煤矿主扇风机在线监测系统的应用.pdf

2 0 1 9年第0 2期 煤矿主扇风机在线监测系统的应用 段志远 北辛窑煤矿, 山西 忻州0 3 6 7 0 2 摘 要 以P L C控制器为核心, 结合C AN通信以及变频器技术, 设计并实现了煤矿主扇风机在线监测系统。详细 给出了P L C控制器与变频器、 传感器组以及上位机的程序设计。该监测系统已经完成工业性试验, 试验 结果表明, 在线监测系统运行安全、 稳定, 为煤矿安全生产提供了有力保障。 关键词 在线监测系统;P L C控制器;C AN通信; 主扇风机 中图分类号 T D 6 35 D O I 1 0.1 9 7 6 9/ j . z d h y .2 0 1 9.0 2.0 2 4 0引言 煤矿井下的主扇风机是煤矿通风系统的重要组成部 分, 更是直接关系到煤矿安全生产的关键因素。主扇风 机在线监测系统是为监测煤矿井下工作面瓦斯、 有毒有 害气体浓度的平台。研究发现, 我国7 08 0的煤矿 主扇风机系统长期处于工频状态, 需要操作人员根据经 验判断生产环境中的瓦斯浓度、 粉尘浓度以及C O浓度 等来控制风机的风速、 风量, 给煤矿生产埋下了巨大的安 全隐患。为保证煤矿井下安全生产, 需要对主扇风机的 工作状态进行监视, 并根据煤矿井下实时的风压、 风量、 温度等实际情况, 有效地控制主扇风机的送风量, 降低能 源消耗[ 1 - 2]。因此, 笔者提出了一种基于P L C的煤矿主扇 风机在线监测系统, 可智能、 实时地调节并监测主扇风机 的风速和风量。 1系统设计 如图1所示, 煤矿主扇风机在线监测系统由P L C控 制器、 变频器、 主扇风机、 传感器组以及在线监测系统五 部分组成。P L C控制器是该系统的核心, 通过P L C控制 器模拟量采集的方式获取煤矿井下实时瓦斯浓度、 风速、 C O浓度、 粉尘浓度等数据, 然后对这些数据进行分析、 计 算以及监测, 实现对主扇风机的实时变频控制, 同时将主 扇风机运行时的参数信息上传至在线监测系统平台, 供 井下工人参考, 并在发生故障时, 为技术人员解决故障提 供依据。P L C控制器以C AN通信方式实现对变频器的 控制, 进而控制主扇风机。P L C控制器与在线监测系统 之间通过C AN通信的方式实现数据的传递。 图1 主扇风机在线监测系统设计 1.1P L C控制器 P L C控制器是在线监测系统的核心, 在线监测系统 中各类数据的显示、 故障报警、 驱动主扇风机运行等功能 都是 在P L C控 制 器 中 完 成 的。在 线 监 测 系 统 选 用 C X 8 0 5 0控制器以及E L系列的扩展模块。P L C控制器 与变频器之间采用C AN通信方式实现控制和数据传输。 传感器组输出的是42 0mA的电流信号,P L C控制器 通过E L 3 0 2 4模拟量采集模块实现对传感器组模拟数据 的采集[ 3 - 4]。P L C控制器与在线监测系统之间采用 C AN 通信方式实现数据的传输。 1.2变频器-主扇风机 变频器选用A B B的M 4系列, 可对电机实现转速控 制和转矩控制。主扇风机为淄博铭博风机有限公司生产 的F B C D Z - 2 8型煤矿用主扇通风机, 该主扇风机支持变 频控制, 并且使用安全、 稳定性好。 1.3传感器组 瓦斯浓度的测量选用K G Y - 0 0 2 A智能瓦斯传感器, 该传感器测量精度高、 稳定性强, 并且具有自动清零、 软 启动等功能。 风速传感器选用矿用G F C - 1 5型风速传感器, 该传感 器利用超声波检测原理实现对风速的测量。 C O浓度传感器选用测量精度较高的G TH 1 0 0/5 0 0 型传感器, 该传感器采用红外遥控技术对检测精度、 校正 零点以及报警点进行操作[ 5 - 6]。 粉尘浓度传感器选用G C G 1 0 0 0粉尘浓度传感器。 该传感器的工作原理是将待检测的含有粉尘的空气吸入 至暗室, 利用光散射原理, 通过光电倍增管将光信号转化 为电信号。 1.4HM I人机界面 在线监测系统的人机界面采用威伦通的e m t 3 0 7 0型 HM I人机界面。