一种煤矿主通风机监控系统的设计.pdf

3. 4 功率因数 功率因数是衡量用电设备效率的重要参数。该 煤矿功率因数平均值由治理前的 0. 83 左右上升到 0. 95 左右, 节能效果明显。 4 结语 主要介绍了电能质量常用测量装置、 监测注意 事项等内容, 同时结合某矿电网电能质量项目整改, 对电网电压偏差、 频率偏差、 电压有效值、 谐波畸变 率、 三相不平衡、 功率因数、 有功功率等参数进行了 实时测量记录, 经整理、 计算后得到了电网治理后的 数据变化, 对这些数据进行对比和理论分析后得出 了电网电能质量是否符合国家标准及是否需要治理 的结果, 由此总结出了煤矿电网的常用测量方法及 对测量数据进行计算处理的方法。再结合煤矿常用 设备的额定值、 启停时间等特征, 可得到电网中具体 时刻、 具体设备的电能质量问题。 参考文献 [1] 肖湘宁. 电能质量分析与控制[M] . 北京 中国电力出 版社, 2010. [2] 国家技术监督局. GB12325 1990 电能质量供电电压 允许偏差[S]. 北京 中国标准出版社, 1990. [3] 国家技术监督局. GB12326 2000 电能质量电压允许 波动和闪变[S]. 北京 中国标准出版社, 2000. [4] 国家技术监督局. GB/T 14549 93 电能质量公共电网 谐波[ S]. 北京 中国标准出版社, 1993. [5] 国家技术监督局. GB/T 15945 95 电能质量电力系统 频率允许偏差[S]. 北京 中国标准出版社, 1995. 第 9 期 2011 年 9 月 工矿自动化 Industry and Mine Automation No. 9 Sep. 2011 文章编号 1671- 251X 2011 09- 0103- 03 一种煤矿主通风机监控系统的设计 陈海峰 山西潞安环保能源开发股份有限公司王庄煤矿, 山西 长治 046031 摘要 根据煤矿主通风机的运行情况及控制要求, 提出了一种基于 S7- 300 PLC 的煤矿主通风机监控 系统的设计方案, 详细介绍了该系统的组成、 参数监测方法、 控制流程及上位机监控界面设计。应用结果表 明, 该系统运行稳定可靠, 提高了煤矿主通风机的自动化管理水平。 关键词 矿井; 主通风机; 监控系统; PLC; 组态软件 中图分类号 T D723/ 76 文献标识码 B Design of Monitoring and Control System of Main Ventilator of Coal Mine CHEN Haifeng Wangzhuang Coal Mine of Shanxi Luan Environmental Energy Development Co. , Ltd. , Changzhi 046031, China Abstract The paper proposed a design scheme of monitoring and control system of coal mine main ventilator based on S7300 PLC according to running status and control requirements of coal mine main ventilator, and introduced composition,parameter monitoring s,control flows and design of monitoring interface of upper computer in details. T he application result showed the system runs stably and reliably and improves automatic management level of main ventilator of coal mine. Key words mine, main ventilator, monitoring and control system, PLC, configuration software 收稿日期 2011- 06- 10 作者简介 陈海峰 1979- , 男, 山西长治人, 助理工程师, 现主 要从事煤矿安全监测监控方面的管理工作。Email 65249929 163. com 0 引言 煤矿通风机是煤矿安全生产的重要设备, 主要 用于向煤矿井下不断输送新鲜空气, 同时把井下的 瓦斯、 一氧化碳等有害气体排至地面, 以保证煤矿井 下的安全作业环境。本文采用先进的传感器和测量 方法以及工业控制技术设计了一种基于 S7- 300 型 PLC 的煤矿主通风机监控系统, 用于实时监控主通 风机性能以及状态, 提高了主通风机设备管理的自 动化水平, 保证了主通风机的安全、 可靠运行。 1 系统结构和参数监测 1. 1 系统结构 基于 PLC 的煤矿主通风机监控系统结构如 图 1 所示。 该系统以西门子 S7- 300 PLC 为控制核 心, 通过电力参数采集装置 电压、 电流互感器 、 压 力变送器、 流量变送器、 温度变送器采集通风机各类 参数信号, 并通过以太网模块将这些信号发送至上 位机进行实时显示。 图 1 基于 PLC 的煤矿主通风机监控系统结构 1. 2 通风机参数监测 1 温度信号监测 通风机电动机的定子温度和三相绕组温度由装 在通风机内部的 PT100 测量电阻测得, 流体温度由 JWB 防爆一体化温度变送器测得。