基于SLC500 PLC的矿用主通风机自动监控系统.pdf

第 5期 2 0 0 9 年 5月 工矿 自 动化 I n d u s t r y a n d M i n e Au t o ma t i o n No ． 5 M a y 2 0 0 9 文章编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 0 9 0 5 0 0 9 0 0 3 基于S L C 5 0 0 P L C的矿用主通风机 自动监控系统 崔光亮h 。 ， 朱红云。 ， 刘成 良 1 ． AB B 中国 有限公 司上海分公司矿产部， 上海2 0 0 0 0 1 ；2 ． 上海普昱矿 山设备有限公司， 上海2 0 0 2 3 3 摘要 文章设计 了一种基于 S L C 5 0 0 P L C控制器的矿 用主通风机 自动监控 系统 ， 介绍 了该 系统的组成 及功能、 控制程序的设计、 上位机软件设计。该系统采用 2套 P L C作为控制器， 分别控制互为备 用的风机状 态 ， 实现 了风机 的远 程监控 。 关 键词 煤矿 ；通风机 ； 监 控 ； S L C 5 0 0 P L C 中图分类号 T D 6 3 5 文献标识码 B 0 引言 1 系统组成 及功 能 通风机 以及 电机是煤矿通风的关键设备， 对其 加强维护管理 ， 进行在线状态监 测和故 障的早期诊 断， 不但可以提高设备 的利用率， 延长其工作 寿命 ， 而且还能防止重大事故的发生 ， 具有较大的经济效 益和社会效益。矿井通风系统是否合理 ， 对 整个矿 井通风状况的好坏和保障矿井安全生产起着重要 的 作用。目前不少煤矿采用温度计和压力计 、 人工定 时读表、 记录的方式监测温度 、 风压 ， 至于风量 、 风速 还是依靠手工计算 ， 不但非常麻烦 ， 而且很难及时掌 握通 风 状 况 参 数 。为 此， 笔 者 设 计 了一 套 基 于 S L C 5 0 0 P L C的矿用主通风机 自动监控系统 ， 该 系 统能通过实时监测矿井风压 、 风量、 通风机 功率 、 轴 承温度、 电机绕组温度以及通风机开停、 反风等状态 信号及时发现矿井通风异常情况 ， 发出报警信息， 并 传送至信息管理 中心 ， 按相关 预案使隐患得到及 时 有效处理。该系统还能根据实时监测到的风量不足 或风机停止运转信号 ， 通过煤矿端监控系统给出报 警信息， 并根据预先设定切断相关区域的动力电源， 强制撤出人员 ， 停止生产作业 。该 系统软件还具有 矿井需求风量核定计算 功能， 便于煤矿对矿井通风 风量实施动态管理。 收稿 日期 2 0 0 9 0 1 0 5 作者简介 崔光亮 1 9 7 5 一 ， 男 ， 博士 ， 2 0 0 5年毕业 于上 海交通 大学 ， 现在 A B B 中国 有限公司上海分公 司矿产部主要从 事矿山 自 动化产品的研究及开发工作 ， 已发表文章十余篇 ， 其中 E I 收录 2篇 。 E - ma i l c u i g u a n g l i a n g h o t ma i l ． t o m 、 基于 S L C 5 0 0 P L C的矿用主通风机 自动监控系 统主要实现风机的 自动启动、 停止及在线监测 和保 护功 能 。该 系统 采 用 工控 界 最 为成 熟 和典 型 的 P L C 上位机组态监控模式 ， 由 2台 P L C控制柜、 2套工控机监控站 、 1套 UP S装置以及若干压力、 温 度传感器组成 ， 如图 1所示 。采用 2套 P L C作为控 制器 ， 分别控制 2套互为备用的风机。通过工业交 换机构成工业 以太局域 网， 任一监控工作站的组态 软件可以同时采集 2 个 P L C的数据信息 、 监控 2台 风机的运行状态， 同时可以将 系统与公 司控制 网络 联网， 实现风机的远程监控 ， 为矿井生产和人员安全 提供了重要保证 。 监控 - I- 作 站 1 监控工作站 2 凡c⋯ T丌TT ] _ ] _ _ _ r _ f L r _ r T几TT _ 厂 高 压 柜 合 | 分 闸 高 压 柜 合 ／ 分 闸 图 1 基 于 S L C 5 0 0 P L C的矿用主通风机 自动监控 系统组 成框 图 1 P L C控制器 P L C控制器采用世 界著名 自动化公 司 Al l e n 一 温度 压． 