煤矿压风机自动控制系统的应用研究.pdf

2016年 第 1 2 期2016年 第 1 2 期 中州煤炭中州煤炭 总 第 252期总 第 252期 煤矿压风机自动控制系统的应用研究 张喜萍 中 煤 科 工 集 团 重 庆 研 究 院 有 限 公 司 ， 重庆400039 摘要 以杉木树煤矿为例， 针对煤矿压风机人工就地操作存在的一些问题， 介绍了一种基于PL C的压 风机集中监测、 控制方式及通信方式。实践证明， 基于PLC的压风机自动控制系统实现了压风机参数 采集、 数据处理、 故障报警、 远程集中控制、 运行时间设定等各种功能， 还实现了压风机房无人值守， 为 实现数字化矿丼打下了良好的基础。 关键词 煤矿压风机系统； 信息传输； 自动控制；PLC ;数字矿山 中 图 分 类 号 TD63.7 文 献 标 志 码 A 文 章 编 号1003 -0506 2016 12 -0096 -04 Application research on automatic control system of air pressure in coal mine Zhang Xiping Chongqing Research Institute of CCTEG,Chongqing 400039 , China AbstractTaking Shanmushu Coal Mine as an example, and aiming at some problems existing in manual operation of pressure fan, a pressure fan system based on PLC was introduced in the paper, including its centralized monitoring and control way, and the communica tion mode. Practice has shown that,the automatic pressure fan based on PLC has achieved many functions, such as parameter acquisi tion,data processing, fault alarm, remote centralized control,and so on. “Unmanned on duty“ of pressure fan room was also achieved, which has laid a good foundation for realizing digital mine. Keywordsair compressor system for coal mine；ination transmission；automatic control；PLC ；digital mine 〇引言〇引言 煤矿有许多风动设备， 如风镐、 风钻、 掘进机等， 承担着矿井的压缩空气生产任务， 为煤炭生产过程 提供风动力。目前， 在煤矿行业， 压风机系统大多采 用人工就地操作方式， 即设备的启动、 冷却水系统的 运行和停止、 压风机的运行状态监视、 参数设定、 故 障状态判断等都由现场工人来操作和判断， 这种控 制方式落后且效率低下， 很难保证压缩空气的供气 质量， 也不利于压风机的维护管理， 对压风机的使用 寿命会产生很大影响。 随着PLC控制技术的日益完善， 数字化矿山、 智慧矿山越来越多应用到了煤矿现场。压风机自动 控制系统能够根据煤矿用风量的大小合理调度压风 机的运行， 且每台压风机的参数采集、 数据处理、 故 障报警、 远程集中控制、 运行时间设定等可以大大减 少工作量， 也可实现压风机房的无人值守、 为煤矿数 字化矿井打下了良好的基础[1]。 1概况1概况 杉木树煤矿地面共有6 台螺杆压风机， 该压风 机以微电脑控制， 可以中文液晶显示运转参数， 包括 当前压力、 温度、 加载/卸载运转状态， 重车工作时数 等显示。同时具有故障自诊断功能， 可记录保存故 障信息， 温度过高、 马达过载、 马达风扇故障、 错相/ 欠相故障、 油细分离器阻塞、 油过滤器阻塞、 空滤芯 阻塞等。 但是这6 台压风机的运行相互独立， 各台压风 机的压力监测均以本机为主， 处于无通信无连锁状 态， 这种控制方式导致各台压风机机组运行不均衡， 不利于调配工作时间， 管理和维护十分不便。为提 高工作效率， 实现压风机系统的自动化控制， 且能根 收稿日期 2016 - 07 - 24;责任编辑 刘欢欢 D O I10.19389/j. cnki. 1003 -0506.2016.12.023 作者筒介 张喜萍（ 1977 ） ， 女 ， 陕西宝鸡人， 工程师，2000年毕业于成都电子机械髙等专科学校， 现从事煤矿自动化方面的设计与研究工作。 引用格式 张喜萍.煤矿压风机自动控制系统的应用研究[J].中州煤炭，201612 96-99. Zhang Xiping. Application research on automatic control system of air pressure in coal mine [ J] . Zhongzhou Coal ,2016 12 96-99. 96 96 据实时监测风包。压力值灵活调配压风机的工作状 态并实现压风机房的无人值守功能， 根据杉木树矿 的实际情况， 对其进行r自动化改造,3 2 系统组成及功能实现2 系统组成及功能实现 2.1 系统组成2.1 系统组成 系统主要由地面监控计算机、 压风机监测控制 柜 、 并配置压力变送器、 流量传感器、 电量参数模块、 避雷器等监测传感器， ，上位机组态软件采用组态主 6.55运行版[2]。 