基于PROFIBUS-DP总线的压风机监控系统.pdf

1 0 6 煤 矿 机 械 2 0 0 5年第 1 2期 文章编号 1 0 0 3 ． 0 7 9 4 { 2 0 0 5 l 2 ． 0 1 0 6 ． 0 3 基于 P R O F I B U S D P总线的压风机监控系统 黄友锐 。王清灵。凌六一 安徽理工大学 ，安徽 淮南 2 3 2 0 0 1 摘要 为 了保 证矿 用压风机 系统安全 高效地 运行 。 对矿 用压 风 机进 行 了监 视 与控 制 。提 出 了基 于 P R O F I B U SD P现 场 总线 的监控 系统结构 ， 采 用 3 层 网络 结构 对矿 用压 风机 进行 监视 与控 制 。详 细介 绍 了监 控 系统的软 、 硬 件设 计和 实现 。 关 键词 压 风机 ；监 控 系统 ；现 场 总线 ；可 编程控 制器 中图号 T H 1 3 8 ． 2 t 文献标识码A 1 前 言 矿用压风机是煤 矿的主要动力设备之一 ， 是风 钻、 喷浆机、 井上下操车设备、 锻钎机 等风动设备的 动力源。一个 比较完善、 操作方便的控制系统对其 运行的过程进行监控便显得十分重要 ， 也是保障压 风机安全、 可靠运行 的最佳途径 。该监控系统采用 了由 I P C和 P L C组成的 P R O F I B U S现场总线控制系 统 ， 对压风机运行的过程进行检测 、 显示 、 控制、 保 护 、 报警和管理。P R O F I B U S现场总线控制技术集控 制技术、 计算机技术 、 通信技术于一体 ， 实现了监控 系统的数字化和网络化， 代表 了当今 自动化技术及 控制技术的发展方 向。采用 P R O F I B U S现场总线技 术设计并实现的矿用压风机监控系统 ， 通过软硬件 设计保证 了系统的先进性和可靠性。 2 监控系统的组成 淮南 矿 业 集 团潘 北 矿井 机 房设 计 安装 5台 D一1 0 0 ／ 8 e 型 1 0 0 m 3 ／ m i n 、 0 ． 8 MP a压缩机 ， 每台压缩 机配 1台 T K 5 5 01 2 ／ 1 4 3 0型 5 5 0 k W、 1 0 k V、 5 0 0 r ／ m i n同步电动机 ， 四用一备 ， 由柳州压缩机厂配套供 应。电动机启动方式为直接异步启动 ， 当电动机转 速达到 9 0 ％／ 1 , 以上时， 牵人同步运行。每台压风机 辅机设有盘车电机、 齿轮油泵、 注油器以及 中间冷却 器、 后冷却器进水 电动闸阀和储气罐排气电动闸阀。 其次， 压风机房还安装了 3台冷、 热水泵和 2台冷却 风机。监控系统主要包括同步电动机 的控制、 盘 车 电机控制、 齿轮油泵控制、 冷水泵控制、 热水泵控制、 冷却风机控制、 注油器以及中间冷却器、 后冷却器进 水电动闸阀和储气罐排气电动闸阀控制和系统运行 监控等部分 。控制系统按功能可划分 为 3个层次 现场设备层 、 设备控制层和管理监控层 ， 其结构图如 图 1 所 示 。 1 设备层 由各种传感器和执行机构组成， 主 要包括温度传感器、 压力 传感器、 流量传感器、 接近 开关 、 电动闸阀、电动机、 水泵等现场设备。这些输 弹簧的作用下开始 复位 ， 乳化液从三用 阀内流 出。 调整链条 ， 使链 条复位 ， 即可进行下一根支柱 的回 收 。 4 试验应用效果分析 设计的 回柱 器 的参数 是 柱 塞杆 外径 夺5 0 1 1 1 ／ 1 1 ， 壁厚 5 1 1 1 ／ 1 1 ， 柱塞杆最大行程为4 5 0 ra i n ， 缸筒 外径 夺 6 5 1 1 1 ／ 1 1 ， 缸筒壁厚 5 1 1 1 ／ 11 。工作面供液压 力一般在 2 0 M P a 左右 ， 柱塞杆 的推力 3 9 ． 2 k N， 回柱 时的拉拔力 1 9 ． 6 k N。在焦煤集团中马矿、 朱村矿、 冯营矿等矿井进行了试验， 取得 了良好 的使用效果 ， 回柱效率大大提高 ， 不仅可以回牧 插底的单体液压 支柱， 而且可以回收埋在老塘里的铰接顶梁。 参考 文献 [ 1 ] 孙玉宁 。 崔国顺 ． 井下 回柱器挂钩的研 制[ J ] ． 煤 ， 2 0 O 4 。 1 ． [ 2 ] 孙玉宁 ， 常玉林 ． 矿用回柱器斜拉 自紧挂具的研 制[ J ] ． 煤矿机械 ， 2 0 0 2 。 8 ． 作者简介 刘玉洲 1 9 5 8 一 。 澳籍华 人。 博士 ， 1 9 8 5年毕 业于 中 国矿业大学， 现在河南理工大学聘用 ． 收稿 日期 2 0 0 5 ． 0 5 ． 