PT 100 温度传 感器与温度变送器将测得的温度信号转换成标准的 4 20 mA 电流输出信号, 该信号通过屏蔽双绞线 输入到多路温度巡检仪。 2 通风机开停信号监测 采用 SG4KGT9 型开停传感器监测煤矿井下各 种交流驱动机电设备的开停状态, 并把监测信号转 换成标准信号传送给 PLC。该传感器为矿用本质 安全型设备, 它利用测定磁场的方式间接地测定设 备的工作状态; 采用新型抗干扰结构设计, 具有安装 使用方便、 功耗低、 适应性强、 性能稳定可靠等特点。 3 流量监测 在通风机风道处安装有测量流量的气体管路, 将气体管路接至流量传感器接线箱。传感器将流量 信号转换成标准的 4 20 mA 电流信号, 该电流信 号进入 PLC 的模拟量输入模块 SM331, 由 SM331 将该电流信号转换成数字量送入 CPU。 4 压力监测 风道中的静压和全压监测采用钻孔取压方式。 测点选择在通风机入口处, 取得的压力信号通过压 力传感 变 送 器转换 成电信 号。该系 统采用 HB1151DP 电容式差压/ 绝压变送器, 其输出为标 准的 4 20 mA 电流信号, 工作压力是 4 MPa, 差 压/ 绝压基准量程为 0 0. 125 kPa/ 0 1. 5 kPa。 5 电气参数监测 电气参数是指配套电动机的负载电流、 电压, 空 载电流、 电压, 励磁电流、 电压, 功率, 功率因数等以 及电网电压、 电流、 功率、 功率因数。系统采用 SZP - 218D 型综合保护装置, 可实现电量参数采集和线 路保护功能。系统通过 PLC 的以太网模块 CP340 - 1获取综合保护装置采集的电气参数。 2 系统控制流程设计 2. 1 通风机启动流程 对旋轴流式通风机启动时应关闭通往井下的风 门, 同时打开地面进风门 本文简称地门 ; 启动后打 开通往井下的风门, 同时关闭地门。初始程序中设 定通往井下的风门处于关闭状态, 地门处于开启状 态。对旋轴流式通风机的叶轮是由两个同等容量的 电动机来拖动的, 且这两个电动机需反方向旋转。 为防止电动机同时启动给电网带来太大冲击, 设定 在 1 号通风机电动机启动后延迟 30 s 再启动 2 号 通风机电动机。设 1 号通风机的风门为 1 号、 2 号 风门, 其地门为 1 号地门; 2 号通风机的风门为3 号、 4 号风门, 其地门为 2 号地门。1 号通风机启动流程 如图 2 所示。 图 2 1 号通风机启动流程 2. 2 自动控制流程 在初始化程序中, 选择控制方式为自动方式, 按 104工矿自动化2011 年 9 月 下 1 号通风机电动机正转的启动按钮, 则经过设定 时间后, 1 号通风机完成正常通风的启动后进行正 常通风; 若 1 号通风机在运行过程中出现故障并报 警, 则在无人操作的情况下, 程序可自动关闭 1 号通 风机所配置的风门, 并启动 2 号通风机, 在 2 号通风 机完成启动后, 打开 2 号通风机配套的风门, 关闭其 配套的 2 号地门进行正常通风, 从而保证矿井正常 生产。系统自动控制流程如图 3 所示。 图 3 自动控制流程 2. 3 反风控制流程 系统采用改变电动机旋转方向的方法对对旋轴 流式通风机进行反风控制。该方法无需另设反风通 道, 且反风量为正向风量的 60, 满足煤矿安全规 程的要求。反风控制流程如图 4 所示。 图 4 反风控制流程 反风控制必须在电动机完全停止的情况下才能 进行, 反风时风门的状态保持不变。当接到反风命 令时, 首先按下 1 号、 2 号通风机电动机的停止按 钮, 当电动机完全停止时, 再按下 1 号通风机电动机 的反转启动按钮, 经历定时器 T0设置的时间后, 按 下 2 号通风机电动机的正转按钮进行反风操作。 3 上位机监控界面设计 上位机监控界面采用 WinCC 7. 0 组态软件进 行开发。该界面设计包括 1 号通风机和 2 号通风机 系统监控画面、 联锁界面、 报警界面、 趋势界面、 数据 记录、 性能曲线图等, 如图 5 所示。监控画面用于显 示两台通风机的所有监测参数, 包括通风机振动、 前 后轴温度、 风叶开度、 抱闸开度、 电动机电压/ 电流/ 前后轴温度/ 定子温度等。报警界面用于记录系统 运行中的各种报警、 停机信号, 并具有实时打印功 能。趋势界面用于记录各监测点的实时趋势图。数 据记录用于记录监测到的参数, 包括电动机定子温 度, 前后轴承温度, 通风机前轴承、 止推轴承、 支撑轴 承温度和前后轴承振动的报警信号; 励磁柜和高压 柜的电流、 电压报警信号。性能曲线图用于显示 两台通风机的实时性能曲线。 图 5 上位机监控界面 4 结语 基于西门子 S7- 300 PLC 的煤矿主通风机监 控系统已在山西潞安环保能源开发股份有限公司王 庄煤矿应用。实践表明, 该系统运行稳定可靠, 提高 了该矿南风井主通风机设备的自动化管理水平, 保 证了主通风机设备的可靠运行。 参考文献 [1] 黄元平. 矿井通风[ M ]. 徐州 中国矿业大学出版社, 1997. [2] 王利华, 王小松, 魏广金. 矿井主通风机自动监控系统 的设计[ J]. 工矿自动化, 201012 95 99. [3] 谭长森, 孙鹏, 郭峰, 等. 基于 PLC 的矿井主扇风机自 动监控系统的设计[ J]. 工矿自动化, 2007 6 106 108. 1052011 年第 9 期陈海峰 一种煤矿主通风机监控系统的设计