该人机界面支持C AN通信, 供电电源 为直流2 4V。 2软件设计 2.1P L C与变频器程序设计 P L C控制器与变频器之间采用C AN通信方式实现 控制和数据传输, 其C AN通信协议如表1所示。P L C控 制器通过读取变频器的“ 状态值” 信息, 发送“ 控制字” “ 控 75 自动监测与安防管理 自动化应用 收稿日期 2 0 1 9 - 0 1 - 0 3 作者介绍 段志远 1 9 9 4 , 山西大同人, 毕业于山西大同大学煤炭工程学院, 本科学历, 助理工程师, 机电专业技术员。 2 0 1 9年第0 2期 制方式” 指令来控制变频器的启停。变频器启动后, 会将 运行数据发送给P L C, 如“ 故障代码” “ 温度” “ 直流母线电 压” 等。 表1 P L C控制器与变频器的C A N通信协议 C AN - I D12345678 0 x 2 0 2 控制字心跳控制方式设定转速设定转矩 0 x 3 0 2 目标值加速时间减速时间保留 0 x 1 8 2 状态值温度直流母线电压输入电流系统绝缘值 0 x 2 8 2 故障代码转矩转速保留 C AN通信启动流程如图2所示。首先启动并打开 C AN通信口, 一般有C AN 0口和C AN 1口两种。启动 C AN口成功后, 定义接收数据/发送数据的链接, 其参数 包括C AN端口、 链接I D、 数据长度、 数据类型以及数据 B u f f e r等。在发送数据链接中, 要设置需要循环发送的 数据链接, 通过调用C L L I_R x Q u e u e函数读取接收链接 的数据。 图2 C A N通信启动流程 2.2P L C与传感器组程序设计 传感器组的信号均为42 0mA的模拟量信号,P L C 控制器通过模拟量输入扩展模块获取该信号。P L C控制 器获取该信号后, 转换成传感器的实际值。P L C控制器 以轮询的方式获取瓦斯浓度、C O浓度以及粉尘浓度传感 器的数据。当检测到传感器数值超限后, 驱动风机增加 风机转速, 接着检测风机转速是否达到最大转速, 如果达 到则发出报警。传感器组具体控制流程见图3。 2.3P L C与在线监测系统平台人机界面程序设计 P L C与在线监测系统平台的通信方式为C AN通 信, 实现的煤矿主扇风机在线监测系统平台人机界面见 图4。该监测系统平台由“ 主扇风机状态” “ 故障信息” “ 故障提示” 以及“ 传感器数据” 四部分组成, 其中, 通过 “ 主扇风机状态” 可以观察主扇通风机的工作状态, 主要 有“ 有电” “ 运行” “ 故障” 以及转速信息。“ 故障信息” 包 括传感器故障以及风机故障, 并且当故障发生时, 由“ 故 障提示” 进行指示。同时还给出电机温度、 风速以及风 量的实时数值。 图3 传感器组控制流程 图4 煤矿主扇风机在线监测系统平台人机界面 3结语 本文以煤矿主扇风机为研究对象, 以P L C、C AN通 信以及变频器为技术手段, 在分析系统组成、 系统设计 的基础上, 设计并实现了煤矿主扇风机在线监测系统平 台。该在线监测系统平台的使用, 为煤矿安全生产提供 了强有 力 的 保 障, 提 高 了 主 扇 风 机 的 利 用 率 和 生 产 效率。 参考文献 [ 1]郑建华, 沈会初, 郝亚峰.矿井局部通风机智能远程监控 系统设计[ J].陕西煤炭,2 0 1 46 8 7 - 8 9. [ 2]崔志永.基于C AN型现场总线通信结构煤矿井下局部通 风机的 监 控 系 统 设 计 [J].内 蒙 古 煤 炭 经 济, 2 0 1 01 9 3 - 9 5. [ 3]陈海峰.一种煤矿主通风机监控系统的设计[J].工矿自动 化,2 0 1 1,3 7 9 1 0 3 - 1 0 5. [ 4]安赛, 林柏泉.主要通风机远程监测系统的设计[J].工矿 自动化, 2 0 1 21 4 - 7. [ 5]陈海峰.一种煤矿主要风机监控系统的设计[J].工矿自动 化, 2 0 1 19 1 0 3 - 1 0 5. [ 6]彭云, 赵伏军等.煤矿局部通风机综合控制系统研究[J].煤 矿机电, 2 0 1 23 4 5 - 4 7. 85 自动化应用 自动监测与安防管理