基于PLC的金属矿井风机自动控制系统设计(1).pdf

M n g 基于 P L C的金属矿井风机自动控制系统设计 胡天让 甘肃畜牧工程职业技术学院， 甘肃 武威7 3 3 0 0 6 摘要 ； 金属矿井风机是矿井安全高效生产的不可缺少的重要生产设备之一， 风机的稳定安全运行对金属矿的高效生 产影响非常重大， 本文针对某金属矿井原有系统存在的运行管理问题， 设计开发了一套以西门子P L C为核心控制装置 的金属矿井 自动控制 系统。 关键词 P L C ； 金属矿 井 ； 风机 中图分类号 ； T P 2 7 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 2 5 0 6 5 2 0 1 7 o 5 0 0 7 9 0 2 D e s i g n o f a u t o ma t i c c o n t r o l s y s t e m f o r me t a I mi n e f a n b a s e d o n P L C HU T ia n r a n g G a n s u a n i ma l h u s b o n d r y e n g i n e e r i n g C a r e e r Te c h n i c a l Co l e g e，Wu we i 7 3 3 0 0 6 。 C h i n a Ab s t r a c t T h e me t a l mi n e f a n i s o n e o f t h e i mp o r t a n t p r o d u c t i o n e q u i p me n t n e c e s s a r y f o r e ffic i e n t p r o d u c t i o n o f mi n e s a f e t y a n d e f fi c i e n t p r o d u c t i o n o f t h e s a f e a n d s t a b l e o p e r a t i o n o f t h e f a n o f me t a l mi n e i s v e r y i mp o r t a n t ，a c c o r d i n g t o t h e o p e r a t i o n a n d r r n a g e me n t p r o b l e ms Ms t i n g a me t l mi n e s y s t e m， d e s i g n e d a n d d e v e l o p e d a s e t o f S I EME NS P L C a s t h e c o r e c o n t r o l d e v i c e o f t h e a u o m l； i c o n t r o l s y s t e m o f me t a l mi n e ． Ke y wo r d s P L C； rec t a l mi n e ； f a n 具有 “ 矿井肺脏” 之称的通风机是矿井四大固定设备之 一 ，担负着向井下输送新鲜空气、 排出粉尘和污浊气流、 确 保矿井安全生产和保证人身安全的重任。对矿山主扇风机、 局扇风机的运行状态、 运行状况 、 运行环境的实时准确监测 在矿山安全生产中起着至关重要的作用⋯。 结合对主扇、局 扇风机的在线参数监测与矿山安全监控系统的各个监测量， 有效的对风机进行启动 、 停止、 风量调节能够有效的保证对 矿 山井下新风输送 、 有害气体、 粉尘的排除， 不仅能够起到 对设备的有效保养 ， 使得风机及关联设备运行稳定 ， 也能延 长设备的使用时间， 节省投资， 更重要的能为矿山安全生产 提供的保证。 1 风机系统基本情况分析 ， 某 矿 井风 机设 备 的是 设备 型 号参 数 D K 4 5 6 ， 风 量 2 5 1 2 8 0 4 7 5 2 O O立 方 米 ／ h；风 压 1 0 1 9 1 9 5 6帕 斯 卡 ， 工作温度 8 O ℃ ， 主轴转速 r 9 8 0转／ 分 ； 电动机型号 Y3 5 5 L 2 6 ，功率 2 5 0 K W 2； 设备原安装有电机轴温检 测传感器。 此通风系统改造前存在主要问题 1 所有设备均在现场操作 ， 必须配置岗位工， 劳动生 产率低 ， 机房分布较远 ， 协调工作不便。 2 设备检测手段不完善、 故障检测不及时， 一旦出现 问题 ， 只能通知维修人员到现场判断故障点， 故障恢复时间 长 ， 对生产的影响较大。 3 矿山人员紧缺， 部分岗位缺员严重 ， 设备的操作和 维修不及时现象时有发生。 收稿日期 2 0 1 7 - 0 2 作者简介 胡天让， 男， 生于1 9 8 7 ， 甘肃古浪人， 工程硕士， 助理实验师 研究方向 电气自动化。 2 风机监控系统 设计 针对原控制系统存在的上述缺点， 通过信息化和自动化 的融合 ， 对通风系统实现集中监控的方式操作 ， 实时监控设 备、 系统的运行状态 ， 实现全新的人机交互的实时控制。 