基于PLC控制技术的通风机在线监控系统.pdf

2016年 第 8 期2016年 第 8 期中州煤炭总 第 248期总 第 248期 基 于PLC控制技术的通风机在线监控系统 于乐泉 中煤科工集团重庆研究院有限公司， 重 庆中煤科工集团重庆研究院有限公司， 重 庆400039 摘要摘要 主要通风机作为煤矿的心脏， 在煤矿安全生产中具有重要的地位， 为了确保煤矿主要通风机安 全运行、 提升煤矿数字化建设水平， 通过对 煤矿安全规程 、 通风机控制流程、 现场使用情况分析， 提 出了以S7-300为核心， 通过采集现场传感数据、 遥信数据等， 配合现场操作台、 控制箱， 实现对矿井主 要通风机的监测监控。应用表明， 基于PLC技术的通风机在线监控系统具有运行稳定、 可靠， 采集参 数齐全、 预警可靠等特点， 可实现煤矿主要通风机在线监测、 一键启停、 风机切换、 反风操作及运行记 录查询， 提升了煤矿通风系统的安全性、 可靠性。 关键词关键词 主要通风机;在线监控;PLC技术;风机切换 中图分类号中图分类号TD76 文献标志码文献标志码A 文章编号文章编号1003-05062016 08-0038-04 Online monitoring system of ventilator based on PLC control technology Yu Lequan {China Coal Technology Engineering Group Chongqing Research Institute，Chongqing 400039, AbstractAs the heart in coal mine,it plays an important role in the safety production.In order to ensure operation of the main fan,and enhance the level of the construction of digital coal mine,the paper has proposed which realized the monitoring and control of mine main fan using S7-300 as the core,collecting field sensor data,remote signal data,and working with the site operation,control box. The practical application shows that fan online monitoring system based on PLC technology has the characteristic of stable and reliable, the complete parameters acquisition, and the reliable early warning, and it can facilitate the realization of online monitoring of coal mine main fan,one-key start and stop,the wind switch,anti wind operation and operation record query.In short,it greatly enhances the safety and reliability of coal mine ventilation system. Keywords main fan ；； online monitoring ；； PLC technolog ；； fan switch 〇引言〇引言 煤矿主要通风机作为煤矿安全生产最主要的设 备 ， 承担着对井下连续不断地输送足够的新鲜空气 的重任， 它保障空气流动于各个巷道,稀释有害气体 浓度， 排除飞扬的煤尘,确保井下人员在安全、 可靠 和良好的气流中工作[|-2]。若主要通风机发生故障, 将严重威胁井下人身安全、 影响煤矿安全生产， 煤 矿安全规程 规定 矿井需安装2 套同等能力的主 要通风机装置， 其 中 1套作备用， 备用通风机必须能 在 10 min内开动;通风机必须装有反风设施， 并能 在 10 min内改变巷道中的风流方向[3]。 