基于S7—200PLC的矿用主通风机自动监控系统.pdf

7 8 煤矿机 电 2 0 1 0年第2 期 基于 S 7 2 0 0 P L C的矿用主通风机 自动监控系统 何兰萍 安徽理工大学 电气与信息工程学院， 安徽 淮南 2 3 2 0 0 1 摘 要 介绍了 7 -2 0 0 P L C控制器在矿用主通风机 自动监控系统中的应用。该系统采用两套 s 7 - 2 0 0 P L C作为控制器 ， 分别控制互为备用的风机状 态。上位机采用组态软件， 具有很好 的人机 交互， 可实现对主通风机 良好的远程监控。该系统经 多个矿井应用， 取得 了良好的使用效果。 关键词 煤矿；通风机 ；可编程控制器 7 - 2 0 0 P L C 中图分类号 r P 2 7 7 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 0 8 7 4 2 0 1 0 0 2 0 0 7 8 0 3 Au t o ma t i c Mo n it o r i n g S y s t e m o f t h e Mi n i n g Ma i n F a n B a s e d o n S 7 ． 2 0 0 PL C HE L a n - pi n g 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 a i n a n 2 3 2 0 0 1 ， C h i n a Ab s t r a c t I n t r o d u c e s t h e a p p l i c a t i o n o f 7 - 2 0 0 P L C c o n t r o l l e r i n a u t o ma t i c mo n i t o r i n g s y s t e m o f t h e mi n i n g ma i n f a n．Th e s y s t e m u s e s t wo s e t s o f 7- 2 0 0 P LC a s t h e c o nt r o l l e r s t o r e s p e c t i v e l y c o n t r o l t he s t a t e s o f f a n s t o s t a n d e a c h o t h e r ． Ho s t c o mp u t e r u s i n g c o n fi g u r a t i o n s o f t w a r e h a s a g o o d h u ma n - c o mp u t e r i n t e r a c t i o n t o e n s u r e t h e i mp l e me n t a t i o n o f a g o o d r e mo t e mo ni t o r i n g t o t h e ma i n f a n．Th e s y s t e m t h r o ug h t h e a p p l i c a t i o n i n ma n y c o a l mi n e s ma k e s a g o o d e f f e c t o f u s e ． K e y wo r d s c o a l mi n e ；fan；p r o g r a mma b l e l o g i c c o n t r o l l e r 7 - 2 0 0 l 系统组成及功能 基于 7 - 2 0 0 P L C的矿用主通风机 自动监控系 统主要实现主通风机 的 自动启动、 停止及在线监测 和保护功能。该系统采用控制器 P L C和上位机组 态监控模式 ， 由两台 P L C控制柜 、 两套工控机监控 站 、 一套 U P S装置 以及若干压力 、 温度传感器组成。 如图 1所示 ， 由两套 P L C作 为控制器 ， 分别控制两 套互为备用的通风机 。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 集两个 P L C的数据信息、 监控两台主通风机的运行 状态， 同时可以将系统与公司控制网络联网， 实现主 通风机的远程监控， 为矿井生产和人员安全提供了 重要保证。 1 P L C控制器 7 - 2 0 0 P L C控制器具有 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 监控工作站 1 监控 工作站 2 眦 控 霸圈 麓嘲 P 器 丁几T1 _ ] _ 1 ． 丁r广_ ． r 丁r _ 『 T丌TT _ r 图 1 矿用主通风机自动监控系统框图 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、 电动机轴承温度、 主通风机轴承温度及空 气温度 。模拟量输入模块负责监测进风 口压力、 风 风门开关 冷却泵启停 液压站启停 润滑站启停 “ 用 度 压力 温度 2 0 1 0年第2期 煤矿机电 7 9 机叶片压力及出风 口压力等 ， 对主通风机的喘振 、 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 节主通风机叶片的角度 ， 实现风量的动态调节 ； 实现 主通风机的主轴承温度、 电动机定子 的三相绕组温 度、 轴端轴承温度信号的监测与保护； 对主通风机配 套的润滑、 液压泵站泵 电动机、 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、 手动和检修三种工作方 式选择开关 ， 可有正 、 反转两种通风方式运行。 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， 计算主 通风机的风量， 绘制实时主通风机特性曲线、 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 提供运行主通风机故障停机时 ， 备用通风机 自动投入 的功能； 具有故 时间 自动倒机功能 ， 运 行主通风机出现跳闸故障后或达到设定的运行时间 时， 可自动切换到备用通风机。 