1 9 De v e l o p me n t o f Hy d r a u l i c Po we r e d S u p p o r t Pr o p Re t r i e v e r LI U Yuz h o u。SUN Yun i n g H e n a n P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y ， J i a o z u o 4 5 4 1 0 0 - C h i n a Ab s t r a c t T h i s p a p e r i n t rod u c e s t h e s t r u c t u r e a nd p r i n c i p l e o f a h y d r a u l i c s u p p o p r o p r e t r i e v e r ．Th i s e q u i p me n t ret ri e v e s a h y d r a u l i c p r o p b y t h e t h r u s t o f h y d r a u l i c c y l i n d e r ．T h e s t r o k e o f p u l l i n g p r o p i s 8 , 8 2 t i me s 8 , 8 tha t o f h y d r a u l i c c y l i n d e r ． Ke y wo r d s h y d r a u l i c c y l i n d e r ； s p r o c k e t ； h a n g i n g t o o l ；h y d r a u l i c p r o p 维普资讯 2 0 0 5年第 1 2 期 基于 P R O F I B U S D P总线的压风机监控系统黄友锐， 等 1 0 7 ． 入输 出设备作为 S 7 2 2 6的 I ／ O点接入现场总线。 块。 锋珲层 控制崖 设备层 图 1监控系统结构图 F i g 1 M o n i t o r i n g a n d c o n o l l i n g s y s t e m ar u c t u r e d i a g r a m 2 控制层 由分布在各个工作现场的 s 7 2 0 0 P L C 图中模块 1 为 C P U 2 2 4 、 模块 2为模拟量输入输 出模块 E M 2 3 1 、 模块 3为通讯模块 E M 2 7 7 、 模块 4为 数字量输入输 出模块 E M2 2 3 通过 E M 2 7 7模块和安 装在主控台的 S 7 3 1 5 P L C构成 ， 分别利用各 自 D P 端 口通过一根屏蔽双绞线相连， 构成整个 P R O F I B U S 现场总线网络。其 中 S 73 1 5 P L C作为主站， 决定 总线的传输速率， 为每个子站分配网络地址； 8个 s 7 2 0 0 P L C通过 E M2 7 7模块作 为子站 ， 负责现场的 信息采集并向主站发送有关信号 ， 具体执行控制命 令， 满足矿用压风机运行流程控制要求。 3 管理层作为监控系统的人机交互接 口， 通 过安装有西 门子公 司 Wi n C C组态软件的工业控制 计算机实现对矿用压风机系统 的状态监控、 参数设 定和报警显示 。 3监控 系统软 件设计 系统 的软件是根据系统功能要求而编制的， 包 括 P L C控制软件和工业控制计算 机图形监控软件 两部分。 1 P L C控制软件 编程采用 S I M E N S专用的 S T E P 7语言， 以完成 硬件的组态与参 数设置、 通信 的定义、 编写用户程 序、 测试启动及维护、 文件建档等任务。通过使用后 发现， 该软件全面的帮助功能和丰富的指令集 、 预先 编制的功能块、 采用集 中存储方式的数据块功能及 符号表统一管理功能使得编程快捷简便。尤为重要 的是 S T E P 7采用 模块化结构及标准功能块调用方 式 ， 把许多分立的功能块 F B 、 程序块 P B 、 组织块 o B 、 顺序块 S B 和数据块 D B 组织起来 ， 增强了 程序的可读性和易维护性。P L C控制软件采用级式 语言编制而成 ， 完成对整个系统的控制， 按功能结构 可分成以下几个模块 通讯参数初始模块 ； 公共数据 处理模块； 报警模块 ； 流程选择模块； 信息显示模块； 流程运行模块 ； 流程停止模块； 水泵和冷风机控制模 下面就以前 3个模块为代表对模块的功能加 以 说 明。 ①通讯参数初始化模块。在系统刚开始 运行 时 ， 对通讯参数运行初始化 ， 分配 I ／ O点 ， 规定输入／ 输出模块的起始地址及点数。