基于S7-300 PLC的矿井通风机不停风自动倒机系统设计.pdf

第 1 O期 2 0 1 1年 1 O月 工矿 自 动化 I ndu s t r y a nd M i ne Au t o ma t i o n NO ． 1 0 0c t ． 2 0 11 ” 。 “ ‘ “” ． ； i 经验交流 ．h ◆ ． I _ ． ◆ I◆ 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 1 1 0 --0 0 7 6 --0 3 DOI C NK I 3 2 1 6 2 7 ／ TP ． 2 0 1 1 0 9 2 2 ． 1 3 3 1 ． 0 1 9 基于 S 7 3 0 0 P L C的矿井通风机不停风 自动倒机系统设计 焦晓宇， 马小平， 邹孝付 中国矿业大学信 电学院 ， 江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 摘要 针对高瓦斯突出矿 井进行主通风机倒机 时， 在短暂的停机时间内仍会 出现 瓦斯超限现象的问题 ， 出了一种基 于 S 7 3 0 0 P L C的矿 井通风机 不停 风 自动 倒 机 系统 的设 计 方案 。该 系统 采 用增 加 对 空 旁路 门来 启动备 用 通风机 的 方案 ， 即在主 通风机 停 止前 先启 用备 用通风机 ， 通 过主 、 副风 门开度 的配合 ， 保证 倒 系统风量的稳定。实际应用表明， 该 系统可有效保证不停风倒机过程的安全。 关键 词 矿 井通风机 ；不停 风倒机 系统 ；对 空旁路 风 门；风 门开度 ； P L C； MC GS 中图分类号 TD 6 3 5 文献标识码 B 网络出版时间 2 0 1 1 一O 9 2 2 1 3 3 1 网络 出版 地址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． T P ． 2 0 1 1 0 9 2 2 ． 1 3 3 1 ． 0 1 9 ． h t ml De s i g n o f Au t o ma t i c Swi t c h o v e r S ys t e m o f Mi n e Ve n t i l a t o r s wi t h o ut Bl o wi n g o u t Ba s e d o n S7 3 0 0 PLC J I AO Xi a o y u ， MA Xi a o p i n g， Z OU Xi a o f u S c h o o l o f I n f o r ma t i o n a n d El e c t r i c a l En g i n e e r i n g o f C UMT． ，Xu z h o u 2 2 1 0 0 8，Ch i n a Abs t r a c t I n v i e w of p r o b l e m t ha t hi g h g a s o ut b ur s t m i n e s wou l d a p pe a r o v e r l i m i t p he n o m e n o n o f ga s c o nc e nt r a t i o n i n s h or t s t o p t i m e o f v e nt i l a t o r whe n ma i n v e nt i l at o r ma k e s s wi t e h ov e r ，t he pa p e r p r op os e d a d e s i g n s c he me of a ut o m a t i c s wi t c hov e r s y s t e m o f mi n e v e n t i l a t or wi t ho ut bl o wi ng - o ut ba s e d o n S7 3 0 0 PLC ．Th e s ys t e m us e s s c he me o f i ns t a l l i n g by p a s s a i r d o or t o s t a r t s t a n db y v e nt i l a t o r ， n a m e l y s t a r t i ng s t a n db y v e nt i l a t o r b e f o r e m a i n v e nt i l a t o r s t op s r un ni n g a n d t hr o u gh c o or d i na t i o n o f o pe n de gr e e o f m a i n a nd s i d e a i r d oo r s t o e n s u r e s t a b i l i t y o f a i r f l ow o f s wi t c ho v e r s y s t e m of v e nt i l a t o r s ．