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现代电子技术 Modern Electronics Technique 2019年4月15日 第42卷第8期 Apr. 2019 Vol. 42 No. 8 煤炭是我国重要的能源之一， 是经济社会发展和能 源安全供应的重要保障[1]。在煤矿生产作业中使用风机 能有效稀释、 排除粉尘和有害气体， 为矿工提供新鲜空 气[2]。因此， 实时监控风机的运行状态对及时发现和处 理风机故障， 避免发生重大安全事故起着重要的作 用[3⁃6]。然而， 现有的风机监测系统过于简单， 主要采用 需要工作人员现场抄表的模拟表盘监测， 容易出现漏 报、 误报的风险， 且无法实现在线测量和远程控制[7⁃9]。 PLC[10]采用可编程存储器能实现算术运算、 逻辑控 制、 顺序控制和计算等功能， 其具有丰富的输入/输出接 口和较强的驱动能力， 能通过开关量与模拟量的输入/ 输出实现各种生产和机械过程的控制[11]。相比于其他 控制器， PLC具有不同的组成器件、 不同的控制方法、 不 同的触点数量以及不同的工作方式。随着计算机网络 和多媒体技术的快速发展， PLC已被广泛应用于各种工 业控制领域中[12]。基于上述分析， 本文使用S7⁃1200PLC 设计和实现一种远程风机控制系统。该系统使用各种 传感器实时测量和采集风机的工作情况， 并在出现异常 时能及时发出报警信号。 1系统设计 本文风机控制系统使用 PLC采集各种传感器实时 测量矿井的风速、 风量、 甲烷浓度、 静压和动压， 实时监 控风机的振动情况、 电压、 电流及功率， 实现通风系统的 检测与控制； 并使用组态软件实现数据的运算、 处理、 输 出和存储。通过该系统， 工作人员可以准确、 及时地得 到各风机系统的工作状态， 实现数字化与信息化监控。 本系统整体流程如图1所示。 基于S7⁃1200PLC的风机控制系统设计 刘静 1， 2 （1.武昌工学院 信息工程学院，湖北 武汉430065；2.绿色风机制造湖北省协同创新中心，湖北 武汉430065） 摘要针对传统风机检测过程过于简单， 容易出现漏报、 误报的风险， 该文基于 S7⁃1200PLC设计和实现一种风机控 制系统。该系统使用PLC的各种传感器实时测量， 采集矿井的风速、 风量、 甲烷浓度、 静压和动压， 并实时监控风机的振动情 况、 电压、 电流及功率， 实现矿井风机的检测、 控制与报警， 并使用上位机程序实现风机可视化显示与便捷控制。系统实现与 测试结果表明， 所设计的系统能快速、 有效地实现风机启停控制， 并能在异常情况下发送报警信号。 关键词风机检测；风机控制；系统设计；传感器；矿井；可视化显示 中图分类号TN876⁃34；TP272文献标识码A文章编号1004⁃373X （2019） 08⁃0034⁃03 Design of fan control system based on S7⁃1200PLC LIU Jing1， 2 （1. School of Ination Engineering，Wuchang Institute of Technology，Wuhan 430065，China； 2. Hubei Collaborative Innovation Center of Green Fan Manufacturing，Wuhan 430065，China） AbstractIn view of the fact that the traditional fan detection process is too simple and prone to missing and false alarms， a fan control system based on the S7⁃1200PLC is designed and implemented in this paper. In the system，various sensors of the PLC are used to measure and collect the wind speed，air volume，methane concentration，static pressure，and dynamic pressure in a mine，and monitor the vibration，voltage，current and power of the fan in real time，so as to realize the detection，control and alarm of the mine fan. The host computer program is used to realize visual display and convenient control of the fan. The sys⁃ tem implementation and test results show that the designed system can realize the start⁃stop control of the fan quickly and effec⁃ tively，and send alarm signals under