基于S7—224和G150的煤矿风机监控系统设计.pdf

第 3 1卷第 0 4期 2 01 0年0 4月 煤 矿 机 械 Co a l Mi n e Ma c h i n e r y V0 1 ． 3 l No ．0 4 Ap r ． 2 01 0 基于 S 7 2 2 4和 G1 5 0的煤矿风机监控系统设计 木 邓 作 杰 。谭 小 兰 湖南工程学院 ， 湖南 湘潭 4 1 1 1 0 4 摘 要 针 对 白 沙矿 务 局 某煤 矿 的通 风 系统 ， 设 计 了一 套基 于 S 7 2 2 4和 G1 5 0的 煤矿 风 机 监 控 系统 ． 给 出 了 系统 结 构和控 制 原 理 ， 分析 了 S 7 2 4 4与 P C及 G1 5 0之 间 的通 信 方 式 的选择 ， 介 绍 了监控 系统 的上 位机 和 下位机 监 控模 块 的功 能 。 系统 已经安装 调试 完毕 ， 系统 测试 性 能 良好 。 关 键词 P L C；风机 监 控 系统 ；系统设 计 中图分 类号 T P 2 7 3 文 献标 志码 A文章 编 号 1 0 0 30 7 9 4 2 0 1 0 0 40 1 4 10 3 De s i g n o f Co a l M i ne Ve nt i l a t o r M o n i t o r i ng Sy s t e m Ba s e d o n S 7 2 2 4 a nd G1 5 O DE N G Z u o - j i e， T A N X i a o l a n H u n a n I n s t i t u t e o f E n g i n e e r i n g ， X i a n g t a n 4 1 1 1 0 4 ， C h i n a Abs t r a c t A c o a l mi n e v e n t i l a t o r mo n i t o rin g s y s t e m wa s de s i g n e d b a s e d o n 7- 22 4 a n d G1 5 0 a c c o r d i n g t o t h e v e n t i l a t i o n s y s t e m i n a c o a l mi n e o f t h e b a i s h a c o a l mi n i n g b u r e a u ． T h e s y s t e m s t r u c t u r e a n d c o n t r o l p r i nc i p l e we r e g i v e n ．a n a l y z e t h e c ho i c e o f c o mmu ni c a t i o n me a n s b e t we e n S 7 2 4 4 a n d t h e PC G1 5 0 i s a n a l y z e ， t h e mo n i t o ri n g s o ft w a r e f u n c t i o n s i n t h e u p p e r ma c h i n e a n d l o we r ma c h i n e i n i s i n t r o d u c e d ． T h e s y s t e m’ S i n s t a l l a t i o n a n d d e b u g g i n g h a s b e e n a c c o mp l i s h e d ，a n d i t h a v e g o o d p e rfo r ma n c e i n t h e t e s t pr o c e s s Ke y wor ds PL C；v e nt i l a t o r mo n i t o rin g s y s t e m；s y s t e m d e s i g n 0 引言 煤矿风机是矿井送风的重要设备 ． 它的工作状 态关系着煤矿的安全生产 。近年来 ， 全 国重大瓦斯 爆炸事故接连发生 ． 造成煤矿工人伤亡。根据有关 部 门 的调 查结 果 显 示 ． 这些 事 故 发 生 的 主要 原 因是 由于 煤 矿 风 机 系 统 无 计 划 地 停 风 次 数 多 ．时 间 较 长 ． 造成 瓦斯浓度过 高 ． 许多 出事矿井采用模拟 的 风机监测仪 ， 由工人 现场对风机监 控 ． 在风机 出现 故障时需要 由人工切换工作设备 ． 并手工上报故 障 信息 ． 风机安全运行的可靠性和实时性无法满足现 }湖南省教育厅资助科研项 目 0 8 C 2 1 6 代煤矿安全生产的需要 。同时 ． 风机工作现场噪音 很大 ， 条件非常恶劣 ， 工人工作强度 比较大。