同 时建立完善的安全监测故障诊断系统和设备故障诊断数据 库 ， 实现通风系统运行状态下的各种安全保护功能， 为此开 发设计了一套以P L C 为核心控制装置的金属矿井风机控制 系统 。 2 4 风机监测控制系统分析 矿山风机在线监测系统可对风机的运行状态 自动进行 监测 ， 利用高性能前端数据采集和处理单元， 以稳定、 可靠、 精确的方式将采集数据传送至主控P L C， 并通过光纤或工业 以太网通讯手段， 实时在上位监控主机组态显示。 系统对采 集数据进行分析计算并显示存储， 从而对风机的运行状态进 行连续的在线监测， 为 风机的安全可靠 、 经济高效运行、 设 备安全管理提供科学依据 】 。 系统的主要功能有 实时监测通风系统参数 、 风机的性 能参数 、 电机的电气参数 、 轴承温度、 电机振动、 数据管理、 报表管理 、 性能曲线、 远程通讯等。 并能结合变频控制技术 进行自动调节， 实现主通风机的节能 自动运行及远程监控。 2 。 2 风机监测控制系统硬件结构设计 主通风机在线监测系统由取压装置 、 风机性能监测有关 的传感器 或变送器 、 开停状态传感器 、 数据传输及控制装 置、 通风机电量监测装置、 通风机性能监测装置、 振动传感 器、 操作台、 监控计算机 、 u p S电源。 以及监测监控、 矿井风 量定期核定软件和数据联网软件等部分组成 。 主通风机在线监测系统与主机配套， 在线监测参数有 风机的电机功率、 电流及电压 ； 电机轴承温度、 风机轴承温 度、 电机绕组温度 ； 风机振动、 风速、 风压。 该系统能根据 2 0 1 7 年 3 月上世界有色金属7 9 M 舌 I制I1 造IllⅢ ．．。f ⋯ n 。，q 被测风机类型调动相关风量、 风压 、 功率 、 效率的计算公式， 对数据进行处理并按照标准形式以表格 、 曲线方式输出 ， 并 显示风速、 风压、 效率等性能指f ，示 参数 ， 能够进行自动调节、 远程 监控 。系统的结构 图如下 图 1 所示 。 艟 接 至 通风 机设 备 图 1 监控系统结构 图 2 ． 3 风机监测控制 系统设 计 风机在线控制装置是构成风机在线控制系统的主要组 成部分， 该装置的核心是风机在线控制器 ， 此系统选择的控 制器是以西门子 S MAR T可编程控制器为控制核心扩展其 相关功能模块 ， 接收和处理来自井道的风压、 风速、风机运 行状态 、 并对风机工作的电量信号如电压 、 电流等信号进行 采集处理， 将这些信号经过一定算法及软件滤波等处理， 通 过工业以太网传至调度中心的风机在线监控系统的服务器， 同时接收服务器发出的风机转速给定信号、 转向信号、 故障 复位信号、 急停信号等， 通过风机变频调速控制柜控制风机 的运行。 系统功能如下 1 主耍在线 监测功能 通风风速 ； 通风机风压 ； 通风机供电电压 ； 通风机电流 ； 通风机转动情况 ； 风机振动 ； 风机电机温度。 2 报警功能 矿井通风机电机绕组及轴承温度超过预警点时， 就地声 光报警 ， 上位机给出报警信息 ； 通风机停止运转或故障时， 上位机声光报警 ； 主通风机振动情况超过预警点时， 给出报 瞥 信号 。 3 控制功能 通过操作台均能实现远方操作控制通风机启动、 停止、 故障复位信号、 急停信号 ； 矿井通风机电机绕组及轴承温度 超过断电点时， 检测装置及时报警， 提示值班人员 ， 转换风 机或采取相应措施。 正反转控制、 转速控制的变频调速模拟 量信号 。 由上述 功能分析 ， 设 计系统在线装 置如下图 2 所示 。 图 2 风 机在线监测装 置功能组成 2 4地面监控系统设计 地面 中心站的监控 主机设上位 监控主机 。 监测 主机与现 场控制器采用无线网进行数据传输。监控主机的信息可以全 部上网， 实现远程监控。监控中心实时数据采集 、 分析处理、 实 时控制 、 统计存储 、 屏幕显示 、 查询打 印 、 远程传输 、 画面 编辑等任务。 中心站可在监测主机控制下显示环境参数 、 生产工况 等，中心站主机及大屏幕显示器都可以显示动、 静态图形、 数据、曲线、 采掘工程平面示意图、 通风系统示意图、 模拟 量配置图等。 在网络上的任一台授权的工作站上通过浏览器 能够 显示所有 的参 数 。 3 结 语 系统设计完成并投入运行后， 极大地提高了设备运行的 自动化程度 ， 较好地实现了本地无人值守， 取消部分现场岗 位工， 减少了操作人员 ， 节约了人力成本 ， 降低设备运行成 本 ， 提升了设备自动化信息化的管理水平。 此系统的成功设 计为同类矿井风机的 自动化水平提供了较好的技术借签意 义。 四 【 l 】 王瑞红 ． 基于P L C的矿井风机模糊控制系统研究【 J ] ． 自动化控制技术 与应 用 ， 2 0 1 5 8 2 1 2 4 ． [ 2 】 王利伟 ， 王大虎等 ． 矿井风机温度的实时采集与控制系统[ J 】 ． 河南理工 大学学 报 自然科学版 ． 2 0 1 1 ． 8 4 4 8 4 5 2 ． 8 0 世界有 色金属2 0 1 7 年 S J 上 ] J 始 一 ． 一