PLC控制技术通风机在线监控系统应用探讨(1).pdf

2 0 1 8年第 3期 总第 1 5 0 期 缸 i i I- 耋 ； 钍 E N E R G Y A N D E N E R G Y C O N S E R V A T 1 0 N 2 0 1 8 年 3 月 P L C控制技术通风机在线监控系统应用探讨 ． 张 健 山西焦煤霍州煤电集团汾河焦煤公司回坡底煤矿，山西 临汾 0 4 1 6 0 0 摘要 分析了煤矿通风机安全运行的现场设备、系统设计、P L C 集控设计及中心站软件，并探讨了 X P L C 技术为依托 的通风机在线监控 系统的应用。 关键词 主要通风机 ；P L C技术 ；设计 ；应用 ；监控 系统 中图分类号 T D 7 6 文献标识码 A 文章编号 2 0 9 5 0 8 0 2 一 2 0 1 8 0 3 0 0 2 1 0 2 App l i c a t i o n o f On-l i ne M o ni t o r i n g Sy s t e m o f PLC Co n t r o l Te c hn o l o g y Ve nt i l a t o r ZH ANG J i a n H u i p o d i Co a l Mi n e ， F e n h e C o k i n g Co a l Co mp a n y ， H u o z h o u C o a l E le c t r i c it y Gr o u p ， S h a n x i C o k i n g C o a l Gr o u p ， L i n f e n 0 4 1 6 0 0 S h a n x i ， Ch i n a Ab s t r a c t T h i s p a p e r a n a l y z e d t h e fi e l d e q u i p me n t ， s y s t e m d e s i g n ， P L C c e n t r a l i z e d c o n t r o l d e s i g n a n d c e n t r a l s t a t i o n s o f t wa r e f o r t h e s a f e o p e r a t i o n o f c o a l mi n e v e n t i l a t o r a n d d i s c u s s e d t h e a p p l i c a t i o n o f o n l i n e mo n i t o r i n g s y s t e m b a s e d o n P L C t e c h n o l o g y ． Ke y wo r d s ma i n v e n t i l a t o r ； P L C t e c h n o l o g y ； d e s i g n ； a p p l i c a t i o n ； mo n i t o r i n g s y s t e m 0 引言 作为煤矿上最主要的安全设 备之一 ，通风机最 主 要的任务就是保障矿井下能有新鲜空气输入 ，使各巷 道气体保持流通 ，把有害气体浓度进行稀释 ，把煤尘 吹走 ，保 障井下作业员工安全。若主要通风机有故 障 出现 ，会对井下作业人员及煤矿的安全造成负面影响。 矿安全规程 明确指出， 矿井在生产时为了安全起 见 ，要有一套备用 的通风机装置 ，且该装置在 1 0 mi n 内要能正常开动，同时，通风机也要装反风设备 ，同时 具有在 1 0 m i n之内使巷道风流方向改变的能力 。 当前 ，国内矿井使用 的通风机系统相对落后 ，其 管理还主要是通过专人值守 、定期检修 、巡视及切换 风机的方式来完成 ，不能对系统 的潜在风险做到及时 了解发现和预测 ，也不能对紧急情况送风及时与否的 情况和风机带病运行等隐患进行排查 ，这些隐患会导 致风机骤然停止 ，然后损坏电机 、撕裂扇叶等 ，对煤 矿安全生产极为不利。