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基于PLC的煤矿通风机监控系统研究 张文杰 （山西潞安集团蒲县常兴煤业有限公司， 山西临汾041207） 摘要煤矿通风机承担着把矿井内的有毒有害气体及时排除，同时把新鲜空气及时引入矿井内的重要任务，它是保障矿井安全生产的重要 设备。为实现煤矿通风机的在线实时监测与控制，以PLC与以太网平台为核心，提出了一种通风机在线监控系统，具体介绍了该系统的采 集层、传输层以及管理层，并详细介绍了各层各项功能的具体实现，经实践应用，发现借助该监控系统不仅能更科学，更合理地管理通风 机运行，而且能更好地保障通风机的安全，高效运行。 关键词通风机；监控系统；PLC；功能实现 中图分类号TP277文献标识码A文章编号1009－9492 2019 08－0074－02 Research on Monitoring System of Coal Mine Fan Based on PLC ZHANG Wen-jie （Shanxi Luan Group Puxian Changxing Coal Industry Co.，Ltd.，Linfen 041207，China） AbstractThe coal mine ventilator undertakes the important task of timely removing the toxic and harmful gases in the mine and introducing fresh air into the mine in time. It is an important equipment to ensure the safe production of the mine. In order to realize online real-time monitoring and control of coal mine ventilators，a ventilator online monitoring system based on PLC and Ethernet plat is proposed. The acquisition layer，transmission layer and management layer of the system are introduced in detail. Through the practical implementation of various functions of various layers，it has been found that the monitoring system can not only manage the operation of the fan more scientifically and reasonably，but also better ensure the safety and efficient operation of the fan. Key wordsventilator； monitoring system； PLC； function realization DOI 10. 3969 / j. issn. 1009-9492. 2019. 08. 025 收稿日期2019－05－13 0引言 煤矿作业所运用的一个关键设备就是通风机，其主要 用于矿井下送风，是确保矿井人员正常工作的重要设备， 其工作状态是否正常直接影响着矿井的正常生产。由于长 时间的运作，设备的损耗、安装的质量等均会影响到设备 的寿命，极大的威胁了安全生产，对煤矿的安全性及经济 性造成了严重的影响[1]。 现阶段，在通风机的监控方面，PLC技术是运用最 广泛的技术，通过与计算机软件及工业以太网相结合来 建立的通风机在线监控系统，该系统能够对回风中的风 压、风速、瓦斯度等相关参数进行有效监测，也可以对 风机的运行状况及故障问题、风门开关的状态等进行远 程监测。上位机组态软件所具备的功能主要有数据显 示、储存、趋势图展示、设备故障诊断等等[2]。通过运用 该系统能够极大地提升风机在线监测的水平，保障了矿 井的安全生产。 1硬件设计 通风机在线监控系统的硬件结构主要有3层一是采 集层，该层的构成主要为现场监测风机的瓦斯、压力、振 动等传感器；二是管理层，该层的组成部分主要有组态软 件及上位机等；三是传输层，本层主要由工业以太网、通 信接口模块及PLC技术等组成[3]。 1.1现场采集层 本层是通风机监控系统底层数据的来源，根据监控系 统的实际需求，设置相关的传感器，如压力、振动等。