基于PLC的煤矿主要通风机监控系统研究.pdf

环境工程 201905127 当代化工研究 Modern Chemical Research 技术应用与研究 基于PLC的煤矿主要通风机监控系统研究 ＊张 彪 （汾西矿业高阳煤矿 山西 032300） 摘要为了实现对煤矿主要通风机实时监控，达到提升自动化管理水平的目的，对监控系统进行了研究，以PLC为核心，采用工业以太 网及现场传感器建立监控系统。监控系统运行结果表明，该系统运行平稳，能够为保障矿井正常生产提供有效的支撑。 关键词煤矿；风机；监控系统 中图分类号T 文献标识码A Research on Monitoring System of Main Fan in Coal Mine Based on PLC Zhang Biao Fenxi Mining Gaoyang Coal Mine, Shanxi, 032300 AbstractIn order to realize the real-time monitoring of main fans in coal mines and improve the level of automation management, the monitoring system is studied. The monitoring system takes PLC as the core, and uses industrial Ethernet and field sensors to establish the monitoring system. The operation results of the monitoring system show that the system runs smoothly and can provide effective support for ensuring the normal production of the mine. Key wordscoal mine；fan；monitoring system 煤矿主要通风机承担着煤矿井下通风的重要任务，是保 证井下工作人员安全的最重要设备之一，其工作状态直接关系 到煤矿井下是否能正常生产。煤矿主要通风机需要24h不停的 进行运转，由于长时间的运转，设备的磨损或者设备的安装质 量都会给通风机的使用寿命产生一定的影响，严重时会影响矿 井经济性及生产安全。目前对通风机监测控制方面运用最多的 还是PLC控制技术，结合计算机工程构件主要通风设备的监控 系统，实现对回风中的风压、风量，回风流中瓦斯浓度、CO浓 度、设备轴温、转子温度、定子温度、电压、电流、通风机的 振动情况进行监测，并可以实现对风机运行状态的在线自动监 测，为保证通风机的安全运行提供有效的技术支撑。 1.系统硬件设计 设计的通风机在线监控系统硬件结构主要由采集层、传 输层以及管理层等部分组成，采集层主要布置在风机周边用 以监测风机运行状态的传感器组成，分为瓦斯传感器、压力 传感器、振动传感器、电量传感器、CO传感器等组成；传输 层由PLC控制器、通讯接口以及工业以太网构成；管理层主 要由系统的上位机、软件构成。 1采集层 采集层构成了监控系统的底层数据来源，可以根据具体 的监控需要有针对性的对风机运转过程中的各项参数进行监 控，主要有温度、电压、振动、电流、压力等传感器组成， 为了实现对通风机的实时监控，在系统中配置压力变送器， 并且在风机中安设取压设备，配合压力传感器一起工作，根 据不同通风截面上的风流速度、风量、全压等通风参数计 算，根据压力差计算取得；振动传感器可以对风机的振动幅 度以及加速情况对风机的运行状态进行监测；通过预先在电 机中埋设的热电阻并经由温度巡检仪对热电阻的变化情况进 行监测，来实现对风机温度的监控；电量监测模块是在采集 风机电压、电流的基础上对风机的高压、低压开关的开启进 行进行判断；瓦斯传感器是通过安装在风巷中的传感器对 CH4、CO浓度进行测量。传感器收集到的信息通过PLC控制器 模块进行集中处理后，上传至监控中心，在监控中心上位机 监控软件上显现风机的运行状态。 2传输层 P L C 模 块 负责对采集层 收集的数据进 行处理，并根 据采集层收集 到的数据对风 机运行过程中 的故障进行判 断，监控高低 压开关柜的运 行、风机风门 绞车的运转控 制等，同时根 据需要提供工 业以太网的传 输接口。系统 采用的核心是 西 门 子 生 产 的S7-1200型 PLC，以及工业以太网，来达到对数据分析采集及传输的目 的。具体流程为采集层的数据传输给PLC，数据经过PLC 进行处理后上传至监控中心计算机模块，并显示采集数据 情况。采用的S7-1200型PLC具体配置如下CPU∶1214C； 开关量输入输出模块SM1223；模拟量的输入、输出模 块SM1231；通讯系统模块CB1241；PLC的CPU本身集成工 业以太网端口，可以将数据通过工业以太网传输到监控中 心。开关量模块主要是用来对风门，高、低压开关的开启/ 关闭进行监控。模拟量是采集现场传感器的数值，通讯系统 模块、温度巡检仪以及模块电量在模块间通讯时采用ModBus 图1 结构系统图 环境工程 201905128 Modern Chemical Research 当代化工研究 技术应用与研究 通讯协议。结构系统如图1所示。 