为解决上述问题 ，设计了通风 机在线监控 系统 ，其是 以 s 7 3 0 0可编程序控制器为 重点 ，然后通过对现场传感数据进行采集 ，同时以现 场控制箱作为辅助 ，来实现实时在线监测监控 ，该系 统后天监控软件功能强大 ，能完成历史数据查询 、动 态画面分析及实时报警 ，且能做到一键启动和反风操 作 ，对通风机安全很有帮助 ，保障了煤矿的安全生产 能顺利进行。 ’ l 现场设备 现场控制主要设备包括四方面 a 主要通风机。2 台对旋轴流风机 ，分别配上一级电机和二级电机 ，电 收稿 日期 2 0 1 8 0 1 0 4 作者简介 张健 ，1 9 8 9 年生，男，山西霍州人 ，2 0 1 5 年毕业于太 原理工大学安 - -r 专业，助理工程师。 机预埋有 P T 1 0 0温度探头 ，其主要功能就是对电机线 圈和轴承的温度进行检测；b 1风门。2台电动风门，为 闸阀式 ，且配上闸阀控制的装置和另外 2台风门电机 ； C 1电机配电开关。2台进线柜 、1 台联络柜 、4台电机 控制柜，电压等级为 1 0 k V，里面装着具有通信功能的 综合保护器 ；d 换相柜。配备 2台，作用是在反向送 电时供电机反转。 2 系统设计 通过实际情况，系统通过工业以太网传输平台为基 础 ，建立了 3 层监控系统 后台处理层 、中间传输层 、 现场控制层。后 台处理层的主要构成设备有系统软件 、 声光报警仪、打印机、工控机等。中间传输层主要是工 业以太网。现场控制层的设备较多，主要有触摸屏 、操 作台、现场电控箱 、P L C 可编程逻辑控制器控制柜 等，另外，还有开停传感器、甲烷传感器及开停传感器 等，具体如图 1 所示 。 3 P L C集控设计 3 ． 1 硬件组态 煤矿主要通风机的使用原则就是 1 台正常用、1台 备用 ，设计时以 s 7 3 0 0 为重点 ，2台通风机都要采用 独 立 模 块 进 行 控 制 和 采 集 ， 其 中 涉 及 到 一 套 6 E S 7 3 1 5 C P U模块 ，3 2路 D I S M3 2 1采集模块及 3 2路 D 0 s M3 2 2控制模块各两套 ，另外 ，还有采集和 C P 3 4 0 通信模块也分别为两套。其中，D I 开关量输入模块 的主要功能就是采集开关量 ，如风门状态 、开停传感 器 、控制箱状态及操作台按钮状态等 ；D O 数字量输 出模块主要做的就是控制风 门启停 、电机启停及操 作台状态指示；A I 模拟量输入主要采集现场模拟传 感器，如一氧化碳传感器、负压传感器、振动传感器 等 ，4 mA～2 0 m A信号为现场传感器使用的标准信号； 21 红源与 { } 圭 图 1 通 风机 监控 系统 总体 结构 图 迎 懊块提供接 L J ，对现场配电 火 能综 合 护装 及脱场濉 巡榆仪的信息采集通过迎 力 ‘ 』 扶收I 。 ／。l6 史 什纠 【 念 』 纠2 r r1 ，M P I 是两门 r 为 3 0 0 ／ 4 0 0系列 1 1 汁的通 协议，协议不开放 I P址 P R F I l ； I I S 一 ⋯ 议 址 种总线 议，也是日 『 场 l j i 比较多 的 种 c 义 P N 1 0代表以爪网输入输⋯I I 1 ． 3 ． 2 P 控制器软 件流程 I l C 川 的 序没汁要遵循稳定 、， 厂 便删f II 、利 j 修改干 扩腮的原 J 『J ， 此其采川十 I 块 计， 嵫包 种 序 ， 电 通信 程序 、f I l 拟 数 r 序 、 控川 f 序 、模拟传感器采集子程 、 度巡检子 、J r 火 状态子程序 、过程及状念于 j 卅 f 序 、数 处 r 埂巾断 予程序等 ，而 『 I 1 断 了 J 巾 义 11． 