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主通风机人 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； P T 1 0 0温度传感器主要用于 测量主通风机轴承温度 、 电动机轴承温度 以及定子 温度 ， 设置报警极限和跳闸极限， 用于保护主通风机 及电动机； 振动传感器用于测量主通风机主轴的振 动， 以免其振动过大受损。 4 不间断电源 U P S 不间断电源 U P 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 电造成对主通 风机和人身的伤害。 2 控制程序 由P L C执行程序， 控制程序流程如图2 所示。 开始 匿壹Y固 t 匮蛔 ’ ● I皇 垫 鱼 l Y ● l Y 打开风门 『 曼 雨而 Y 图 2控 制程序流程图 控制系统程序具有 自动 、 检修和手动三种工作 方式 ， 可根据现场情况决定 。 1 自动方式 自动方式是指系统 由自动控制程序控制主通风 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 检修方式下系统的启／ 停方式与自动方式相同， 用于检修后对主通风机的性能测试 ， 运行 时风门必 须关闭。 3 手动方式 手动方式用于对主通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。 下转第 8 3页 2 0 1 0 年第2 期 煤矿机 电 8 3 要根据当前采集的信号判断是否发生错误动作 。以 上的报警信息可在界面上向操作者提示， 同时也向 报警数据库中存储。 报警分为实时报警和历史报警两大类 实时报 警在用户窗 口中实时显示 当前系统正在报警 的各种 测点的明细； 历史报警是将存储 到历史数 据库 中的 报警信息， 调出来查询。报警查询基本上按照开始 时间、 站点、 报警的位置进行排序浏览 。 b ．报表 所有被监测的模拟量、 开关量， 可以存 盘一年或者更长时间 根据特殊要求 。所有数据 可以根据操作者的要求， 按照组态软件定义的表格 形式和打印格式随时在界面上显示或者在打印机上 输出实时报表和历史报表。 c ．曲线 曲线显示包括实时曲线和历史曲线， 主要考虑 的问题是数据的密度。例如查看实时趋势 图时， 若采用 1 h的数据 ， 则 1 d最多 由 2 4个点组 成。这时， 若以曲线形式显示， 就成为折线图， 只能 以柱形图形式显示。而查看历史趋势图时， 若采用 1 h的数据 ， 则一年 由 3 1 5 3 6 0 0 0个点组成。这时， 若以曲线形式显示 ， 就不好查看所要找的具体 日期 的情况。因此 ， 显示 1 d的趋势 曲线 ， 采用 1 rai n的 数据比较合适， 而显示一年的趋势曲线， 采用 1 d 的 数据比较合适。当查看其他类型的趋势曲线时， 可 考虑采用相应的方式来显示数据。 4 结语 针对煤矿系统的特点， 通过三维力控组态软件 和高速网络建立的煤矿综合 自动化生产平台， 集动 画显示、 流程控制、 数据采集、 网络数据传输、 工程报 表、 实时曲线、 实时报警显示和历史数据的存储等， 将煤矿的自 动化生产和综合管理提高到了信息化水 平， 成功搭建了煤矿综合 自动化生产平台。系统现 已投入使用， 取得了良好的经济效益。 参考文献 [ 1 ] 赵秀娟， 刘振．煤矿安全监控系统的应用[ J ] ． 煤矿安全， 2 0 0 8 3 ． [ 2 ] 彭波， 许振文．基于 M C G S组态软件的煤矿安全监控系统 [ J ] ．煤矿机电， 2 0 0 5 3 ． [ 3 ] 胡晓健． 矿井综合安全监控系统的设计与研究[ D ] ．合肥 合 肥工业大学 ， 2 0 0 4 ． [ 4 ] 马国华． 监控组态软件及其应用[ M ] 第 1 版 ． 北京 清华大 学出版社 ， 2 0 0 1 ． [ 5 ] 张丹， 于朝民， 李东． 基于 M C G S 组态软件的某罐区监控系统 的设计与应用[ J ] ．工业计量， 2 0 0 3 5 ． [ 6 ] 刘尹霞， 訾贵昌． 全中文工控组态软件 M C G S 在煤矿安全生产 中的应用[ J ] ．煤炭工程 ， 2 0 0 7 9 ． [ 7 ] 朱良朋．M C G S 组态软件及其在淮北煤矿安全监控系统中的 应用[ J ] ． 煤炭技术， 2 0 0 8 ． 作者简介 文 0 亚坤 1 9 8 5一 ， 女， 在读硕士研究生。主要研究方向 为嵌入式系统， 发表文章 1篇 。 收稿 日期 2 0 0 91 1 1 7 ； 责任编辑 姚克 上接第 7 9页 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 V I E W3 2 ， 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 四部分组成 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 、 电动机定子温度 、 气压等。 2 数据曲线 主要显示温度 、 气压历史数据及显示主通风机 的工作特性曲线。 3 报警信息 显示相关的报价信息， 包括温度报警、 停机报警 信息等。 4 数据报表 主要是生成相应 的日报表。 4 结语 利用西门子公司 7 - 2 0 0 P L C控制器设计的一 套矿用主通风机 自动监控系统具有运行安全可靠、 自动化程度高的特点， 并有检测、 超限控制、 报警、 打 印等功能， 既提高了系统的可靠性， 减少了人为事故 的发生， 又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。该系统已在淮南矿业 集团公司多个矿井应用， 运行稳定， 使用情况良好。 参考 文献 [ 1 ] 黄元平． 矿井通风[ M] ． 徐州 中国矿业大学出版社， 1 9 9 7 ． [ 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 ． 作者简介 何兰； 苹 1 9 8 7一 ， 女， 在读硕士研究生。研究方向为计 算机控制。 收稿 日 期 2 0 0 9 1 2 0 4 ； 责任编辑 姚克