S7-300在煤矿主通风机监控系统中的应用研究.pdf

第3 0卷第6期 2 0 0 9年 6月 煤矿机械 Co a l Mi n e Ma c h i n e r y Vo 1 ． 3 0 NO ． 6 J u n ．2 0 0 9 S 73 0 0在 煤 矿 主 通 风 机 监 控 系 统 中 的 应 用 研 究 王正玮 。赵忠祥 。王德银 ，苗强 1 ．淮北矿业集团 杨柳煤矿， 安徽 淮北 2 5 3 0 5 4 2 ．中国矿业大学 信电学院， 江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 ； 3 ．平煤天安 五矿 ， 河南 平顶山 4 6 7 0 0 0 4 ．煤科总院上海煤科院， 上海 2 0 0 0 3 0 摘要煤矿主通风机是煤矿生产 中的重要设备 ， 针对煤矿风机 系统的应用现状 ， 研究 了风机 的运行和控制规律， 运用西门子 S 73 0 0开发出一套风机 自动控制和监控 系统， 并 已在现场得到 了 成功的应用。重点介绍项 目背景、 方案设计 、 硬件配置 ， 调试心得以及项 目改造后的效果。 关键 词 S 7 3 0 0 P L C；主通 风机 ；控 制 ；监 测 中图分类号T D 7 2 4 文献标志码 A文章编号 1 0 0 3 0 7 9 4 2 0 0 9 0 6 0 1 6 8 0 3 Ap p l i c a t i o n o n Mo n i t o r i n g a n d Co n t r o l l i n g S y s t e m o f Co l l i e r y Pr i m a r y Ve nt i l a t o r s wi t h S 73 0 0 WANG Zh e n gwe i ， ZHAO Zh o n gx i a n g ， W ANG Dey i n ，MI AO Qi a n g 1 ． Y a n g l i u C o a l Mi n e o f H u a i b e i M i n i n g G r o u p ， H u a i b e i 2 5 3 0 5 4 ， C h i n a ； 2 ． C o l l e g e o f I n f o r ma t i o n a n d E l e c t r i c a l En g i ne e r i n g， Ch i na Un i v e r s i t y o f Mi n i n g a nd Te c hn o l o g y， Xuz ho u 221 00 8， Ch i na； 3． Th e 5t h Co a l Mi ne o f P i n g d i n g s ha n Ti a n’ a n Co a l Gr o up，Pi n g di n g s h a n 46 70 0 0， Ch i n a； 4．Sh a n g h a i Br a n c h Co a l S c i e n c e a n d R e s e a r c h I n s t i t u t e ， S h a n g h a i 2 0 0 0 3 0， C h i n a Abs t r a c t Th e c o l l i e r y pr i ma ry v e n t i l a t o r s i s v e r y i mpo rta n t i n mi n e p r o d u c t i o n e q u i p me n t ，i n v i e w o f t h e p r e s e n t s i t u a t i o n o f c o a l mi n e s y s t e m ，s t u d i e d a i r b l o we r mo v e me n t a n d t h e c o n t r o l r u l e，h a s d e v e l o p e d a c o n t r o l a n d s u p e r v i s o r y s y s t e m wi t h S i me ns S 7 3 0 0． a n d o b t a i n e d t h e s uc c e s s f u l a p pl i c a t i o n i n t h e s c e n e ． F o c u s o n t h e i n t r o d u c t i o n o f t e c h n i c a l b a c k g r o un d， s y s t e m c o n s t ru c t i o n a n d h a r d wa r e c o n f i g u r a - t i o n．