目 ∞ Ⅱ ；l 擅 P s 3 0 7 5 A 2 目 C P W 3 1 5 2] t] i i D Lt 1 l M P ％ ／ D P I } I 一 鞠 露 目 鼍口 i 日 糟口 2 3 4 I D I 3 2 x D C 2 4 5 j D I 3 2 x D C 2 4 Y 6 I I X 3 2 x D c 2 4 v ／ o 5 A 7 I ∞3 2 x D C 2 4 y ／ o 5 A E l I I 8 x I 3 B i t 9 j I 8 x l 3 B i t 1 0 I C P 3 4 0 一 R S 4 2 2 ／ 4 8 5 I I I e P 3 4 0 ‘ R S 4 2 2 ／ 4 8 S 图 2控制 柜硬 件组态 图 包括两个子程序 ，分圳址倒J x L f I I 送风 r 程序 、 始要 先把 系统 仞 始化 完 成 ， f F模块 ，这 些 子模 块 按顺 序执行 ，然后々家分析采集钏的数 ，比如风机足 异常呵通过乖直和水 力 ‘ I 的振动传感器来判断 ，电 机是 老化 、轴承有没仃 损 ，这些 I 『 温度来判断 ， 供电质鞋及电缆缺相 、过绒等情况【 I J‘ 通过供电参数束甄 圳 ，这 结果最后都会 爪 操作 和触摸 如I 有 常 ，系统会自我保} ， 1 ，以防q i 敝发 外 ，通过 序预留的r f 1 端程序接 ，能 成反风 和一键道机等操 作 ，使得煤矿安全系数提高 j 体流 3 ． 3 ． 3 通信子程 序 陔 序『 h 曲部分 成 ，分别为外接温度巡枪仪通 信及采集供配电升火 电参数通信这 个子程序 使川 t 的协议 为标准 M o d b u s 通 c 义，波特牢设 为 4 8 0 0 } 1／ s ，主要 l 作就是采 电 参数 脱场温度 、 j 数据填 充 分块 I 作究成以后 ，科 1 心的删H { 通信收 发程序块 也 充成 图3 P L C控制流程图 下转 8 6页 “源占 钍 表 2 5种 常见 重金属 污染 物来 源和健 康影 响一 览表 重金属 采源 对人体的健康影响 采矿 、 台炼 、 舍 的工业“ 三废” 和采矿废弃物 、 首 先通过呼吸道侵 八人体 ， 其 次是消化道 、 在人体 中主要 分布于肝 、 肾中， 脾 、 脑 、 胆 中的少量存 I 燃媒 、 汽车尾气 、 舍 『 l1 水管 、 油漆涂料 、 蓄 电池 、 在 随后 P I - 以不溶性 P I h 1 0 形式在骨骼 中沉积 、 人体 内约 9 0 ％一 9 5 ％ I ’ l ， 积存于骨骼 中， 其 余 5 货 ～l 饼 存在于肝 、 脾等脏 嚣中， 抑制人体 内神经 、 骨骼 、 造血 、 内分泌、 生殖 、 免疫 、 消化 五金机械制造、 电镀 、 餐具 、 化妆品 和泌尿各 系统的功能 【 “不是人体的必需元素 ， 人体 内的 t I 是通过农 产品 、 水和空气等外环境撮 入后进八人体而蓄 采矿 、 ； 台炼、 电镀 、 电池 、 塑料 、 油漆 半导体 、 航 积 ， t I 和金 属硫 蛋白结合 后在肝脏和 肾脏 中储存 t l 集 中在’肾皮质的近 曲小管 ， 使 肾功能障 C I 空 、航 海等排放 的“ 三废” 的排放 ； 施 用磷肥 碍 ． 引发骨质疏松症 、 高血压和心血管疾病； d干扰 f／ 『 l 、 【 J 、 在体 内的吸收和代谢 ， 从而产生 、 【 I 缺乏症 损 害泌尿 系统的功能 汞仪表厂 、 冶炼厂 、 化工 厂 、 燃煤 、 农 药厂 、 氯碱 汞化合物通过呼吸 肺部吸收 、 皮肤接 触 直接 经皮肤吸收 和饮食 消化道吸收 三种途径进 入人体 ， 在肝 、 肾 、 脑等部 位累积 ， 对大脑 、 神 经 系统和视 力破坏极 大 ， 水 中舍 0 , 0 I m g l { g即会 厂 、 造纸 厂、 化妆品 、 污水灌溉 中毒 甲基汞 P 毒 引起“ 水 俣病” 采矿、 冶炼、 化学制 药、 玻璃 工业中脱 色剂生产 、 进 入人体的 A s 经过 消化道 、 呼吸道 及皮肤 而被 吸收 ， 大 多数与血液 中血红蛋 白上 的球 蛋 白结 A s 杀 虫剂 、农药、 化肥 生产、 皮革制造 合， 分布在肝和 肾中， 危害人的造血 、 皮肤 、 呼吸 、 消化 、 泌尿 、 神经等功能 皮革制 剂和鞣革 、 劣质化妆品 原料 和工业颜料 、 r 作 为生物体所 必需的微量 元素之 一 ， 金属 c 一 一 无毒， r 化合物 由于在消化道 中吸收 少， 毒性 【 r 较 小 ， 【 ， 化合物毒性较 大． 