该系统核心控制系统PLC采 用S7-2〇 0 PLC作 为控制与监测核心[3_4]， 模拟量监测模块EM231、 以 太阿通信模块CP243-1等 ，PLC扩展模块、 传感器、 电量参数模块电源均由压风机监测柜内24 V DC开 关电源模块供电，PLC和 6 台压风机通过两芯职绞 屏蔽电缆连接， 实现数据传输， 该系统主要有 压风 机的排气压力、 排气温度、 运行时间、 加载时间、 袖气 桶压力、 环境温度、ABC相电流、 内部电压、 卸载压 力、 加载压力、 报警温度、 风包温度、 出水口温度等压 风机运行状态参数， 并将压风机运行参数数据和故 障信息上传至监控计算机。 依据 煤矿安全规程 相关条款规定， 輝风机润 滑泄压力小于〇.25 MPa停 机 ， 润滑油温度禽于6〇 T时报警、 一级排气温度大于160弋时停机、 一级排 气压力大于〇 . 24 MPa时报警、 二级排气压力大于 0.75 MPa时停机、 级 排 气 温 度 大 于lf0尤时停 机、 出水压力大于〇 . 1 MPa时停机、 出水温度大f 40 时停机、 风包温度大_.120C时停机。 压风机系统结构如图1 所示[ 5 ] „ 打印机 计算机 图1压风机系统组成结构 2 . 2 功能实现2 . 2 功能实现 1 可实现压风机和相关气体管路阀.门的连锁 控制， 对压风机可进行就地或者远程启/停控制。 2 系统具有就地手动和远程自动控制2 种控 制方式，手动运行时各台压风机工作相互独立， 即 单机人工控制模式， 主要用1 5 于压风机机组检修或故 障排查时使用;远程自动控制时几台压风机联动运 行， 可依据井下设备的耗气量总管网压力连锁控淛 空压机， 系统用气; 量増大导致压力下降或机器出 现故障时， 可;自动开皂备用机， 当用气鸶减少时可自 动 减 少 工 作 的 机 器 台 数 ， 避 免 不 必 要 的 电 能 损 耗风机运行流程如图2 所示 PLC系统启动 传感器数据正常 风机停止满足 图2压风机运行流程 Fig. 2 Flow chart of pressure fan 3 为了平衡各机组运行时间， 延长使用寿命， 6 台压风机之间按照“ 先停先开、 先开先停” 的原则 自动切换主备机,3 4 通过通信可以读出压风机内部参数， 如排 气压力、 排气溫度、 管道流餐、 管内压力、 压风机电 压、 电流等参数， 将数据实时传输到地面计箕机监控 中心， 并提供历史数据查询、 报警信息查询及报表打 印功能 5 在上位机或人机界面上可实时压风机风量 故障曲线、 压力曲线、 温度曲线、 电压.电流曲线等， 以 观察它们的变化趋势„ 压 风 机 故 障 曲 线 如 图 3 所 示〇 中心 人 机 面 一BM机监测拒一 1号-6發.SfSfi 报 麵 出 ii雜 软 件 嫌觸 结束 細 醜 顧 鑛 动 2〇162〇16年 第I2 2 期 张 喜 萍 煤矿压风机自动控制系统的应用研究 张 喜 萍 煤矿压风机自动控制系统的应用研究 总 第 乃 2期 电压 电流 油气桶温度 油气桶压力 二级排气温度 级排气温度 二级排气压力 级排气压力 Fig. 1 Structure of pressure fan system 97 * 97 * 2016年 第 12期 中州煤炭中州煤炭 总 第 252期 104959 105159 105359 105559 105759 105959 时间 图3压风机故障曲线 Fig. 3 Failure curve of pressure fan 6在系统出现故障或管网压力低于报警值， 且系统的自动调节已无法提高压力时， 及时给出报 警信号[1W4]。 2 . 3 系统通信2 . 3 系统通信 PLC和触摸屏均是安装在压风机监测监控柜里 面， 通信距离很短， 之间采用MPI通信方式，PLC和 压风机机组之间采用M0DEBUS传输协议进行数据 交互， 压风机监测监控系统与地面监控中心采用以 太网通信方式， 由于通信距离超过1〇〇 m， 传输介质 为单模光纤。 3监控软件3监控软件 杉木树煤矿地面压风机自动控制系统采用组态 王 6. 55为开发平台， 进行系统监控的二次开发， 上 位机 次开发了压风机监控主画面、 电力参数画面、 数据报表、 报警记录、 故障曲线、 时报表等几个画面 分别显示压风机的工作状态（ 图 4， 该软件画面直 观、 可实现动态图形显示、 实时数据采集和管理、 历 史数据保存、 趋势图显示和报警等功能， 通信方式灵 活， 算法先进， 可连接上千种工业自动化设备。 图4压风机监控主画面 Fig. 4 Main screen of fan monitoring 利用该软件， 操作员在远程监控中心可实时监 控 6 台压风机的运行情况和故障报警情况， 在输入 口令后， 可在远程监控中心对6 台压风机进行单机 手动控制、 联机自动控制。 4结语4结语 基 于PLC的压风机自动控制系统实现了压风 机参数采集、 数据处理、 故障报警、 远程集中控制、 运 行时间设定等各种功能， 目前， 该系统在杉木树煤矿 投入使用， 系统运行稳定可靠， 大大提高了煤矿自动 化监控程度， 降低了事故率， 减少了故障处理时间， 也减少了矿井生产运行费用， 提高了运行效率， 达到 管控一体化， 为实现数字化现代矿井打下良好的基 础。 参考文献（参考文献（References [ 1 ] 孙 继 乎.煤 矿 物 联 网 特 点4关 键 技 术 研 究[ J ] .煤 炭 孛 报 ， 2011,361 167-171. 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