I t a l s o c o ns i s t s o me s o l u t i o n o f c o mmu n i c a t i o n p r o b l e m a n d t h e a p p l i c a t i o n e x p e r i e n c e ． Ke y wo r ds S 73 0 0PLC； p r i ma ry v e n t i l a t o r s； c o nt r o l l i n g； mo n i t o r i n g 0 引言 神华宁夏煤业集 团某煤矿是新 近投产 的设 计 年产量 5 0 0万 t 的国有大型煤矿 ， 其通风系统 由 2 台互 为备用 的B D K 通风机组成 ， 每 台通风机含 ＼ l、 ＼ 石＼ I 、 写＼ -、 ＼ - 、 、 I ＼ 、 、 - 、 ； ； 蠕 ＼ 、 蠕 石 ． 、 石 I 、 石 ； 、 裂。但产品的换代需要一定时问 ， 对已经撕裂 的输 ． 送带进行修补再利用也是急待解决的问题 ， 因为废 输送带再利用可 以节约大量资金同时还可以起 到 环保的作用。 2阻燃输送带的再利用 1 输送带的选取与刨削 一 般选取输送带宽度在 0 ． 8～ 0 ． 3 m， 将选好输 送带的粘接面清洗干净 、 凉干 ， 用刨胶机刨出斜率一 致的粘接斜面， 使搭接头的厚度均匀， 有效保证粘接 质量 ， 以便提高输送带面的强度。 2 粘 接技术 把刨好的输送带卷好安装到粘胶机 的工作 架 上， 用8 0 2 组合胶按比例配好均匀地涂在待粘接表 面， 晾置 1 0～ 2 0 m i n时将两涂胶表面搭接， 把搭 接 好的接头用辊压机施加一定 的压力， 辊压 的作用是 使粘接时产生 的气泡辊压 出去， 形成 1 0 0 ％的有效 粘接， 粘接后静置 2 0 m i n ， 即可清理现场载荷运行 ， 若延长固化 时间粘接效果更好。粘接 以后 的剪 切 强度为 2 0 m i n 2 ． 2 0 MP a 2 4 h 4 MP a 。剥离强度为 ．2 4 h 1 0 0 N ／ 2 ． 5 c l n ， 2 4 h 2 0 0 N ／ 2 ． 5 a m。粘接以后 的输送 带经 浸水 4 8 h试 验 ， 横 向抗 拉强 度为 1 2 MP a ／ m。符合输送带 的粘接标准 。这种粘接方 法 不需要硫化 ， 只需要 室温在 2 33 0℃度就可 以作 业 ， 避免在加热过程 中的空气污染 ， 同时也给纵 向 粘接技术提供可操作的基本条件 。 因为硫化法粘 接只能粘 2 m左右一个接头 ， 纵 向粘接 1 0 m以上的 接头是很困难的 图 1防 跑 偏 托 辊 装 置 3结语 以上 2种方案的工业性实验都是可行的， 首先 圆弧形托辊配以调偏辊并用 ， 从根本上解 了输送带 的纵 向撕 裂 ， 仅 我 矿 每 年 可 减 少 撕 裂 的输 送 带 5 0 0 0 m， 可节约资金 9 4 ． 5万元 ， 对已经撕裂的旧输 送带进行纵向粘接达到 0 ． 8～1 ． 0 m宽 2 5 0 0 m， 每 年可减少损失 4 7 ． 2 5万元。 作者简介 林艳溪 1 9 6 2一 ， 女， 工程 师， 1 9 8 8年毕业于鸡西 矿务局工学 院， 电气 自动化专业 ， 现任 鸡西先 力公 司宏达厂 主任 工程师． 一 l 68 一 收稿 日期 2 0 0 8 1 2 2 5 第 3 0卷第 6期 s 73 0 0在煤矿主通风机监控系统中 用研究王正玮 ， 等 V o 1 ． 3 0 N o ． 6 2台对转的防爆三相鼠笼式异步电动机 ，单 台电机 额定功率 4 0 0 k W。每 台通风机有独立风道 ，在绞 车间下汇合入 主风井 。每 台通风机装 有 1部立式 风门 ， 在通往主风井 的绞车 间内各有一 台斜风 门， 通过 4台风 门的开 合可保 证通 风机 间的气 密性 。 当一台通风机工作 时，另一 台处于备用检修状态 ， 在正常生产情况下，同一时刻只有 1台通风机处于 工作状态，为井下提供通风保 障。矿井通风机结构 如 图 l 所 示 。 2 通 风机 图 1 矿井通风机构 示意 图 1 系统构成 在设计时， 根据监控 对象 的特性 ， 整个监 控系 统 由2个部分组成 即控制系统和监测系统 ， 用 以 对各种瞬问发生的电气事故进行分析判断 ， 对现场 众多电气数 据进行记录和统计 处理。选用 西 门子 S I E ME N S s 7 3 0 0 C P U 3 1 5一D P可编程控制器构成 了通风机监 控系统 的主体 ，所有针对 通风机 的控 制 、 监测等功能都是通过它来实现的。