刀 叶片角度 润滑站启停 液压站启停 冷却泵启停 风门开关 风门开关 冷却泵启停 液压站启停 润滑站启停 叶片角度 压力 温度 2 0 0 9年第 5 期 崔光亮等 基 于 S L C 5 0 0 P L C的矿用主通风机 自动监控 系统 9 1 B r a d l e y的 S L C 5 0 0型 P L C， C P U为 L M5 5 1 ， 具有 以 太网接 口， 可以直接与上位机通信 。采用数字量输 入模块采集现场的开关量信息， 包括高压开关柜断 路器合／ 分闸、 行程开关 、 接触器闭合等信号 ， 开关量 输出模块负责控制高压合 闸、 风 门启／ 闭、 润滑站和 液压站的启／ 停 、 冷却水泵的运行／ 停止 ； 温度测量模 块负责监测电动机定子温度 、 电机轴承温度 、 风机轴 承温度及空气温度 ； 模拟量输入模块负责监测进风 口压力 、 风机叶片压力及出风 口压力等 ， 对风机的喘 振、 振动信号进行检测并实现保护 ； 模拟量输出模块 负责控制液压站的油压 ， 对风门电动执行机构 、 叶片 调节机构和制动机构进行控制 ， 并 可检测其位置信 号， 调节风机叶片的角度 ， 实现风量 的动态调节 ； 实 现风机的主轴承温度 、 电机定子的三相绕组温度、 轴 端轴承温度信号 的监测与保护 ； 对风机配套的润滑 、 液压泵站泵 电机、 加热器进 行控制 ， 并 对相关 的油 温、 油位、 压力、 流量信号进行监测和保护 ； 控制柜面 板设置 自动 、 手动和检修 3种工作方式 选择开关 ， 正 、 反转运行 2种通风方式选择开关。 2 监控工作站 监控工作站系统主要 由工业控制计算机 、 打印 机及路由器等组成。工业控制计 算机作为上位机 ， 安装有监控组态软件 ， 是人机接 口界面， 打印机负责 报警信息和报表的打印， 路由器提供集成网络接 口。 上 位机 主要有 以下 功能 ① 实时显示 、 记录所有 的监测数据 ， 绘 制历史 曲线 ， 并提供历史数据的查询 ； ② 根据监测到的负压 、 差压、 温度信号， 计算风 机的风量 ， 绘制实时风机特性 曲线、 功率风量 曲线 、 综合效率曲线 ， 并提供历史数据查询功能； ③ 实时显示 系统 的报警信息 ， 实时报警 打印， 并提供报警历史信息查询功能 ； ④ 提供运行风机故障停机时 ， 备用风机 自动投 入的功能； 具有故障／ 时间 自动倒机功能 ， 运行风机 出现跳闸故障后或达到设定 的运行时间时， 可 自动 切换到备用风机 ； ⑤ 可与高压综合保护装置通信 ， 实现对高压开 关柜的遥测、 遥控、 遥信 、 一次回路及故障状态监视、 有功功率、 无功功率 、 功率因数 、 频率、 电压 、 电流数 据监测； ⑥ 具有联 网功能 ， 可接人工业 以太 网， 具有数 据远传功能， 易于集成到矿井 自动化系统 中， 实现调 度中心远程控制 。 3 传感器 传感器 由气压传感器 、 温度传感器及振动传感 器组成 。气压传感器 主要用于测量风机人 口压力 、 出口压力和叶片压力 ， 用于计算流量 以及监测通风 状况 ， 防止发生 喘振 。温度传感器采用 P T1 0 0 ， 主 要用于测量风机轴承温度 、 电动机轴承温度以及定 子温度 ， 设置报警极 限和跳闸极限， 用于保护风机及 电动机。振动传感器用于测量风机主轴 的振动 ， 以 免风机振动过大受损。 4 UPS 不间断电源 UP S主要用于为控制柜、 工控机提 供后备电源 ， 防止 由于停 电后突然上 电造成对 风机 和人身的伤害 。 2 控制 程序 控 制 程 序 采 用S L C 5 0 0 P L C 的 编 程 软 件 R S l o g i x 5 0 0编写 ， 然后下载到 P L C中， 由 P L C执行 程序 ， 控制程序流程如图 2所示 。 N 开始 星 ● Y ‘ 。。 。。 。。。 。。 。。 。。 。。。 。Y。。。。一 l 启动润滑站 工 ●_。。。。。。。。。。。。_-。。。●。。一 I 启动液压站 滑站、液压站已运 I 皇 垫 全 ●Y l Y l堑 垦 I N 雨 ‘ Y N_二 ， 停 机 ＼ 一 Y 图 2控 制 程 序 流 程 图 控制系统程序具有 自动 、 检修 和手动 3种工作 方式 ， 采用哪种工作方式根据现场情况决定 。 