但目前国内矿井的通风机系统管理， 主要采用 有人值守、 定期巡视、 定期检修、 定期切换风机的方 式,监测手段落后， 其无法及时发现通风机系统潜在 的风险设备老化、 振动、 温度等） 、 紧急情况下送风 不及时、 风机带病运行等隐患， 极易造成风机急停, 甚至出现电机损坏、 扇叶撕裂等情况,给煤矿安全生 产带来极大隐患。为了切实有效解决上述问题， 本 文设计了以S7-300为核心， 通过采集现场传感数 收稿日期2016-06-15;责任编辑 刘欢欢 D0I10.19389/ki.1003-0506.2016.08.009 作者简介于乐泉（ 1978） ， 男 ， 山东东阿人,工程师,2002年毕业于山东科技大学， 现主要从事安全监控方面的研究、 系统集成工作 引用格式于乐泉.基 于PLC控制技术的通风机在线监控系统[J].中州煤炭,20168 38-41. Yu Lequan.Online monitoring system of ventilator based on PLC control technologr[ J] .Zhongzhou Coal,20168 38-41. 38 38 2016年 第 8 期2016年 第 8 期于乐泉基于于乐泉基于PLC控制技术的通风机在线监控系统控制技术的通风机在线监控系统总 第 248期总 第 248期 据 ， 并配合现场控制箱的通风机在线监控系统， 实现 了 7x24 h 实时在线监测监控[4- 5]， 后台监控软件具 有详细直观的动态画面分析、 实时报警、 历史数据查 询等功能， 方便现场一键启停、 反风操作， 大大提升 了主要通风机安全运行系数， 为煤矿安全生产提供 了保障[6 - 7]。 1现场控制主要设备1现场控制主要设备 现场主要设备①主要通风机。2 台矿用防爆 对旋轴流风机， 每台风机配置有一级、 二级电机， 电 机预埋有PT100温度探头， 用于检测电机线圈、 轴 承温度。②风门。2 台闸阀式电动风门， 配置有闸 阀控制装置、 风门电机2 台。③电机配电开关。进 线柜2 台、 联络柜1 台、 电机控制柜4 台， 电压等级 10 kV， 内置带有通信功能综合保护器。④换相柜。 换相柜2 台， 主要用于反向送风时电机反转使用。 2系统总体设计2系统总体设计 依据现场实际情况， 系统依托已建成的工业以 太网传输平台， 构建后台处理层、 中间传输层及现场 控制3 层监控系统。后台处理层主要由在线系统软 件 、 工控机、 打印机、 声光报警仪等组成;中间传输层 为工业以太网； 现场控制层主要由PLC控制柜、 触 摸屏、 操作台、 现场电控箱、 开关智能综合保护装置、 温度传感器、 压力传感器、 振动传感器、 甲烷传感器、 一氧化碳传感器、 开停传感器 控系统总体结构如图1所示。 图图1通风机监控系统总体结构示意通风机监控系统总体结构示意 Fig.1 General schematic diagram of fan monitoring system 组成[8」 。通风机监 2号通风机 器 压 传 感 器 传 感 器器 机 配 电 开 关 3 3 PLC集控设计集控设计 3 . 1 硬件组态设计3 . 1 硬件组态设计 依据现场主要通风机一用一备运行原则， 现场 采用S7-300为核心冗余设计， 每台通风机分别采用 独立模块采集、 控制， 具体包括6ES7315CPU模 块 1 套 、 32路 DI SM321采集模块2 套 、 32路 DO SM322 控制模块2 套 、AI SM331采集模块2 套 、 CP340通 信模块2 套。其 中 DI模块主要完成现场操作台按 钮状态、 风门状态、 开停传感器、 现场控制箱状态等 开关量采集;DO模块主要完成操作台状态指示、 风 门启停控制、 电机启停控制； AI模拟量） 采集模块 主要完成现场负压（ 动压、 静压） 传感器、 甲烷传感 器 、 一氧化碳传感器、 振动传感器等现场模拟传感器 的采集， 现场传感器均选用4 〜 20 mA标准信号; CP340通信模块提供标准RS485接口， 主要以通信 方式采集现场温度巡检仪、 配电开关智能综合保护 装置信息。硬件组态如图2 所示。 吕0 UR fiH PS 307 5A 2 JpcrU315-2 PM/DPCl nKPI/DP 12p jr-io 12 P I練Pi X2 P2薄n 2 3 4DI32xDC24V 5DI32xDC24V 6D032xDC24V/0. 5A 7D032xDC24V/0. 