 0 系列中的C P U 3 1 3 C 为处理器。在C P U 3 1 3 C中， 提供有 2 4 路数 字量输入 所有输入都可用作报警处理 ， 1 6 路数字量输出以及 5 路模 拟量输入和 2 路模拟量输出 用于电流／ 电压信号 ， 以及 1 路附加输入 用 于测量 温度 。 当模拟输 入端 口不够用 时， 可以采用 E M2 7 7 扩 展模 拟量输入模块负责模拟信号 A ／ D转换。 3 ． 2 传感器 本系统传感器主要包括温度传感器 、 振动传感器 、 电量传感器 、 风 压传感器和瓦斯传感器。各传感器型号和功能如下 温度传感器 采用WZ D 系列温度传感器， 它是专门测量轴承温度 的温度传感器， 其测量元件为铂热电阻P t l 0 0 ， 配置恰当的测温仪表后， 可监测轴承温度并可实现报警和控制。在本系统中主要监测风机T作 时的电机轴承温度和联轴器温度 ， 并将该温度值转换成电信号送给 P L C， P L C把 当前温度与设定温度进行 比较 ， 一旦温度超过设定温度 ， 则 启动对应的处理程序。测量范围为O ～ 2 0 0 ℃。 振动传感器 采用C Z 8 9 1 一体化振动传感器， 它是将振动传感器与 信号调节器集成为一体的振动变送器， 能将现场采集的振动信号直接 变换为4 ～ 2 0 m A 标准信号输出， 输出信号可直接传送给P L C 。在本系 统中主要用来检测电机的振动参数， 转换成4 2 0 m A的电流信号， 送入 P L C 的模拟量输入模块。 电量传感器 本系统的电量传感器是指测量电压电流参数的传感 器。系统选用A B B 工业用电压电流传感器来测量通风机的电量参数 ， 以便及时监控风机的工作状态 ， 实现 自动调节 。 风压传感器 由于风量与差压存在对应关系， 所以风量的检测可以 采用工程检测方法 ， 即用压力传感器测得差压， 再根据差压计算出风 量。因此系统可选用压力变送器， 测点选择在风机的入口， 将取得的压 力信号 、 负压信号转换成电信号。本系统采用H A K K K Y B 系列一体化 风压变送器， 它选用进 口高精度、 高稳定性传感器芯片， 采用独特的应 力隔离技术 ， 经温度补偿及高稳定性放大处理， 将被测介质的差压信号 转换成4 ～ 2 0 m A D C 、 0 ～ 1 0 m A D C 或0 ～ 5 V D C 标准信号输出。测量范围为 0 ～ 1 0 0 0k P a 。 瓦斯传感器 系统采用H A D ／ K G J 1 6 B 型瓦斯传感器， 专门用于检测 煤矿井下空气中的瓦斯含量。H A D ／ K G J 1 6 B 具有多种标准信号制式输 出， 联检后能与煤矿安全监控系统、 风电瓦斯闭锁装置及瓦斯断电仪配 套使用。该传感器是一种智能型检测仪表， 具有稳定可靠、 使用方便等 特点。主要 目的是实时检测井下瓦斯浓度并 自动转换成电信号送给 P L C， P L C再 根据测得 的瓦斯浓度 的大小 确定送给变频器 的控制信号 ， 进而调节风机的转速 ， 控制风机 的输 出风量 。 3 3变频器 变频器在系统中的主要功能是调速， 通过调速来控制风机工作状 态， 提高风机的传动效率。采用变频器后， 电机的输入功率会明显减 少， 运行情况会得到改善， 控制精度提高， 响应速度加快 ， 并且可以节约 电能， 使整个系统工作平稳。本系统中的变频器可采用西门子变频器 G 1 3 0 ， 它是专门为满足泵机、 风机等传动系统需求而开发的一种通用变 频器 】 。功率范围在7 5 K W 8 0 0 K W， 使用内部互联的技术， 具有很高的 可靠性和灵活性 。 3 ． 4 报警电路 报警电路采用声光报警方式， 当变频器或P L C 有故障或停止工作 时， 报警指示灯会持续点亮， 同时报警器也会持续发出报警声 ， 报警后 风机就会停止运行。系统采用西门子的6 S E 7 0 3 2 报警模块， 设置报警 变量的取值范围， 如温度、 风压、 瓦斯浓度、 电机运行状况等。在本系统 出现现场报警的同时， 在上位机的运行界面上也会有报警指示 。 3 ．