使用专用数据块 D B 1 作为接收主站发送来的数据 ， 使用专用数据块 D B 2 作为向主站发送数据。 ②公共数据处理模块。集 中处理输入数据 ， 得 到中间结果供后 面显示 、 运行 等模块用 ， 以简化程 序。这个模块还负责接收上位机的控制信息， 与操 作台的信息进行综合 ， 并向上位机提供信息。 ⑨报警模块。当现场发生紧急情况时， 如润滑 油压力过低、 二级排气温度过高、 综合保护器动作 时， 该模块能实现声音报警， 并在显示屏上显示故障 信息 ， 以便故障及时得到处理。 2 上位机图形监控 组态软件 WI N C C是一个集成 的人机界面系统 和监控管理系统， 它提供了适用于工业的图形显示 、 消息报警、 过程值归档以及报表打印等模块 ， 具有高 性能的过程耦合 、 快速的画面更新以及可靠 的数据 管理功能。其特性之一是全面开放， 各系统集成商 可用 WI N C C作为其系统扩展的基础 ， 通过开放接 口 开发 自己的应用软件。另外 ， WI N C C中的 A N S I C 语言脚本 S c ri p t 及其 提供的与数据库之间的接 口 更增加了其应用功能， 充分满足用户的复杂要求。 在该系统中， 需要监控的设备比较多， 让所有的 设备都显示在一张画面中不太可能， 可将设备按 照 处理工艺的功能步骤分级在多张画面 内， 画面之间 的切换用 WI N C C中按钮的鼠标动作来实现 。为保 证操作的一致性 ， 可在每张图的顶端都使用相同数 量且位置排列顺序一致的按钮。矿用压风机监控系 统的上位机画面包括 ①工艺流程画面， 该画面主要 为展现整个生产过程和规模而设计 ， 以监视为主， 其 中包括部分重要模拟量、 压风机以及电动阀的当前 状态 ， 以直观的方式再现生产现场 ； ②15号压风 机监控画面 图略 ， 每个 画面主要功能为监视单 台 压风机状态 一级排气温度检测范围为 02 0 0 o C， 二级排气温度检测范围为 0 2 0 0℃， 冷却水温度检 测范围为 0 2 0 0 o C， 电机定子温度检测范围为 0 2 0 0 o C， 风包温度检测范围为 0 2 0 0 o C， 润滑油温度 检测范围为 0 2 0 0 o C， 一级排气压力检测范围为 0 0 ． 6 0 MP a ， 二级排气压力检测范围为 01 ． 0 MP a ， 冷却水压力检测范围为 0 2 ． 5 0 MP a ， 润滑油压力检 测范围为 0 0 ． 6 0 M P a ， 冷却水断水检测。 以及压风 维普资讯 l 0 8 煤 矿 机 械 2 0 0 5年第 l 2期 文章编号 1 0 0 3 ． 0 7 9 4 2 0 0 5 1 2 ． 0 1 0 8 ． 0 3 一 种可用子抢险的掘进机的研制 张 国栋 煤炭科学研究总院 太原分院 ，太原 0 3 0 0 0 6 摘 要分析 了煤矿抢险需快速打开救护通道的重要性 ， 介绍 了一种新研制的可用于抢险的 掘进机主要技术参数 、 结构特点 ， 并分析 了主要研 究内容的设计与主要技术参数 的选择确定， 指 出 了该掘进机与其他掘进机相比所具有的技术创新点。 关键词 抢险掘进机 ；遥控；机载通风 ；可靠性 中图号 T I M2 1 ． 7 文献标识码 B 1 引言 煤矿井下 生产 中， 时刻面临着水 、 火、 瓦斯 、 粉 尘、 顶板的威胁 ， 其中瓦斯和顶板 冒顶是煤矿井下安 全 生产中的最大隐患， 瓦斯爆炸事故发生时， 由于高 温高压的爆炸冲击波的作用 ， 将使一部分巷道被毁 ， 冒落的顶板岩石把巷道堵塞 ， 致使被 困矿工 由于得 不到及时救护， 减小了生存的可能性。 E B Z 1 2 0 Q X型掘进机可满足我 国现有矿井处理 冒落顶板岩石快速抢险， 打通救护通道掘进的需要。 该机具有机身矮 ， 生产能力大 ， 工作稳定性好 ， 结构 简单， 故障率低等特点 ， 是煤矿井下快速抢险较理想 的掘进设备，同时该机也可满足井下采准巷道掘进 机的控制操作 ， 同时提供本压风机模拟量的报警测 试以及重要模拟量的棒状图； ③冷却水系统画面 图 略 ， 该画面主要将压风机冷却系统 中相关参数显示 水流以动 画的形式显示 以及冷却水泵和冷却风机 的控制操作 ； ④供电系统画面 ， 该部分模拟高压配电 方式 ， 实时显示各配 电柜的状态 例如 合闸、 跳 闸、 故障 ； ⑤报警记录画面 ， 该画面显示报警的日期、 时 间、 编号、 状态 、 消息文本 、 持续时间等。