为 了对通风机的风量进行实时监测，系统安装了压力变送 器，同时需要在各个通风机上配置取压设备，与压力传感 器相结合，对通风机静压进行检测，同时依据不同相应的 压力差来计算通风机的风量、风压等相关参数；振动传感 器主要用来对风机喘振进行监测，当风机产生振动时，通 过对其振动幅度及加速度进行监测来判断风机的运作状 况；风机温度监测主要是经过温度巡检仪收集电机中的热 电阻来实现的，当温度较高时，系统会做出报警，警示风 机产生故障；电量模块主要用于收集风机的电压、电流等 参数，从而对现场高压及低压开关的分合状况进行判断； 在回风巷中安装CO及瓦斯传感器，以判断矿井下部CO及 瓦斯的浓度，利用PLC模块来处理传感器所收集的数据， 将其传输至调度中心，从而监控通风机的工作状态。 1.2数据传输层 在通风机房配置PLC监测柜，其PLC的作用主要用于 采集各个传感器的数据，同时根据监测出的风压来计算风 量及风速，通过电机的震动状态来判断设备是否存在故 障，监测高压及低压开关柜、风门绞车等相关的控制工 作，同时为其提供以太网的数据接口[4]。通过运用以太网 机电工程技术2019年第48卷第08期研究与开发 74 及西门子57-1200PLC来收集、分析及传输相关数据。任 何相关参数均是经过传感器来传输至PLC，之后再处理这 些数据，传输至调度 中心。其中西门子设 备的主要配置为相应 的CPU模块，相应的 开关量输入输出模 块，相应的模拟量输 入模块，相关的通讯 模块，CPU自带以太 网接口，能够将相关 数据传输至调度中 心，开关量扩展模块 的主要作用是对风 门、高压及低压开关 的闭合状态进行监 测，模拟量是用于对传感器的数据进行收集，电量模块、 温度巡检仪及CB1241间的通讯是经过MODBUS加以实现 的[5]。其具体结构如图1所示。 1.3监控管理层 在调度中心中安装有上位机，该机态配置有相应的组 态软件，其与PLC加以通信，上位机可以将PLC收集传输 的数据进行显示。经过二次开发，将相应的管理功能安装 到上位机中，运用分级用户管理的方式来区分各个权限， 管理人员只有具备相关权限才能够远程操作通风机；运用 动画设计，可以将系统各个参数的曲线、风机运行状态、 风机风量、风速等相关参数实时地展示出来。此外，系统 还具备报警功能，根据预先的设计，当参数超出限额时， 系统就会做出报警，同时将报警讯号传输至调度中心，通 过报警信息就能够在上位机显示出来，以便于管理人员管 理设备[6]。 2功能实现 模拟量采集通风机系统所需要收集的信号主要包括 CO及瓦斯的浓度、压力等，这些参数均要求安装相应的 传感器。在处理模拟量信号时，主要经过转换线性度来完 成。对于所收集的传感器数据，PLC可以将其计算处理， 经过与预设数据相对比，当实际数值小于或者大于预定数 值时，系统就会出现故障信号，同时显示在上位机中，警 示管理人员及时维修通风机[7]。 通讯参数采集所运用的为CM1241模块与温度巡检仪 及电量模块进行相应的通讯，现场配置相关的通讯模 块，将其作为主站，温度巡检仪及电量模块分别作为从 站，选择正确的通讯协议，同时为将各个站地址配置到 各个从站设备，所有的主从站参数配置一样时可以实施 通讯。 远程控制系统的控制形式主要有两种，分别为远程控 制及集中控制，在实施远程控制的模式下操作人员通过 调度室的上位机可以对高压及低压的控制回路进行转 换、对通风机控制系统的启动与停止加以控制、查询故 障。处于集中控制形式下，相关人员可以运用PLC触摸 屏来对现场设备进行控制，对设备状态进行监测、对故 障进行查询[8]。 3结束语 通过大量的实践证明，以PLC的通风机监测系统为基 础来监测煤矿通风机运作状态进行监测，对主通风机实施 在线监测与控制，该系统通过运用相关系列的PLC，实施 模块化设计，组网更为便捷。扩展性更强，通过与以太网 构成的在线监控系统相结合，来对主通风机的工作状态及 设备的运行参数进行掌握，从而使主通风机的自动化管理 水平得以提升，确保主通风机运行具备安全性、经济性及 可靠性，同时为设备的维修及管理提供强有力的依据。 参考文献 ［1］李园园.基于变频调速通风机在线监控系统研究［J］. 西部探矿工程，2018（09） 30-32. ［2］申瑞杰，吴新忠，牛洪海，等.煤矿主要通风机远程 无线监控系统设计 ［J］.工矿自动化，2017 （11） 44-46. ［3］ 邱胜利.矿用通风机监控系统开发研究基于PLC 和模糊理论［J］.能源与节能，2017（02） 91-93. ［4］ 吴文臻.矿井主要通风机在线监控技术 ［J］.煤矿安 全，2016（07） 77-79. ［5］成洋，李炜怿.主通风机在线监控系统中的抗干扰措 施研究［J］.价值工程，2014（35） 96-98. ［6］田耀东.监控系统在矿用通风机中的应用研究［J］.矿 业装备，2019（01） 33-35. ［7］马骋.矿井通风机的DCS监控系统设计［J］.机械管理 开发，2018（06） 10-12. ［8］赵春生，张红卫.基于PLC和组态的矿井通风机在线 监控系统［J］.智慧工厂，2017（11） 80-82. 作者简介张文杰，男，1987年生，四川广元人。大学本 科，助理工程师。研究领域煤矿通风。 编辑 阮毅 图1系统结构图 张文杰基于PLC的煤矿通风机监控系统研究研究与开发 75