5 触摸屏 系统上位机带有 D O P B系列触摸屏， 通过 下转第 2 5 7 页 科技 社交网络与国书馆 聊城大学图书馆张月英王曼霞杨广丽 张军华 [ 摘要] 社 交网络是近年来 出现 的一种新型信 息交流 方式 ， 发展迅猛 。本 文认 为， 面对来势汹汹的社 交网络 ， 图书馆 应该采取“ 与狼 共舞” 的合作方式 ， 并 阐述 了图书馆与社 交网络合 作的策略和方法。 [ 关键 词] 社 交网络 图书馆合作 近年来 ， 社交网络处于飞速发展中 ， 根据中网资讯的数据 ， 截至 2 0 1 0 年 1 2 月， 中国社交网站的用户规模达2 0 3 5 亿人 ， 活跃用户规模约 为 1 ．5 亿人， 年增用户人数为5 9 1 8 万人， 年增长率为3 3 ． 7 ％I” 。然而， 在 网络人气不断上升、 服务不断改进的时候， 传统的图书馆正在逐渐失去 对读者的吸引力 ， 图书馆的工作越来越难以得到读者的满意和认可。 因此， 面对社交网络的挑战， 图书馆应持有什么样的态度 ， 应该采取什 么策略是图书馆人不得不认真思考的问题。笔者认为， 图书馆与社交 网络不应该成为敌人 ， 而是竞争对手， 是合作伙伴， 与狼共舞 、 选择共赢 的合作方式是 图书馆 的必然选择 。 1 ．社 交网络概述 1 ． 1 社交网络的概念 社交 网络 S o c i a l N e t w o r k i n g S e r v i c e s ， 简称 S N S ， 亦称社 会网络 ， 是 指社会个体成员之间因为网络互动而形成的相对稳定的关系体系。社 交网络以关系 友谊 、 沟通、 建议等的集合 为纽带 ， 以社会个体生产的 微 内容为核心， 以拓展个体真实社交圈为特色， 为社会个体共享知识、 分享心情等提供了超越时空的交往平台， 是近年来出现的一种新型信 息 交流方式。 1 ． 2 社交 网络的特点 1 真实性。社交网络采用实名制注册， 提高了交友的真实性与可 靠性 。 2 互动性。社交网络通过整合博客、 邮箱、 个人空间等功能， 为个 体提供了在线的互动交流环境 ， 包括文本交流、 文献传递 、 移动咨询等， 同时提供了强大的搜索功能。 3 个性化。社交网络可以让社会个体根据个人爱好定制元素， 构 建个人空间， 包括空间风格 、 隐私保护等。此外 ， 还可以发布日志 、 图 片 、 个性签名等 内容 。 2 ． 图书馆与社交 网络合作 的策略和方法 图书馆利用社交 网络能够将信息服务融入到读者的 日常生活中 去， 从而由一个提供预订信息的静态系统， 变成一个多维互动的信息服 务平台。 2 ． 1 图书馆在社交网站上安家落户 社交网络极高的人气和优质的用户资源对于图书馆有着极大的吸 引力 ， 社 交网络灵 活的交互 机制对 图书馆服务 是一种有益 的补充 。 目 前 ， 已经有一些 图书馆在社交网络上安家落户 ， 如在豆瓣 网上 已建立 了 4 8 个图书馆小组， 这些小组中既包括官方的图书馆小组， 也有一些图书 馆员自己申请建立的； 其中较有影响的是“ 首都图书馆” ， 它于2 0 0 6 年4 月创立， 已有4 7 7 人加入此小组； 上海师范大学图书馆于2 0 0 9 年 1 1 月2 日在开心网上开通了名为“ 涂书寮” 的账号， 利用开心网宣传和推广图 书馆； 清华大学在2 0 0 9 年 1 1 月2 7日于人人网建立了“ 清华大学图书馆 书友会” 俱乐部和“ 清华 L i b r a r y ” 用户。图书馆在社交网络上落户， 利用 社交网络提供的组件 ， 推广和宣传图书馆提供的服务， 进行参考咨询， 解答用户在使用图书馆时碰到的问题， 并发表一些新闻公告 ， 方便用户 了解图书馆的动态， 吸引用户参与图书馆的相关活动。如“ 清华大学图 书馆书友会” 和“ 清华L i b r a r y ” 通过发表 日志， 发布假期借书规则调整通 知、 新闻公告等内容， 以新鲜事的方式告知关注者各种信息服务及学术 研讨会信息。 2 ．2建立图书馆和社交 网络的双向链 接 事实上 ， 社 交网站和 图书馆 的读者 在很大程 度上存在 着重复交叉 性 和无 限的融 合性 ， 即社交 网站 的用 户也 有可能 成为 图书馆 的读者 。 