当发生故障 事故 时， 柜内的电铃 电笛 发出音响， 报警记录画 面中出现的报警记录是最近发生的故障或事故报 警， 其 中若记录是黄色的， 表示 的是故障报警； 若是 红色的， 表示的是事故报警 ， 蓝色的表示的含义是故 障或事故已排出； ⑥报表 打印画面， 将 6 0 d的原始 数据按文件形式存盘 ， 只要输入 日期即可打印全部 数据 。 4结语 本系统经过运行考验， 性能稳定可靠， 大大减少 了运行人员 的劳动强度。通过 P R O F I B U SD P在本 系统的应用， 可以看到系统的结构大大简化 ， 充分体 现了现场总线技术的优越性 ， 对矿用压风机的高效 稳定生产有重要的作用 ， 并可以实现生产设备 与生 产管理的集成 ， 是矿用压风机监控系统的发展方 向。 该监控系统可以提高矿用压风机房的信息化程度 ， 具有一定的参考价值 ， 值得推广和应用。 参考文献 [ 1 ] 姚福强 。 高 正 中。 孙惠 民， 等． 煤 矿压 风机 变频调 速系统 的设 计 [ J ] ． 煤矿机械 ， 2 0 0 3 ， 1 2 1 3 ． 【 2 ] 赵忠仁 。 杨立琴 。 李平． 煤矿压风机微机实时监控系统【 J ] ． 煤炭科 技 。 2 0 0 5 。 1 2 8 2 9 ． [ 3 ] 袁亮。 单奇 ． Wi n C C组态软件在 隧道通风监控系统 中的应 用[ J ] ． 计算机与现代化 。 2 0 0 3 ， 8 7 2 7 4 ． [ 4 ] 阳宪惠 ． 现 场总 线技术 及其 应用 [ M] ． 北 京 清 华大 学 出版社 。 l 9 9 9． 作者简介 黄友锐 1 9 7 1 一 。 安徽淮南 人。 博 士。 副教 授。 主要研 究方向为计算机控制 和智能控制． T e l 0 5 5 46 6 3 1 0 1 2 。 Em a il h y r 6 2 8 1 6 3． c o rn． 收稿 日期 2 0 0 5 ． 0 8 2 1 M o 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 f 0 r Ai r Co mp r e s s o r s Ba s e d o n PROF I BUSDP Fi e l d Bu s HU A N G Y o u r u l ，WA N G Q i n g l i n g ， L I N G L i u y i A n h u i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y -H u m n a n 2 3 2 0 0 1 -C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o ma k e i t s u r e t h a t t h e mi n i n g a i r c o mp r e s s o r s r u n s mo o t h l y a n d e f ti e i e n t l y-mo n i t o rin g a n d c o n t ro1 ． 1 i n g s y s t e m a r e a p p l i e d t o t h e mi n i n g a i r c o mp r e s s o rs ．An a r c h i t e c t u re o f mo n i t o rin g an d c o n t r o l l i n g s y s t e m b a s e d o n P ROF I B USDP fie l d b u s i s p r e s e n t e d i n t h i s P a p e r -t h e a r c h i t e c t u r e o f t h e s y s t e m f o r mi n i n g a i r c o mp res s o rs i s d i v i de d i n t o t h r e e l a y e rs- n a me l y-ma n a g e me n t -c o n t r o l an d e q u i p me n t ．T h e h a r d wa re and t h e s o f t wa r e o f t h e mo ni t o rin g a n d c o n t rol l i n g s y s t e m a r e d e s i g n e d． Ke y wo r d s a i r c o mp res s o rs；mo n i t o ri n g and c o n t rol l i n g s y s t e m；fi e l d b u s ；P L C 维普资讯