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案例推介 L M系列p L e在矿并主风枫在线 i l 霾 控系统【 l 】 翻 应用 Th e Ap p l i c a t i o n o f LM P L C i n t h e M i n e M a i n F a n o n l i n e M o n i t o r i n g S y s t e m 北京和利时自动化驱动技术有限公司，北京 1 0 0 0 9 6 李银川 中国矿业大学，江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 房利国 李银J I l 1 9 8 0 一 男 ，河南南阳 ，工程师 ，硕士 ，研究方 向为 电气 自动化。 摘要针对煤矿通风系统的安全监测问题 ，提出基于MC GS 上位组态软件 的在线监测数据的方法，阐述 了利用和利时公司的模拟量扩展模块对现 场信号进行采集，达到控制矿井主风机实现在线监控，保证安全运行的原 理 ，介绍了系统的总体设计方案。 关键词矿井通风系统；模拟量扩展模块；在线监控 Ab s t r a c t T o t h e s a f e t y mo n it o r i n g i s s u e o f t h e c o a l min e v e n t i l a t i o n s y s t e m， t h e o n l i n e mo n i t o r i n g d a t a me t h o d ， b a s e d o n MCGS ， i s p r o p o s e d ． Th e fie l d s i g n a l s a r e a c q u i r e d tho u g h a n a l o g e x p a n s i o n mo d u l e s o f Ho l l y s y s ． T h e s y s t e m a c h i e v e s o n l i n e mo n i t o r i n g a n d c o n t r o l s t h e ma i n mi n e f a n t o e i l s u r e t h e s a f e o p e r a t i o n ． Al s o ， t h e p ri n c ip l e o f t h e s y s t e m o v e r a l l d e s i g n i s i n t r o d u c e d ． Ke y wo r ds M i n e V e n t i l a t i o n S y s t e m； An a l o g Ex p a n s i o n M o d u l e s ；On - l i n e M o n it o r i n g l 弓 l 言 煤矿风机是煤矿生产的重要设备之一 ，其运行情况直接 影响到煤矿的安全生产。对风机的工作状态进行实时监视， 并根据现场环境的实际情况，有效地控制风机的送风量 ，这 样不仅能为矿井的安全生产提供可靠保证 ，同时也降低能源 消耗。因此研制煤矿主风机监控系统具有重要现实意义。 矿井通风设计的任务 1 将足够的新鲜空气有效地送到井下工作场所，保证 生产和良好的劳动条件； 2 通风系统简单，风流稳定，易于管理，具有抗灾能 力 ； 3 发生事故时，风流易于控制，人员便于撤出； 4 有符合规定的井下环境及安全监测系统或检测措 施 ； 5 通风系统的基建投资省，营运费用低、综合经济效 益好 。 本文开发出基于P L C的煤矿主风机变频监控系统，实现 了对风门，电机全 自动操作 ，运行中稳定可靠 ，调速平滑方 便 ，与使用单片机，工控机改造等相似项 目，可靠性和参数 变更的灵活性都具有极大的优越性 ，充分保证了矿山的通风 安全和节能减排。 系统功髓特点 采用对旋风机 ，每台风机有两台电机 两个风扇组成，系 统结构如下图1 所示。 图1系统结构 5 o 自 动化博览2 0 0 9 年1 2 ,E J F IJ 1 P L C 控制和检测变频器的运行状态，利用变频器控制 风机启停及正常运转 ，可使风机电机连续调速，并可根据要 求的流量调节转速获得最佳速度，节约大量的电能。 2 系统数据监测 实现通主风机气动参数 ，风峒参 数，电气参数，温度参数，振动参数的实时监测。 