为保证 煤 矿 安 全生 产 ． 需 要 由煤矿 风 机 监 控 系统 对 风 机 的 工 作 状 态进 行 实 时监 视 ， 并 根 据 瓦斯 含 量 、 风 压 、 温 度 等 实际情 况 ， 实 时地控 制 风机 系 统 的送 风 量 。 白沙 矿 务 局 某 煤 矿 是 新 近投 产 的 国有 中 型煤 矿 ， 它的通风系统是由一主一备 2套风机构成 ． 每台 风机含 2台对转 的防爆三相 鼠笼式异步 电动机 ． 每 台电机额定功率 4 0 0 k W 每台通风机有 自己独立的 风道 ， 在绞车 间汇合 进入 主风井 。当一 台通风机 工作 时， 另一台处于检修备用状态， 在正常情况下 ． 只有 1 截割和垂直摆动截割 2种工作方式 ． 通过掘进机截 割悬臂的位移和旋转角度传感器获取监测数据 ． 利 用 悬 臂 位 移 和 角 度 与 截 割 头 水 平 及 垂 直 位 移 的 数 学模型，及时准确得到掘进机截割头的位置坐标 ， 从而实现对掘进机截割头的动态监测 该监测系统 不仅可以保 障目前人工操作 的掘进质量 ． 也为掘进 机的自动控制提供 了技术基础 参考文献 [ 1 ] 柴毅， 胡宁． 掘进机 自动掘进 系统的研究与应用 [ D] ． 重庆 重 庆大 学． 2 0 0 6 ． [ 2 ] 宁仲 良， 陈加胜． 悬 臂式掘进机 智能化发展方 向初探 [ J ] ． 矿 山机 械。2 0 0 6 ． 3 4 6 3 4 3 5 ． [ 3 ] 唐述敏， 张康智， 邓海顺． 悬臂式 掘进机截割 自动 控制研究 [ J ] ． 煤 矿机械． 2 0 0 9 。 3 0 3 5 1 5 2 ． [ 4 ] 李 晓豁， 吴 志强． 悬臂式掘进 机断面轮廓监 控系统 [ J ] ． 黑龙 江科 技学 院学报． 2 0 0 8 ． 1 1 6 4 1 0 4 1 3 ． [ 5 ] 刘春 生， 赵汗青， 漆利平． 悬臂式掘进机 断面成形的几何尺 寸检 测 转换模型 [ J ] ． 中国工程机械学报，2 0 0 8 ，6 1 9 0 9 4 ． [ 6 ] 宁 仲良， 张士勇． 悬臂式 掘进机巷 道 自动成形 控制初探 [ J ] ． 煤矿 机 电． 2 0 0 4 1 1 0 1 5 ． [ 7] 陈 同宝， 钱沛云， 陶峥． 我国悬臂式 掘进机技 术的现状 和发展 [ J ] ． 煤矿机电． 2 0 0 0 5 5 8 6 2 ． 作者介绍 康 栋梁 1 9 8 4 一 ， 河南方城人 。 中国矿业大学硕士在 读 ， 主要从事检 测装 置及其 自动化 、 瓦斯 预防及监测 的研 究 ． 电子信 箱 d o n g l i a n s k a n g 1 6 3 ．c o rn． 一 1 41 一 责任编辑 侯淑华收稿 日期 2 0 0 9 1 0 2 2 箜 塑 塑 董 璺 二 丝 风机监控系统设计邓作杰， 等 V o 1 ．3 1 N o ． 0 4 台通 风 机处 于 工作 状 态 ． 为井 下 煤矿 生 产 提供 通 风 保障。在温度过高 、 瓦斯含量超过限定值时就报警 并启动备用 的风机。为了提高该煤矿风机系统 自动 监 控 能力 ．采用 西 门子 公 司 S 7 2 4 4系列 P L C和变 频器 G1 5 0 ，为该煤矿通风系统设计 了一套全 自动、 实时风 机监 控 系统 1 系统 结构 与控 制原 理 针对该煤矿风机系统 ． 设计的风机监控系统硬 件组成如图 1 所示 它是由上位机系统和下位机系 统 2部分组成 。上位机系统是 1台普通的 P C机 ． 主 要用于参数设定和操作员监控 ． 它的控制软件是用 西 门子 公 司的工 控组 态软 件 Wi n C C开发 的 下位 机 系统 主 要 由 1个 S 7 2 0 0系列 中 的 C P U 2 4 4 X P 、 3个 扩展 模 拟 量输 入 模 块 E M2 3 1和 4个 西 门 子变 频 器 G1 5 0构成 西 门子 G 1 5 0变 频器 是专 门为满 足具 有 恒 平方 负载 特性 、 性能 要求 适 中而且 没 有 再生 反 馈 的风机 、 泵机等传动系统的要求 而设计 的 ， 它具有 多种保护功能 ． 采用矢量控制方式 ． 可实 时获取被 控制电动机 的转速 、 温度等参数。 C P U 2 4 4 X P是整个 下 位 机 系 统 的核 心 ， 完 成 各类 数 据 的采 集 、 控 制算 法 、 控制输出等功能 ， 它集成了数字量 1 4人／ 1 0出， 模拟量 2入／ 1出 在该系统中． C P U 2 4 4 XP通过 3个 E 2 3 1 来获取 2组 风机 的出 风量 和 矿 井 中瓦斯 的浓 度 等 参 数 ． 通 过 4个 G1 5 0来 获得 风 机 的 电动机 状 态参 数 ．