1 自动方式是指系统 由自动控制程序控制风 机系统的启动／ 运行 ， 在满足启动条件 的情况下 ， 操 作人员通过上位机启动按钮或控制柜的启 动、 停止 按钮发出启动或停止命令 ， 系统按照设定的程序依 次启动相关的设备 ， 最后叶片角度达到设定值 ， 启动 完成。启动和运行过程无需人工参与。 2 检修 方式下系统的启／ 停方式与 自动方式 一 样 ， 用于检修后风机的性能测试 ， 只是运行 时风门 第 5 期 2 0 0 9年 5月 工矿 自 动化 I n d u s t r y a n d M i n e Au t o ma t i o n NO ． 5 M a y 2 0 0 9 文章编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 0 9 0 5 --0 0 9 2 0 4 电压无功综合控制装置的改进与应用 孙彦 良 兖矿集团东滩煤矿 ， 山东 邹城2 7 3 5 0 0 摘要 文章介绍 了电压无功综合控制 VQC 装置的基本原理， 针对 电压、 无功 的各种运行情 况给 出了相 应的控制策略， 提 出了一种基 于比传统 的九区图算法更为优化的十二 区图模糊算法的 VQC控制方法， 详细 阐述 了VQC的技术特点。该 VQ C装置在兖矿集团东滩煤矿改造工程中的实施结果表明， 电压合格率和功 率因数得到 了显著改善， 补偿 效果理想。 关键词 矿井变电站；电压无功综合控制 ；电容补偿；十二 区模糊算法；VQC 中图分 类号 T D 6 1 1 文 献标 识码 B 收稿日 期 2 o 0 8 1 2 一l 1 0 引言 作者简介 孙彦良 。 。 。 一 ， 男， 硕士， 高 级工程师， 。 。 。 年 月 电压无功控制 VQC 装置是一种无 功调节和 东 大学’ 现 兖 集 矿任机电副 总工程师’ 已 变压器分接头调节 的综合 自动控制装置 ，它改变 了 发 表文章1 5 篇 。E - ma i l j z h 0 u x i n q i a o 1 2 3 4 s o h u ． C O rn ～ 一 一 ⋯⋯⋯’ ⋯ ⋯⋯⋯⋯～⋯～ ’ 关闭。 3 手动方式用于不满足启动条件、 但对风机 运行影响不太重要 的设备或系统 ， 可以不参加启动 ， 运行时 ， 只需启动必要的设备。 3上位 机软 件 上位机人机界面程序采用罗克韦尔公司的组态 软件 R S VI E W3 2开发 。通 过 以太 网采集 下 位机 P L C 的数据 ， 进行处理、 存储 、 报警和显示 ， 然后将 控制命令传送到 P L C控 制系统中运行 。上位机软 件主要 由以下几部分组成 ， 如图 3 所示。 图 3 上 位 机 软 件 组 成 图 1 监控画面。监控画面主要是实时显示相关 的监控参数 ， 包括运行状态、 轴承温度、 电机定子温 度、 气压等 。 2 数据 曲线 。主要显示温度、 气 压历史数据 及显示风机的工作特性曲线。 3 报警信息。显示相关韵 报价信息 ， 包括温 度报警 、 停机报警信息等 。 4 数据报表 。生成相应的 日报表 。 4结 语 本文利用 AB公司的 S L C 5 0 0 P L C控制器设计 了一套矿用主通风机 自动监控系统， 该系统具有运 行安全可靠、 自动化程度高等特点 ， 具有检测 、 超 限 控制、 报警、 打印等功能， 提高了系统的可靠性 ， 减少 了人为事故的发生 ， 为减人增效提供了条件 ， 为煤矿 数字化矿井的实现打下了坚实的基础 。主通风机 自 动监控系统的应用 ， 大大提高了风机运行的可靠性 ， 实现 了风机运行 自动化和运行状态 的远 程动态监 控， 可及时发现和制止随意停开主通风机的现象 ， 为 各级管理部 门的决策提供依据 。该系统还可根据需 要作进一步的改进 ， 提供控制系统的热备功能。 该 系统已在淮南矿业集团多个矿井应用， 运行 稳定 ， 使用情况 良好 ， 得到 了用户的肯定和好评。 参考文献 [ 1 1 黄元平．矿井通 风[ M] ．徐 州 中国矿业 大学 出版社 ， 19 97 ． [ 2 ] 国家安全生产监 督管 理局． 煤矿 安全 规程 [ M] ． 北 京 煤炭工业 出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 3 ] 吴士东． 主扇风机无人值守 自动化监控系统设计[ D ] ． 青岛 山东科技 大学 ， 2 0 0 6 ．