5A 8AI8xl3Bit 9AI8xl3Bit 10 CP 340-RS422/485 11CP 340-RS422/485 图图2 PLC控制柜硬件组态控制柜硬件组态 Fig.2 PLC control cabinet hardware configuration diagram 3.2 3.2 PLC控制器软件流程设计控制器软件流程设计 在稳定、 易调试、 易修改、 易扩展的原则下，PLC 控制器的程序采用模块的设计， 主要分为开关量状 态子程序、 过程及状态扫描子程序、 模拟传感器采集 子程序、 温度巡检子程序、 电力通信子程序、 模拟数 据子程序、 控制子程序、 数据处理子程序以及中断子 程序， 其中中断子程序又包含倒风子程序及反向送 风子程序等。首先完成系统初始化， 对按顺序执行 的子模块逐一扫描， 并对所采集数据进行专家分析， 例如通过水平、 垂直方向上的振动传感器判别风机 1号通风机 |换相柜 联络及进线开关， I 电机配电 I 温度巡检仪 I ■ ■ 风门传感器 I I 开停传感器 I I 振动传感器 I ■ ■ 静压传感器 I I 动压传感器 39.39. 2016年 第 8 期2016年 第 8 期中州煤炭总 第 248期总 第 248期 异常[ 910];通过温度感知可能存在的电机老化、 轴承 磨损;通过供电参数判别供电质量、 电缆老化、 过载、 缺相等。并将最终判别结果以可视的界面在操作 台、 触摸屏上集中展示,并在异常情况下实现自动保 护,避免重大损失及事故。同时， 程序预留了中断程 序接口， 可以方便地实现一键道机、 快速反风操作, 保障煤矿井下可靠送风， 提高煤矿安全生产系 数[1112]。 PLC控制总体流程如图3 所示。 3 3. 3通信子程序设计3通信子程序设计 通信子程序主要包含外接温度巡检仪通信子程 序及采集供配电开关电参数通信子程序。采用标准 Modbus通信协议， 现场波特率设置为4 800 l/s,主 要完成现场温度及电参数的集中采集。在完成必要 的数据分块、 数据填充后调用已封装好的通信收发 程序块完成， 程序块如图4 所示。 4中心站软件4中心站软件 地面中心站软件， 采用组态王设计， 画面简洁、 图表功能强大、 二次开发及扩展均易于实现,通过该 中心站软件， 值班人员可方便地观察当前风机运行 情况,现场送风压力、 风速、 风量、 电机运行参数、 温 度 、CH4浓度、 C0 浓度等均一目了然， 而且每台风 机 、 供电系统、 告警均有详细画面供值班人员点击查 看 ， 同时还可以完成查询内容、 报警信息、 历史数据、 时间跨度等报表的自动生成， 方便查询及打印。 后 台软件主界面如图5 所示。 DB5 FB5 发送数据至综保 EN“CP340-T， ，ENO M78.0-REQ DONE -M78.2 一a ERROR-M78.3 STATUS-MW224 368-LADDR 4- 〕B_NO MW624-DBBNO 8-LEN 图图4发送数据模块发送数据模块 Fig.4 Send data module 5现场应用5现场应用 基于PLC控制技术的通风机监控系统在全国 已经取得了广泛的应用， 系统设置有就地、 集中、 远 控 3 种模式， 方便现场在不同情形下灵活使用， 既可 在有人值守模式下提高隐患识别度,也可配合视频 监控实现无人值守。 可实时在线监控， 线测量与处 40 40 2016年 第 8 期2016年 第 8 期于乐泉基于于乐泉基于PLC控制技术的通风机在线监控系统控制技术的通风机在线监控系统总 第 248期总 第 248期 图图5后台中心站主画面后台中心站主画面 Fig.5 Background center station main screen 理风机运行参数风机人口静压、 全压、 风速、 流量、 电机的轴承温度、 定子绕组温度、 电机输人电压、 电 流、 功率和总功率以及风机效率、 风机振动等， 真正 实现了通风机完全在线监控[1 3 - 17]。 6结语6结语 现场应用表明， 该系统配置灵活， 易于扩展， 便 于维护， 可对现场通风机实现不间断连续监测， 及时 发现设备运行中可能的故障隐患， 同时具有现场一 键启停、 反风操作功能， 大大提升了主要通风机安全 运行系数， 为煤矿安全生产提供了保障， 该系统可以 广泛地应用于煤矿或非煤矿山。 参考文献（参考文献（References [ 1 ] 张元富.矿用主通风机在线监测系统的研究[D ].青 岛 山东科 技大学，2006. 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