然 后 调用相应的控制算法计算相应的控制参数 ，通过 4 个 G1 5 0来控 制风 机 的 电动 机运 行 S 7 2 4 4 X P通过 P r o fi b u S D P电缆与上位 P C机相连．操作员通过上 位 P C机可以下载控制 S 7 2 4 4 X P的控制参数。S 7 2 4 4 X P则定时f 在系统 中。 设为 0 ． 5 s 把检测到风机 电动机状态参数 、 瓦斯浓度 、 风机 出风情况上传给 上位 P C机 ． 由 P C机实时地显示在屏幕上。 r 丽 ． - j T 习 - r E 面 订 萑 爨 卜 廷 亘 f～一 帅 ■厂 工r 卤卤卤卤 囱崮囱圆 图 1 系统 硬 件 组成 2系统 的设计 1 通讯网络的设计 随着 P L C技术 的发展 ， P L C的功能越来越大 、 集成度越来越高 、 网络功能越来越强 。为了满足不 同的工业控制需求 ． 西 门子提供了不 同的网络解决 方案 ， 包括执行器， 传感器接 口 A S I 、 P r o fi b u s D P 、 工 业 以太 网 I n d u s t r i a l E t h e r n e t 、 多 点接 口 MP I 。 由 于该的控制系统设备种类不多 ．并且为了降低布线 和以后维护的成本 ，最终选择了 P r o fi b u s - D P网络。 P r o fi b u s D P网络最大通信速率为 1 2 Mb p s ，只要通 过 一 根 P r o fi b u s电缆 屏 蔽双 绞线 就 能够方 便 将 P C 、 P L C 和 G 1 5 0变 频器 连接 在～ 起 通信 。同时 ， 西 门子 S T E P 7提供强大的网络诊断工具也为调试带来 了方 便 。 2 各 G1 5 0参 数 的设 置 在使用各 G1 5 0之前必须对它们的参数进行设 置 ． G 1 5 0提供 了使用 A O P 3 0操作面板和 S T A R T E R 软件 2种方式来设置其参数 ．采用 S T A R T E R软件 能够很 方便 、直 观地设置 各 G1 5 0的参数 。利 用 S T A R T E R 向导 设 置 波特 率 、 各 G1 5 0站 地 址 、 电 机 参数等参数 ． 使之连接到 P r o fi b u s - D P总线上 ． 成为 S 7 2 4 4 P L C的一个 从 站 由于在 系 统 中各 G1 5 0控 制 的电动机参数相 同、 与 S 7 2 4 4 P L C通信的协议相 同 ． 4个 G1 5 0除 了 P r o fi b u s D P总 线 地 址 参 数 P 0 9 1 8不同以外 ． 其他参数都相 同． 各 G1 5 0部分参 数 如表 1 所示 表 1 G1 5 0部分参数设置 3 下位机 P L C程序模块 下位机系统主要完成下位机系统的初始化、 监 控数据 的采集 、 风机的驱动与控制 、 与上位机通信 等功 能 ． 它主要 由以下 P L C程 序模 块组成 ①系统初始化模块在系统上 电复位后 ， 对整 个 系统 进行 初 始 化 ．并检 测 设备 状 态 和 瓦斯 浓度 。 如设备有故障或瓦斯浓度过高 。 则调用报警模块声 光报警。 ②监控数据采集模块 主要采集 电压 、 瓦斯浓 度 、 温度 、 风压 、 电机的运行状况等参数 。 ③风机驱动模块主要通过 P r o fi b u s D P协议 向相应风机电动机的变频器传送控制字 c w 来控 制风机启停 、 运行及运行速度 。当需求风量太大 ， 而 单台电机满频运行所供风量 已经不能满足需求时 。 它就进行相应的电动机切换或双机运行。当一组中 一 1 42 第 3 1 卷第 0 4期 2 01 0年0 4月 煤 矿 机 械 Co a l Mi n e Ma c h i n e r y Vo I ．31 NO ．0 4 Apr ． 2 01 0 液压支架远程智能监控系统的设计 罗 成 名 。张权 1 ． 中国矿业大学 机 电工程学院 ， 江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 ； 2 ． 中国石化集团储运分公司 聊城输 油处 ， 山东 聊城 2 5 2 0 0 0 摘要 针 对液 压 支架监 控 的 需要 ， 提 出 了液 压 支架远 程智 能监控 系统 的设 计 。从拓 扑 结 构 、 控制 方 式 、 监控 软 件 、 控 制 策略 等 方 面进行 了分析 ， 并基 于 P L C和 力控 组 态软 件进 行 了监 控 系统 的 开发 ． 实现 了综采 工作 面液 压 支 架的 自动监控 ， 提 高 了煤 矿安 全 生产 的 自动化 。 