该系列可编 程控制器是西 门子 全集成 自动化系统 中的控制核 心 ， 是其集成与开放特性 的重要体现 ， 在 C P U运算 速度 、 程序执行效 率 、 故 障 自诊 断 、 联 网通讯 、 面 向 工艺和运动控制 的功能集 成 以及实现故 障安全的 容错与冗余技术等方面成就显著。由于大量 的 D I ／ D O和 A I ／ A O， 故增加 6块 数字量接 口卡和 3块模 拟量接 口卡。电源用 P S 3 0 7模块。 根据负载的特性 ， 选用西门子的 G 1 5 0变频器 ， 该变频器不仅具有各种保护功能 ， 而且控制方式为 无速度传感器 的适量控制方式 ， 适合于风机 、 泵类 等负载转矩为平方特性的负载 。对风机 负载 ， 节电 率一般能达到 2 0 ％ ～ 6 0 ％。 人机界面采用西门子的 O P 2 7 0触摸屏 ， 画面清 晰、 逼真， 2 5 6色显示 ， 该触摸屏为压力传感器式 ， 具 有 1 M／ 2 M 的存储空间和多语种选择功能 ， 其最大 的特点是适 应性广 ， 配置有各种接 口， P L C设备 的 硬件组态工作都在西 门子 S T E P 7开发环境下 的硬 件组态工具 H a r d w a r e C o n fi g中进行 ， 包括模块的选 型 、 槽位的安排 、 通信设置以及地址分配等。 2 控制系统完成的功能 P L C主程序主要 由系统初始化程序 、 风 门电机 起动程序 、 风机电机启 动程序 、 风机 电机换机程序 、 风机反风程序 、 模拟量 压力 、 风量 、 振动 、 温度等 采集程序 、 停机程序和报警程序等构成。其中数据 采集部分较为常规 ， 难点在于风机电机换机程序 。 1 系统初始化程序 先要对整个系统进行初始化 ， 即在开始启动 的 时候 ， 先 对系统 各个部分 的 当前 工作状态进 行检 测 ， 如 出错则报警。系统进行初始化是在主程序 中 通过调用子程序来实现的。 2 风门电机起动程序 在启动风机前 ， 必须选择好 风道 ， 打开相应风 道的风门， 为 了防止误操作 ， 还必须进行风 道风 门 开启 、 关 闭的逻辑闭锁 ， 并设置上下 限位检测装置 ， 防止风 门超提或过放 。 3 风机 电机起动程序 由于 自动控制系统采用分组方式运行 ，P L C程 序 自动完成相应 的电机起 动。风机 电机起 动前先 要保证 相应 风道 的风 门开启 ， 相对风 道的风 门关 闭 ， 变频器三相 电源输入端得 电 ， P L C才发 出启 动 指令。 4 风机反风程序 当煤矿井下发生火灾或爆炸事故时 ， 必须进行 风机的反风运 行 ， 以防止事故 故障面的扩大 ， 风机 反风程序 的设计包含一个切换风道 的过程 ， 当需要 反风时 ， 正在运行 的风机 电机立 即停 车， 同时关 闭 风门 ， 开启另一组风机 的风 门， 风 门开启到位 以后 起动风机 电机 ， 实现反风输出。 5 风机电机换机程序 风机 电机换机程序设计包括组 内切换和组 间 切换 。组 内切换是根据不同时段 ， 需求风量的大小 进行换机 ， 在 变频调速风机 系统 中， 系统在一个 工 作周期内有 4种工作 状态 即风机 电机变频起动 、 风机电机稳态运 行 、 风机 电机暂态调 整、 风机 电机 停车。一般情况下 ， 风机 电机都处 于这 4种工作状 态之 中， 当风 机 电机启动时 ， 要保证风机 电机 的低 转矩软起动 ， 当正常起动 以后 ， 电机就进入稳态运 行状态 ， 此 时， 电机 的输 出风量 紧紧追踪风量设定 值 ， 当风道压 力突变时 ， 风机 电机 的工作状态就要 一 1 6 9 V o 1 ． 3 0 N o ． 6 s 7 3 0 0在煤矿主通风机监控系统中的应用研究王正玮 ， 等 第 3 0卷第 6期 发生相应地转换 ， 此时 电机就运行 在暂态调整状 态 ， 当风量变化较大， 而单台电机工频运行所供风 量已经不能满足需求时， 就必须进行相应 的电机切 换或双机运行。在风机 电机换机程序设计 中， 必须 认真考虑暂态过程 ， 才能保证系统在一个工作周期 内实现正 常切换与运行。由于电机切换 涉及 到不 同时段风道阻力大小 和风机给定风量大小 比较计 算， 因此在组 内切换程序设计 中还应包含模拟 量 压力 、 风量 比较计算和逻辑运算程序设计。 组间切换是根据机组运行 时问的长短来 自动 完成不同机组 间的切换。当一组中的大功率 电机 连续运行超过设定时问后， 必须使该机组停下来 ， 自动起动另一组风机。 6 停机程序 风机机组在停机之前必须保 证另一组风机的 起动条件具备 ， 以实现 5～1 0 ra i n的时间内起动另 一 组风机， 实现井下风量的风速连续 ， 保障井下人 员的工作安全。