基于PLC和组态的矿井通风机在线监控系统.pdf

智慧工厂S ma r t f a c t o r y ll t． N o v e mb e r 2 0 1 7 I 、、 I 基于P L C N 组态的矿井通风机在线监控 系统 The Mi n e v en t i l a t or on l i n e moni t or i n g s ys t em ba s ed on PLC an d c o n f i gu r ab l e s o f t war e 河南正龙煤业有限公司城郊煤矿 赵春生 Z h a o Ch u n s h e n g 张红卫 Zh a n g H o n g we 摘要本文利用西 门子1 2 0 0 PL C S n MCGS 组态软件 ，结合传感器技术 、计算机网络技术实现了矿 井通风机的在线监控 。系统能够实时监测通风机的流量 、负压 、温度、瓦斯浓度和振动等各种参数 ， 也可实现通风机的一键启停、一键倒换风机等控制功能。 关键词P L C 组态软件通风机 Abs t r act The mi n e ve nt i la t or online monit or ing s ys t em is pr op os ed in t h i s p ape r b y us i n g Siemen s 1 20 0PLC， MCGS c on fi g ur a t ion s of t war e，s e ns or t e ch no l o gy an d c omp u t e r ne t wo r k t ec hnology．I t can r eal t i me moni t or t h e v ent il at or ’s vibr at i on s uc h as f low，pr ess ur e， t empe r a t ur e， ga s c on c en t r a t i o n．It als o c an a c hiev e c on t r ol f u nc t ions of one t o uc h s t ar 一 s t o p and on e t ou ch r e ar r ang e． Key wor ds PL C Con fi gu r ab le s o f t war e Mi n e v en t ilat or 【 中图分类号 】 T P2 7 1 【 文献标识码 】B文章编号1 6 0 6 5 1 2 3 2 01 71 1 0 0 6 1 一 O 3 一 ’ 矿 井 通风 机 作 为煤矿 安 全生 产最 主 要的 运转 设 备之 一 ，担负着井下排除粉尘、浑浊气流和传送新鲜气体的责 任。传统的矿井通风机处于人工监测和控制，不但操作困 难 而且数据还 会缺少实 时性 、准确性 ，已不能适应 现代化 的矿业发展要求⋯。需要对矿井通风机的运行状态进行实时 监测、判别，并得到相应准确的数据 ，然后进行及时的报 警 ，让工作人 员对故障进行 处理 ，还 可以实时的控 制主通 风机的启动、暂停及风门的开启和关闭 。 】 。 本文 以西 门子 1 2 0 0 P L C ； I] MC GS 组态软件 为核心 ，通过 安装各种传感器和执行机构 ，实现了矿井通风机的在线监 控 。 ■ ■0 2 ． 1系统需求 1 控制功能 具备就地控制／ 就地集中控制／ 上位机控 制三种工作方式，就地方式 检修方式 时操作各设备本身的 控制按钮 ，便于设备的检修；就地集中方式是由P L C 柜完 成风机及辅助 设备 的协调控 制 上位机控 制方式则可在工 控机上完成对风机的远程控制。可对变频器进行三种方式 就地、集中、上位机 的实时控制。无须人为干预，由下位 机 自动控制 ，根据设定好 的风量 自动调整风机转速。 2 监测功能 实时监测通风机 设备 性能参数矿井 负压、流量、风速、全／ 静压等。实时监测风机配用电机的 电气参数电流、电压、功率 由供电柜电量采集模块通过 4 8 5 方式 上传 。实 时监 测设备 的状 态参数 振 动烈度 、定 子及轴承温度。实时监测风门位置。对变频器进行实时进 行模拟量、开关量 的数据采集 变频器提供DP 通信 口，或标 准模拟量接 口 。 3 信息处理功能数据实时显示、存储、查询、打印 以及远程传输。对通风机运行故障在线报警 声光报警 显 示当前运行机号、正反转信号，风机开停状态 累计当前 风机运行时间等。 2 ． 2 系统结构 系统整体结构参见图l 所示 。 离散制造 1 蟋 l风机及配套机电 2 蝴 埘吸 配套机电 变 一 频 、， ． _ ’ 器 7 v v v I v 电电 流压 互互 感 感 器器 攀 变 频 接 口 模 块 电电 流压 互互 感感 器器 攀 出指令，P L C 接收指令后结合其内部的逻辑程序 ，最 成对风机的自动控制。