3 现场控制 通过触摸屏预制矿井通风参数，操作人 员经用户名和密码确认后才能操作相应区域 ，可以实现风机 的无级调速，实现风机的自动切换、应急反风 、单风机单电 机启动运行、单风机双电机启动运行、单风机单 双 电机 变频启动运行等多种控制模式。具备 自动控制切除功能，实 现现场的完全手动控制 。 3 控制原理 3 l P L 动控制 当接到风机运行指令时，V L C 1] 断系统运行方式控制风机 启动。若为变频方式下，系统则进行变频软启动，以降低启 动电流，减小对电网的冲击。当电机由零频率加速启动到设 定频率时，P L C 控制风门绞车开启风门，为了避免风门在开、 关过程中的不到位引起漏风从而降低风机效率 ，风门的上下 端设置了开触点和闭触点，P L C实时采集风门的触点状态精确 控制风门绞车的运转。风门完全开启后，使风机电机M1 进入 工作状态，在双机运行方式下 ，当电机M1 的开启电流小于额 定电流时开启电机M2 。 3 风量 『李 ] 环控制 在变频启运行方式下，风机风量由设定信号控制。设定 信号与风量传感器采集通风机的风量信号 ，经过变送器后送给 P L C的A／ D 转换器，P L C将电信号变换成相应的风压数字信号 存储在内存中，程序采用复合滤波算法，能有效消除或减少 各种干扰和噪音。风机正常运行过程 中，随着井下用风量的 变化，风机电机的工作状态就要发生相应的转换 ，如果风量 需求较大，P L C 采集到的风量值小于系统设定值，经过比较后 将误差送给P I D控制模块行处理，然后调用模糊控制模块 ，并 将输出量转化为 4 ～2 0 mA电流信号 ，送给变频器频率设定电 流输入端，控制变频器频率变化，实现对通风机风量系统的 闭环控制 。 为了增强系统的自适应能力，P L C 的控制添加了模糊控制 器。模糊控制器是根据过程参数的变化 自动在线修改控制规 则，从而取得最好的控制效果。 图2 系统控制方案和工作原理图 4 控制系统缓构及特点 如图3 所示，煤矿主风机控制系统综合利用现代 自动控制 技术 、计算机技术、网络通讯技术，实现对煤矿主风机运行 参数的实时监测。 豆 堡 苎 _7 算 机 一 图3 系统结构图 系统以和利时公司 L M系列P L c 为核心，采用2 4 点CP U模 块L M3 1 0 9 ， 辅以高性能模拟、数字输入／ 输出模块 ，配置网 络化的嵌入式触摸屏，实现就地 自动控制。 碡 l可编程控制器配 1 C P U模块 LM 3 1 0 9 模块 的额 定工 作 电压为 AC 2 2 0 V，自带4 0 点I ／ O，提供2 4 路DC 2 4 V输入／ 1 6 路继电器输 出处理。具有1 个RS 2 3 2 和1 ,-RS 4 8 5 通讯接口，支持专有协议 仅R S 2 3 2 ／ Mo d b u s R T U协议／ 自由协议。 2 热电阻输入模块L M3 3 1 2 模块是4 路热电阻输入模 块，提供了与Cu 5 0 、P t l 0 0 两种热电阻一次测温元件进行连接 的接 口，用于采集并处理从现场来的热电阻的电阻值输入信 号。 3 模拟量扩展模块 L M3 3 1 3 模块提供8 通道模拟量输 入通道 ，输入范围一 1 0 V - 1 0 V、一 2 0 mA一 2 0 mA可选，精度可达 0 ． 5 ％F S 。主要完成现场模拟量的输入、采集与处理工作。 4 ． 2 嵌入式 孱 软件采用北京昆仑通态 自动化软件科技有限公司开发的 MCGS嵌入式组态软件。嵌入式触摸屏过网关接入矿端工控 www服务器上，在矿端工控www服务器上运行通用WE B 组态软件 ，把采集到的主风机监控系统生产安全数据，通过 I n t r a n e t 发布出去。矿端工控www服务器采用双网卡，从物 理上将监控系统与企业I n t r a n e t 进行隔离，保证监控系统的安 全和可靠运行。 监测参数能够通过嵌入式触摸屏和远程终端 ，完成实 时显示 ，存储、查询 通过表格、曲线等实时查询和历史查 询 、报警、打印功能 ；完成 日报 ，月报的 自动生成 、存 储、查询和打印；实时显示风量一 静压的全特征曲线 ，标注主 风机的工作区域，风机处于瑞压区和低效区时语音报警；具 下转5 7 页 2 0 0 9 年1 2 ,E J F 0 自 动化博览 S 1
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