因此， 图书馆与社交网络可以实现双向的链接。例如， 目前有的图书馆 将 豆瓣整合 到图书馆 的 O P AC O n l i n e P u b l i c Ac c e s s C a t a l o g ， 联 机公共 检索目录 系统中实现图书馆到豆瓣的简单链接 ， 目前， 江苏汇文软件 公司与豆瓣网合作， 在汇文文献信息服务系统 4 ． 0 版本 增加从豆瓣网 获取的封面、 内容简介、 推荐阅读等内容。同样， 也可以建立豆瓣等社 交 网络指 向图书馆的链接 。用户在需要 某本书 的时候 ， 不仅可 以到 网 站购买 ， 二手交换， 还可以到当地的图书馆借阅。随着 O P A C技术的发 展 ， 资源的互通不再是障碍， 它将提供更加方便、 个性化的服务。如国 内香港岭南大学图书馆与亚马逊网上书店通过专用软件实现图书馆 O P A C与 A ma z o n书 目记 录直接 匹配与链接 。 2 _3 开发适合图书馆的应用组件 自主开发是图书馆利用社交网络的较高级形式， 能吸引用户主动 登录图书馆网站， 能更准确地满足特定 目标个体 的个性化信息需求。 如清华 大学 图书馆开发 了 3 个利用 人人 网平台 的应 用链接 ， 包括 新书 通告、 图书馆专题培训 日 程和图书馆公告信息 。虽然 目 前使用这些应 用的用户还不多， 但关注者却很多。任何用户添加了某些应用后 ， 都会 在其好友的动态中显示出来， 便捷地宣传了图书馆服务。 总之， 图书馆走进用户的空间， 把经过社会检验的信息带入网络空 间。同时， 社交网络能够拓宽图书馆的宣传渠道， 维持图书馆在数字时 代的社会地位。然而， 目前， 图书馆与社交网络的融合还不够完善 ， 图 书馆应充分利用社交网络的优势， 敢于实践， 在实践中发现问题， 解决 问题， 以更好的树立 自己的良好形象 ， 实现和提升自己重要的社会价 值 参考文献 [ 1 ] 中 国 网络 电视 台 新 闻 中 心 [ 2 0 1 1 2 01 1 0 6 1 7 ／ 1 1 0 7 5 9．s h t ml [ 2 ] 孙彩杰， 庄小峰． 图书馆融入社会网络的案例分析 ． 图书馆建 设 ， 2 0 1 0 年 1 1 期 上接 第 2 5 6页 RS 4 8 5 与 P L C实现通讯 。由于外部按钮 通过触摸屏 来设 置 ， 减少 了设备 维修成本 。将时 间继电器用 P L C的 内部定 时器来 替代 ， 用触摸屏读写P L C的内部存储区来完成时间设定 ， 使得操作更简 单化 。还 可以将各 动作 过程设置动画显示 ， 使得控制直观化 、 人性 化 1 。 4 ． 上位机软件设计 在本系统的上位机上面运行着监控软件， 它的主要功l l I J l l 图2 所 示 图2上位机软件功 能框 图 上位机控制软件利用了S i e m e n s 公司的 Wi n C C工业控制组态软件 进行开发， 其主要功能是监视整个系统的运行状况， 可以设定工作参数 和下发控制指令。软件中设置了故障报警提示和误操作提示 ， 操作简 便。程序编写时采用冗余设计， 提高了系统运行的可靠性。 5 ． 结语 本系统采用基于 P L C的风机监控方法， 能够针对煤矿安全生产的 实际需要， 实现对通风机运行状态的自动监控与转速调节， 降低了设备 的生产强度， 延长了设备的使用寿命 ， 减小了因通风机工作异常导致的 瓦斯浓度超标风险。整个系统技术成熟 ， 容易实现， 触摸屏操作较简 单。各煤矿企业也可以利用现有设备进行升级改造， 投资低 ， 可靠性 高。 参考文献 [ 1 ] 赵建喜． 基于嵌入式处理器的煤矿风机监控 系统设计[ D] ． 北 京 北京交通大学， 2 0 1 1 1 2 [ 2 ] 章洁． 一种基于C A N总线的局部风机监控 系统[ I ] ． 煤炭技术， 2 0 1 2 ， 第3 1 卷第 9 期 4 3 4 5 [ 3 ] 马文惠， 范永泰， 陈会明． 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