这两种控制模式的相互切换是 井通风机 柜上的转换 开关完成 的 ，并且这两种模 式之 互锁的关系。图2 所示 为矿井通风机控制方式流程 图。 开始 P L C 上电自检及初始化 变频故障 控制方式选择 Y 变频故障复位 N 1 2 0 0 PL C ， Mc G 9 a m 摸屏 风机自动变频运行 风机手动方式变频运行 网络接口 MC GS 位机 图 1 系统 结构 图 系统结构可分为现场传感层、中间控制层、上位显示 层。其 中现场传感器 层主要由各种 传感器组成 ，用于检测 通风机的各种参数 流量、压力、振动、风门位置、电流、 电压等 中间控制层由P L C 控制柜组成 ，主要完成对现场 传感层数据 的接收 、处理 和上传 ，同时根据控制 要求对现 场执行机构进行启停控制；上位机显示层由触摸屏和上位 机组成，主要用于各种数据的呈现、报警、存储、报表等 功能 。P L C 及软 件清单如表 1 所示 。 表1 P L C及软件清单 电源模块 6 E P 1 3 3 3 - 3 B A1 0 块 c P u 模块 6 E S 7 2 1 4 - l A G 3 1 -O X B 0 块 AC 1 2 0 ， 2 3 O V - DC2 4 V ， 5 A 1 4 人／ 1 0 出 扩展模块 6 E S 7 2 2 3 1 P L 3 2 - 0 X B0 块4 1 6 D I ／ 1 6 DO 模拟量模块 6 E S 7 2 3 I -4 H F 3 2 - O X B 0 块 2 8 A 1 总线连接器 6 E S 7 9 7 2 B A 5 0 - 0 X A 0 个 2 _ D P ’ 不带编 t ,N2 转换模块P M1 2 5 块 1 P r o fi b u s _ D P Mo d b u s 接12 1 转换器 个 1 R S 4 8 5 转R S 2 3 2 编程软件 S T E P 7 P r o fe s s io n a l V I 3 套 1 监控软件 M C G S 套 1触摸屏及上位机 通风机监控系统的程序设计主要包括 风机启停控 制 、数据的采集处理 以及故障 的报 警处理 等。风机的启动 和停止控制中采用的控制方式是就地的手动控制和P L C与 上 位机 完 成 的 自动 控 制 。手动 控制 是 在监 控 系统 的控 制 功能被限制的情况下，由相关的技术人员亲自进行手动操 作。与手动控制不同，自动控制是首先要求上位机向下发 风机正常运行 N 电机温度超限 N 电机温度超限 Y Y 报警并显示记录 报警并显示记录 图2 矿井通风机控制方式流程图 ． I S缎恋诳亏 - _ 本文所采用的是北京昆仑通态自动化软件科技有J 司研发的MC GS 组态软件 ，该软件是基 于Wi n d o w s 平 台I 用于快速构成和生成上位机监控系统的组态软件 ，它‘ 对现场的数据进行采集与监测、前端数据的处理与控制 触摸屏部分界面参见图3 所示 上位机部分界面参 4 所示 。 风门 位置 传 感 器 振 动 监 测装 置 压 力 监测 装 置 流 量 监 控 设 备 风门 位置 传感 器 振 动 监测 装 置 压 力 监测 装 置 流 量 监 控 设 备 传 感 器接 口 振 动变 送 器 压 力 变送 器 流 量变 送 器 传 感 器接 口 振 动 变送 器 压 力 变送 器 流 量变 送 器 图3触摸屏界面 图4上位机界面 智慧工厂S ma r t f a c t o r y I， N o v e mb e r 2 0 1 7 l＼、 誊置 蔓 薏 本文介 绍 了基于 西 门子P L C和MC GS 组态软 件的矿井 通风机在线监控系统。系统能够实现通风机各种执行机构 的自动控制，实时监测通风机各种关键参数，同时具备故 障报警功能。本系统具有结构简单、可靠性高、功能齐全 等特点，其应用能够大大提高矿井通风机运行的安全可靠 性，亦可作为数字化智慧矿山的重要组成部分，具有良好 的推广性 。 爹 竞丽 【 1 1杨军金， 傅成华， 茧子畸． 于物联网的矿井通风机 控系统研究 电视技术， 2 0 1 5 ， 3 9 1 1 3 9 - 1 4 1 2 1 郝迎吉， 供雅 ．张成 ． j P L c和McGs 的通风机监控系统设计 U 】 煤绚 。 。l j 【 械， 2 0 1 5 ， 3 6 6 2 8 3 2 8 6 ． 【 3 l 吴新忠， 徐玲， 张海龙， 等． 施耐德Q UA NT U M P L C 硬兀余技术 往煤矿丰通 机 控系统中的 川 j 研究U 】 ． 煤矿机械， 2 0 1 5 ， 3 6 4 2 5 9 - 2 6 0 ． 作罾简介 赵春生 1 9 8 8 一 男 工学学士 工程师 研究方向工 业装备工程