可透过红细胞膜进入红细胞 ， 更容 易被人 体吸收并在体 内蓄 积 ， 导 金 穗部件镀铬部分 、 橡胶和陶瓷原料 致 肝癌 同时还 会引起咽 炎 、史气管 炙、 鼻炎、 结核痛 、 腹泻 、 皮 炎等 境 , t l 毛金 污染，_J f 腮重金属引起的人体 健康风 险 价研 究 ，采 取仃 效 污 染 防治措 施 米 控 制 属 的 污染 ，J } r 的科学价f f f 和现 意义。 治 币金 属污染仍 址l I t 界难题 ．就好比 “ 收一大缸水 巾滴进 的一滴 水” ⋯于匝 属污染的 ， r 逆性 ．防治 最金 属污染的 原则成是建 完善的污染防治体 系，对 涉 霞 , I k 啦 格 监管 ，定 展环 境 质量 监洲 干 居 民 健康 ， 加强埘 暖金 污染治理的I 时，虫 要从 源 头解决重 金属污染 题 ． ． 参 考文献 [ 1 1 金铭． 中国重金属污染困局【 J I ． 生态经济 2 l 1 6 1 4 1 7 。 f 2 I 余光辉 ， 袁开国， 李振国， 等． 我 国重金属污染事件的管理对 策 研究I J 1 ． 工业安全与环保 ， 2 1 3 ， 3 9 8 3 5 3 7 ． 责任编辑 高志凤 ● ● ● ● ● ● ● ● ● 一 ● ● ● ●一 _ ● ● 1 、 ● ● 、 ●c、 ● ⋯ ● ● ● ● ● ⋯ ● 一 ● ● ● ● ， ● ⋯ ● - -I ● 上 接 2 2页 4 中心站软件 该软什 } 殳计时选取组念 没汁，不仅具有㈣而简 沽的功能 ，⋯割表的功能还 f 分强 大，于此 } I、 』 ，扩 腮 、二7 欠川 发也郜可很方便地完成 ，该软件的应』 { j 能 很好地辅助他班人员的 J 作 ，埘很多信息 电机运 行 参数 、濉 瞍 、C H 浓 度 、 浓 度 、送 J x 【 、风速 、 量都 l I J‘ J 符指掌 最 父键的足可为值小人员提供 每台风机 、告警 、供电系数的⋯【 【 『 ，且能 r j 动生成很 多报表 于 l 迂 警信息 、历史数据 、盘询 内容 、时『 H J 跨度 等报表 ， f 分利于扣 印币 淘。具体 冈4 ． 5 应 用 基 r 1 l 控 制技术的迎风机1 1 1 1． 控 系统 川 比较普 ，系统 没 的 种模式 就地 、集 中 、远 常便 于使用 ，I I ． n r 针对现场 的 同情形 ，不但 I 1 r 有人值 守的情况 F使 隐患识别度提高 ，F L 能完成 l尤人值守。 此外 ，还 I 『 实时在线监控 ，这里包括线测域和处理风 机运行参数 全压 、风机入【 _j 静 、全压 、轴承温度 、 电机输入 J 电流 、功率、风速 、流量等 I i 。 6 结 语 通过研 究证实 ， 线 峪控 系统不仅能 问断地监 测 ，发脱 没箭J 炙全隐患 ，实现 一 键肩停和反风动能 ， 且配置 活 ，方便维护和扩展 ，是煤矿安全， 卜 产必不 8 6 图 4 后 台中心 站主 画面 图 可少的系统 ，经过应川 也表明，适合 其他煤矿 和矿 山 I 推广使 。 参考文献 『 1 ] 陈冬梅 ， 孔祥振 ， 陈庆光 ， 等． 基于 P L C与上位机的矿井通 风 机监控 系统研制I J 1 ． 煤矿机 电， 2 0 1 4 1 6 5 6 7 ． 『 2 ] 华满香。 矿用通风机监控 系统中 P L C控制和组 态技 术的应用 J ] ． 煤炭技 术， 2 O l 3 I 】 6 2 6 3 ． 『 3 l 张 帅 ， 夏承莉 ， 张宽琦 ， 等． 基 于 P 1 c控制的矿用通风机监 控 系统的研究[ J ] ． 煤矿机械 ， 2 0 l 2 7 2 1 0 2 l 1 ． 责任编辑高志凤