在 自动状态下 ， 若另一组风机 的起 动条件不能满足时 ， 会给出相应 的报警 ， 同时， 运行 风机不会停止运行。在就地方式下 ， 若另一组风机 的起动条件不能满足时， 会给出相应的报警 ， 同时， 运行风机停止运行。 7 报警程序 报警程序是依据风机的运行流程及风机运行 过程中对各种 电气及工艺参数 的实 时检测来实现 的 ， 参数与正常的流程不相符或超出上 、 下限时 ， 就 进行相应的报警 。报 警分 为一级报警和二级报警 两大类 ， 凡是直接影响到风机运行能引起风机停机 的故 障信号， 都设 为一级报警； 其他的设为二级报 警。 3远程监控 部分 结构功 能与 实现 本监控系统是以矿用主扇风机为研究对象 ， 基 于 Wi n d o w s 2 0 0 0 ／ N T开发 ； 根据系统设计要求 ， 确定 整个系统为多级分布式结构 的监控系统。系统采 用 I P CP L C的结 构， 用 P L C构成 系统 的控 制站， I P C构成系统 的操作站， 并结合 E t h e r n e t 构成 网络。 过程 的数据采集和过程 的控制都 由 P L C来 完成， I P C完成数据显示 、 人机界 面操作 、 历史数据保存 、 报表打印及控制系统 的管理等。要达到 的 目标是 组态容易、 操作简单 、 易于维护 、 系统 的安全性及稳 定性高 数状态数据的采集和控制信息 的发送 ； 监控参数的 图形动画表达和报警处理 ； 事故追忆和趋势分析。 这些功能的正常运行是保证系统正常运行 的重要 条件 ， 因此采用 国际著名的组态软件 I N T o u c h进行 上位机软件的开发， 完成遥控 、 遥信 、 遥测及其他一 些辅助功能。 4项 目运行 与总结 本监控系统采用先进的西门子 G 1 5 0变频器， 对风机 的风量 进行 变频 控制 ， 提高 了效率 ， 节 能 3 0 ％ 以上 ； 采用先进 、 可靠 的传感器及计算机技术 实现 了主通风机性能及状态 的在线实时监控。能 够在生产过程中实时掌握主通风机运行 参数 和状 态 ， 改变了传统 的设备管理 方式 ， 提高 了主通风设 备的 自动化管理水平 ， 有力地保证 了主通风设备的 经济、 可靠运行 ， 为设备的管理和维护提供 了可靠 的依据。利用高可靠性 的工控 P L C实现通风机的 在线监测及控制 ， 并通过与中央集控室的工业控制 计算机联 网， 实现通风机的远程监视和控制。 系统调试完毕后 ， 试车成功 ， 主要 完成的技术 指标 1 设备改造后 ， 性能稳 定 、 控制可靠 ， 能适应 2 4 h连续工作的特点； 2 系统运行后， 在远程闭环控制方式下 ， 达到 了无人值守的目的； 3 系统的监控程度高， 可实现风机运行状态 的各参数实时监测； 4 主电机运转平稳 ， 振动小； 5 系统的维护量小 ， 所需人员参与程度低 ； 6 设备整机耗电量下降， 节能效果明显。 参 考文 献 [ 1 ] 西门子 中国有 限公司 自动化 与驱 动集团．深入 浅出西门子 s 73 0 0 P L C [ M] ． 北京 北京航空航天大学 出版社 ， 2 0 0 4 ． [ 2 ] J i a n g D o n g x i a n g ， N i We i 1o u ．N e t w o r k s y s t e m o f r e m o t e o n l i n e m o n i t o r i n g a n d d i a g n o s i s f o r t h e r n t a l s ．y s t e m i n p o w e r p l a n t s [ J ] ． J o u r n a l o f T s i n g h u a U n i v e r s i t y ， 2 0 0 0 4 78 0 ． [ 3 ] 崔坚． 西 门子工业 网络通 信指南 [ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 o o 5 ． [ 4 ] 高鸿斌 ， 孔 美 静 ， 赫孟 合．西 门子 P L C 与工 业 控制 网络应 用 [ M] ．北京 电子工业 出版社 ， 2 0 0 6． 作者简介 王正玮 1 9 6 8一 ， 安 徽蒙城 人， 1 9 8 9年 7月毕业 于北 京煤炭工业学校煤 矿机 电专业 ， 长期 从事机 电运输管 理工 作 ， 现任淮北矿、 I 集团杨柳煤矿运输区区长． 监控系统主要解决以下几个 问题 设备各种参 一 l 7 0 一 收稿 日期 2 0 0 9 0 2 2 5