The a c t u a l a pp l i c a t i o n 收稿 日期 2 0 1 1 0 6 0 7 基金项 目 国家 自然科 学基金 资助项 目 6 0 9 7 4 1 2 6 ， 江苏省 自然 科学基金资助项 目 B K2 0 0 9 0 9 4 作者简介 焦晓宇 1 9 8 5 一 ， 女 ， 河南平顶 山人 ， 硕士研 究生 ， 研 究方向为控制理论与控制工程 。E ma i l j i a o x i a o y u l 9 8 5 1 6 3 ． c o rn 矿分级 自动化 的优化设计不仅能够准确测量出球磨 机负荷 ， 而且也使控制系统的 自诊断、 自动校正得到 可靠 的保证 ， 为磨矿效率的检测提供了基础数据 ， 在 保证产品粒度合格率 的基础上 相应提高 了处理 能 力， 节能效果显著。 参考文献 [ 1 ] 李振 兴 ， 文书名 ， 罗 良峰． 选 矿过程 自动检 测与 自动化 综述E J ] ． 云南冶金 ， 2 0 0 8 3 2 0 2 4 ． [ 2 ] 夏金瑞 ， 赵德孝 ， 鲁炳强． 选厂磨矿分级控制系统的开 发与应用[ J ] ． 有色矿冶 ， 2 0 0 2 9 2 1 2 4 ． [ 3 ] 李晓岚， 曾云南． 选矿 自动化技术的新进展[ J ] ． 金属矿 山 ， 2 0 0 6 6 6 4 6 7， 8 0 ． [ 4 ] 孙云东， 杨金艳． 国内选矿 自动化技术应用及进展[ J ] ． 黄金 ， 2 O i 0 4 3 8 4 1 ． [ 5 ] 张晓岚， 郭晓飞． 自动化系统在选矿作业的应用与实践 [ J ] ． 采矿技术 ， 2 0 0 9 1 1 1 4 1 1 5 ． 提 风 机 2 0 1 1 年 第 1 O期 焦晓 宇等 基 于 S 7 3 0 0 P L C 的矿 井通风 机 不停 风 自动倒机 系统设 计 7 7 s ho we d t ha t t he s y s t e m c a n e n s u r e s a f e t y i n s wi t c h ov e r pr o c e s s of v e n t i l a t o r s wi t ho ut bl o wi ng ou t e f f e c t i ve l y． Ke y wo r d s mi ne ve nt i l a t or ， s wi t c ho ve r s y s t e m o f v e n t i l a t or wi t ho ut bl o wi ng o ut ， by pa s s a i r d o or ， ope n de g r e e o f a i r d o or ，PLC，M CGS 0 引言 随着矿井挖掘深度的加大和工作 面的延伸 ， 平 煤集 团的一 些高 瓦斯 突 出矿井 在进 行 主通 风机倒 机 时 ， 即使严格 遵守操作规 程， 在 短暂 的停机 时间 内 一般 4 ～5 mi n 仍会 出现瓦斯超 限现象 ， 给安全生 产带来 隐患 。鉴此 ， 笔者设 计了一种基于 s 7 3 0 0 P L C的矿井通风机不停风 自动倒机系统， 该系统采 用增加对空旁路风 门来 启动备用通风机 的方案 ， 即 在主通风机停止前先启用备用通风机， 通过2个主、 副风门开度 的配合 ， 保 证倒机 系统风量 的稳定_ 1 ] 。 该系统可有效降低瓦斯超限的可能性 ， 保证煤矿生 产 安全 。 1系统硬 件设 计 基于 s 7 3 0 0 P L C的矿井 通风机不停风 自动 倒机系统 硬件 由 1个 S 7 3 0 0 C P U3 1 4模块 、 1个 P S 3 0 7电源模块 、 3个 S M3 2 1 D I 1 6 DC 2 4 V 数字 量输入模块 、 2个 S M3 2 2 DO1 6 DC 2 4 V／ o ． 5 A 数 字量 输 出模 块 以及 2个 S M3 3 1 AI 8 1 6 B i t 模 拟 量输 入模 块 组成 。利 用 S M3 2 1和 S M3 2 2的 DI ／ DO 口采集 现场 的 开关 量 ， 即 1号 和 2号 通 风 机 的 转动 、 停止信号 以及 1号和 2号通风机的主、 副风门 的开 、 关和开到位、 关到位 的信号及振 动、 压力等信 号 。该 系统 结 构如 图 1所示 。 装有 MC G S的工控机 报警器 S 7 3 0 0 P L C 自 动选择I III到 位黑II 传 感 器 II 变 送 器 lI 变 送 器 l 图 1 基 于 S 7 3 0 0 P LC 的矿 井 通 风 机不 俘 风 自动倒机 系统结构 2系统软 件设 计 基于 S 7 3 0 0 P L C的 矿 井 通 风 机 不 停 风 自动 倒机系统软件采用 S T E P 7 V5 ． 