abnormal conditions. Keywordsfan detection；fan control；system design；sensor；mine；visual display 收稿日期 2018⁃08⁃06修回日期 2018⁃09⁃27 基金项目 湖北省高等学校创新能力提升计划 （湖北省2011计划） 项目 （2013XTJY05） Project Supported by Innovation Capability Improvement Planning Project of Hubei Provincial Higher Education（Hubei 2011 Plan） （2013XTJY05） DOI 10.16652/j.issn.1004⁃373x.2019.08.008 3434 第8期 图1 系统整体流程 Fig. 1 Overall process of system 1.1系统硬件设计 本文硬件系统主要由检测模块和通信模块构成。 检测模块结构框图见图2。该模块由信号变送器和传感 器组成， 用于获取风机的振动量、 压力值和温度等； 信号 变送器对获取的传感器信息进行隔离、 放大和变换处理， 以便提升信号抗干扰能力与远距离通信能力。本系统使 用PT100传感器实时监测风机的定子温度和电机轴温， 并在巡检仪上设置温度阈值， 当超过报警上限或下限后， 系统温度信息经CP340发送给S7⁃1200PLC并报警。 图2 检测模块框图 Fig. 2 Block diagram of detection module 通信模块由 3 块 CP340 构成。该模块与 S7⁃1200 PLC 进行点到点通信和数据交换， 其架构如图 3 所示。 CP340与PLC的CPU通过背部总线连接， 依靠其内部发 送缓冲器和接收器进行通信。CP340与计算机通过串 口连接， 依据预定义的通信协议进行数据交换。 图3 通信模块架构 Fig. 3 Architecture of communication module 1.2系统软件设计 本文软件系统由用户程序和系统程序两部分组成 用户程序使用PLC程序语言实现现场控制程序； 系统程 序包括全机管理、 监控和故障诊断等。 1.2.1用户程序设计 现场控制程序使用 PLC 的 STEP7编程软件和梯形 图实现。该过程包括用于 PLC供电与控制风机启停的 低压柜程序、 高压柜控制程序以及温度巡检仪与CP340 的通信程序。低压柜程序的控制对象包括风门电机、 输 出电源和进线母线， 该过程直接由梯形图语言实现。如 图4所示为风机启动控制梯形图程序。 图4 风机启动控制梯形图程序 Fig. 4 Ladder diagram procedure of fan start control 高压柜控制程序用于实现自动合/分闸， 其通过控 制系统和 CP340发送一个上升沿信号实现。部分高压 柜控制程序如下 NETWORK1Ⅰ进线柜合闸 ANDB45.DBX5.0 ADB45.DBX6.0 O ADB45.DBX5.0 ADB21.DBX6.0 “HZ_1“ 本文使用 RS 485 通信接口设计温度巡检仪与 CP340的通信协议， 其通信过程为 1）PLC 每隔 5 s巡检 1次温度巡检仪， 并运行模拟 量输入和处理程序； 2）建立温度巡检仪与CP340的通信； 3）将温度巡检仪的数据发送给上位机。 1.2.2系统程序设计 如图 5 所示为数据处理和故障诊断程序流程图。 本系统主要检测传感器故障， 当检测值超过阈值时， 依 此启动 PLC报警程序和故障诊断程序。该系统可以直 接在上位机显示故障诊断结果， 并存储故障信息， 以便 调度员进行查询与维护。 2系统实现与安全性测试 基于上文软硬件程序设计， 在此使用上位机程序 实现便捷的风机控制。图 6为本文系统操作界面。在 该界面可以进行登录、 退出和子界面切换操作， 以及实 时动态地显示三相电压、 电流、 风机的风速与车速。 刘静 基于S7⁃1200PLC的风机控制系统设计35 现代电子技术 2019年第42卷 图5 程序流程图 Fig. 5 Flow chart of program 图6 系统操作界面 Fig. 6 Operation interface of system 本文通过跳机保护试验， 测试风机控制系统的安全 性。跳机保护试验即在危机状况下测试系统能否发出 停机信号来停止风机的运行， 其测试方法为用信号发生 器模拟发送风机停机信号， 观察信号正确时能否让风机 停机。测试结果表明， 系统在接收到正确信号时能立即 停机， 而当接收到错误信号时并无反应。 3结语 本文基于S7⁃1200PLC设计和实现了一种风机控制 系统。该系统使用各种传感器实时采集和存储风机的 运行状况， 在异常情况下通过CP340与上位机间的通信 发出报警信号， 并设计了上位机程序实现风机可视化显 示与便捷控制。系统实现与测试结果表明， 所设计的系 统能快速、 有效地实现风机启停控制， 并能在异常情况 下发送报警信号。 参考文献 [1] 王新， 候风艳 .基于改进的 PSO⁃BP神经网络的无刷直流电机 控制[J].电子测量技术， 2017， 40 （2） 10⁃14. 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