3管理层 在地面监控中心中配置安装有WINCC软件的上位机， WINCC软件与使用的PLC之间进行通讯传输，采集层采集的数 据通过PLC传输至上位机后，上位机将数据具体展示出来。 为了更为直观的对数据进行展示，需要进行二次开发，采用 分级用户管理模式，不同的级别具有的权限不同，只有有权 限的账户才可以对通风机运行进行远程的控制；通过动画设 定，系统采集层收集到的风机工作状态、风门的开启/关闭 状态、轴温、CH4、CO、风速、风压、风量、压力等众多需 要监测数据可以很直观的显示出来。同时设定的风机在线监 控系统还具有报警功能，当采集层采集的参数于预先设定的 参数有明显差别时，系统通过对参数数据进行研判，确定通 风机是否有故障。当参数超前时，监控系统就会发出报警信 息，方便监控人员对通风机运行进行管理。 2.系统功能实现 1模拟量采集 需要采集的模拟量信息有CH4浓度、振动、温度、压 力、CO浓度等参数，这些参数的采集均需要在现场安装对应 的传感器，一般为4～20mA传感器。对模拟信号进行处理， 主要是采用过线性度的方式来实现变换。PLC将采集层采集 到的数据与系统预先设定的参数数值进行比对，当实际测量 值较预先设定的数据值有明显的偏差时，系统就会发出相应 的故障报警信息，并在上位机的信息显现窗口中显示，提醒 相关管理人员安排专门人员对故障报警位置进行维修。 2通讯参数采集 采用的是S7-1200型PLC，CM1214通讯系统模块与电量模 块、温度巡检仪模块的通讯采用ModBus通讯协议，通讯效率 高，通讯稳定。PLC（CM1214通讯系统模块）作为主站，电 量模块、温度巡检仪模块分别作为从站，选择ModBus通讯协 议，并为不同的从站分配不同的通讯地址，主站与从站的设 置参数相同就可以进行相关的信息通讯。 3远程控制 设计的监控系统具有远程控制以及集中控制两种操作方 式，在远程控制模式下有权限的操作人员可以在调度中心的 上位机软件中实现对高、低压控回路的切换操作，控制风机 的停/启，风机倒机，高低压回路、风机运行状态参数监控 及设备故障查询。在集中控制操作模式下，操作人员需要到 现场通过PLC控制面板上的触摸屏来实现对控制设备的参数 设定设备运行状态的监控以及故障的查询等工作。 3.总结 设计的基于PLC的主要通风机监控系统可以实现实时的 主要风机运行状态监控，系统采用的S7-1200PLC，模块化的 设计，扩展功能强大，结合采用工业以太网、现场监控传感 器，能够及时主动的对风机的运行状态及参数进行监控，提 高了主要通风机的自动化管理水平，可以对风机提供有效安 全保障，也为风机设备的维修及管理提供科学依据。 【作者简介】 张彪（1983-），男，汾西矿业高阳煤矿；研究方向煤矿机 电技术研究。 基于静电感应的煤矿井下粉尘传感器设计研究 ＊赵 斌 （汾西矿业两渡煤业 山西 031302） 摘要井下粉尘严重威胁井下工作人员身体健康，对井下粉尘浓度进行检测对保证井下作业人员处于良好的作业环境具有重要的意义。 基于此，笔者根据静电感应原理，设计出了一种信息的粉尘传感器，并进行了测量精度及免维护实验，结果表明，新设计的粉尘传感器能 取得较好的测试效果。研究结果能起到促进井下粉尘传感器检测技术的发展的作用。 关键词静电感应；煤矿；粉尘传感器 中图分类号T 文献标识码A Design and Research of Coal Mine Dust Sensor Based on Electrostatic Induction Zhao Bin Liangdu Coal Industry of Fenxi Mining Industry, Shanxi, 031302 AbstractUnderground dust seriously threatens the health of underground workers. Detection of underground dust concentration is of great significance to ensure that underground workers are in a good working environment. Based on this, according to the principle of electrostatic induction, a dust sensor for ination is designed, and the measurement accuracy and maintenance-free experiments are carried out. The results show that the new designed dust sensor can achieve better test results. The research results can play a role in promoting the development of underground dust sensor detection technology. Key wordselectrostatic induction；coal mine；dust sensor 随着经济的不断向前发展，人们对工作环境的关注度日 益增加，煤矿井下存在粉尘、瓦斯等有毒有害物质。粉尘作 为井下工人职业病主要元凶之一，近些年来国家对粉尘浓度 检测技术不断的重视，粉尘浓度传感器的应用日益广泛。目 上接第127页 下转第129页