4编程 ， 由用户编写 子程序模块 ， 操作系统通过调用子程序模块 的框架 即可完成系统程序的编写工作E 。该系统软件包括 s 7 3 0 0 P L C控制软件和 MC GS组态软件。 2 ． 1 S 7 3 0 0 PL C控制 软件 图 2为 P L C控制 程序 流程 。 启动备用通风机 2级电动机 、 电动机启动定时器 l 角通 级电 l- ．； 电动机房 3 s 动定 N 时 N 延时 1 5 s ， 躲开启动冲击 电流， 启动备用通风机 1 级电动机 、 电动机启动定时器 2 电 动 静 的 、 、 、 墨 竺 垩 童 一L 三 三 型 一 延时 1 mi n ， 等待备用通风机 2 级、1 级 l 电动机运转i E 常， 停运原运行通风机 1 级 、 l 2 级电 动机， 启动电 动机 停运计时 器 1 、 2 I 虿 豸 嬲兽 每 至 多 _ ． L 塑 关闭原运行通风机主风门， 开启原运行 l 通风机旁风门， 开启备用通风机主风l 门， 肩动风门动作时间计时定时器 1 l 个 风 f] G N R 反 兰 塞 篷 ＼／／ Y 臣亘鲴 ● 陌 定时时间到， 关闭备用通风机旁风门 启动风 门动作时间计时定时器 2 报警 图 2 P L C控制程序流程 为了实现不停风 自动倒机功能， 并 解决以往倒 机过程中容易出现的电动机堵转 、 风路短路等问题 ， 7 8 工矿 自动化 2 0 1 1年 1 0月 该系统采用增加对空旁路风 门来启动备用通风机 的 方案， 这就要求 P L C控制程序需要充分考虑 4个风 f 1 主、 副 、 4个电动机 主、 备 和其它高、 低压接线 柜的启停顺序和控制条件 ] 。P L C控制程序首先 利 用 P L C发 出 指 令 ， 通 过 行 程 开 关 控 制 风 门 的 开 闭 ； 在关闭正在运行的通风机前先要保证备用通风 机的正常启动 以及 相应主、 副 风门的联动配合 ； 另 外 ， 通过设置定时器 ， 当通风机启动和风 门动作时间 超过所设定时间的最大值 而 P L C没接到反馈信号 时 ， 开始 报警 。 2 ． 2 MCGS组 态软 件 MC GS组 态软件完成不停风 自动倒机 系统与 操作人员间的交互界面 ， 是监视、 控制、 调度和管理 整个系统的核心l_ 5 ] 。人机界面分 为 2个部分 用于 日常监 控 自动倒 机过 程 的监视 系统 参数 设置 的主 界 面和用于非 日常监视信息 、 各种报表 、 趋势图及帮助 信息或完成 各工 艺流 程操作 的子 界面_ 6 ] 。Mc GS 组 态软件 运 行后 即进 人 主 界 面 。在 主界 面 中 ， 通过 自动倒 机过 程 的模 拟 动 画显 示 ， 动 态 显 示 一些 关 键 工位的工作状态 ， 如图 3所示 。 1 模拟量查询 倒机系统已经在平煤 集团五矿 、 九矿成功应用。现 通过模拟量显示窗 口可实时查询 自动倒机过程 场运行结果表明， 该 系统不仅能保证不停风倒机过 中主 、 备通 风机 的风 机流量 、 负 压和 振动情 况 。 程 的安全 运行 ， 而且 能实 时 准 确 地 记 录倒 机 过 程 中 2 报警查询 各个设备的运行情况和查询倒机过程中出现 的报警 当系统 出现报警时， 可通过点击主界面上方 的 信息 ， 从而解决了由于通风机倒 机停风 时带来 的瓦 “ 报警查询” 按钮查询相关的报警详细信息。 斯超限等安全隐患问题 。 3 倒机故障查询 龛睾 赫 当倒机过程发生故 障时， 主界面中的倒机故障 查询的相应按钮 由正常的绿色变为报警的红色 ， 同 [ 1 ] 陈玉彬． 矿井双风机自动倒台的简易实现[ J ] ． 矿山机 时弹出相应的窗 口， 提醒工作人员及时排除故障。 械， 2 0 0 9 1 8 8 4 4 系统数 据查 询 [ 2 ] 胡健 西门子 s 7 一。 0 O P L c应用教程[ M] 北京 机械 ⋯ 塞 喜 圭 要 至 上 量 竺 篓 ． 。 子 晖 ，等 ．基 于 热 备 用 的 煤 矿 通 风 机 弹 出 系 统 数 据 查 询 报 表 。 该 报 表 包 括 主 、 备 通 风 机 美 键 研 J ] 仪 ； ， 2 o o 增 刊 1 的运行状态 、 4个风 门的状 态以及 1号、 2号进线柜 一， 。 和母联柜状态等。通过该报表右下角的设置时间按 [ 4 ] 于励民， 马小平， 任中华， 等．矿井主通风机不停 风倒机 钮 ， 可设置记录系统数据的时间范围和时间间隔， 从 ． 控制的研究与实现[ J ] ． 工矿 自动化， 2 0 1 0 9 1 3 3 一 而可查询任意时间段的系统各个设备的状态 。 1 3 7 ． 3 结语 北京交通大学 ，20 08 ． 基于 s 7 3 0 0 P L C的矿井通 风机不停 风 自动 [ ] 徐春艳， 华钢， 刘晓东， 等 基于MC G S 组态软件的煤