关键 词 监控 系统 ；液压 支架 ； P L C；组 态软件 ； 控 制 策略 中 图分类 号 T D 3 5 5 文献 标 志码 A 文章 编号 1 0 0 30 7 9 4 2 0 1 0 0 40 1 4 30 3 De s i g n o f Re m o t e I nt e l l i g e n c e M o ni t o r i ng S y s t e m f o r Hyd r a ul i c Su ppo r t L UO C h e n g - mi n g ， Z HA NG Q u a n 1 ． El e e t r o me c h a n i c a l En g i n e e r i n g C o l l e g e ， Ch i n a Un i v e r s i t y o f Mi n i n g a n d T e c h n o l o g y ， Xu z h o u 2 2 1 0 0 8 ，C h i n a ； 2 ． L i a o c h e n g Oi l P l a c e o f S i n o p e c P i p e l i n e S t o r a g e a n d T r a n s p o r t a t i o n C o mp a n y ， L i a o c h e n g 2 5 2 0 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t Ai mi n g a t t h e d e ma n d f o r h y d r a u l i c s u p po r t mo n i t o r i n g ，pu t f o r wa r d a r e mo t e i n t e l l i g e n c e mo ni t o r i ng s y s t e m for h y d r a u l i c s u p p o rt．Ana l y z e t h e s y s t e m f r o m t o po l o g i c a l s t r u c t u r e ，c o nt r o l mo de s ， mo ni t o r s o f t wa r e ，a n d c o n t r o l s t r a t e g y， d e v e l o p t h e mo n i t o r i n g s y s t e m b a s e d o n PLC a n d Fo r c e Co n t r o l s o ftwa r e ，r e a l i z e a u t o ma t i c mo ni t o r i n g o f h y d r a u l i c s u p po rt i n f u l l yme c h a n i z e d f a c e ，a n d i mp r o v e a ut o ma t i o n o f t h e mi n e s a f e t y pr o d u c t i o n． Ke y wo r d s mo n i t o r i n g s y s t e m； h y d r a u l i c s u p p o r t ； P L C ； c o n fi g u r a t i o n s o f t wa r e ； c o n t r o l s t r a t e g y 的电动机连续运行超 过设定时 间 f 在系统 中 ， 设 为 1 h 1 后 。 它就使该机组停下来 ． 自动起动另一组风机。 ④通信模块将采集 到的电压 、 温度 、 风压 、 瓦 斯浓 度 、 电机 的运 行 状况 或 故 障信 号 通 过 P r o f i b u s D P协议 上传 到上 位机 ⑤报警模块 依据监控数据采集模块 采集到 的 电压 、 温 度 、 风 压 、 瓦 斯 浓 度 、 电 机 的运 行 状 况 等 参 数是 否超 出各 参数 设定 值 如果超 过 就进 行相 应 的报警。报警 分为一级报警和二级报警两大类 ， 凡 是 直 接 影 响 到 风 机 运 行 能 引 起 风 机 停 机 的故 障 信 号 ， 都设为一级报警 ； 其他 的设为二级报警 。 报警模 块同时调用通信模块把故障信号上传到上位机 f 4 上位 机 的监 控 程序 上 位机 主 要完 成 控 制 系统 管 理 、数 据 显 示 、 人 机界 面操 作等 功能 上位 机 的监控 程序 主要 由设 备 参 数状态数据采集 、 控制命令发送 、 监控参数 图形 动 画表示 和 报 警处 理 等模 块 组成 在 系 统 运行 时 ． 由工作人员通过上位机 的监控程序 向下位 机发布 控制命令或通过下位机采集风机 的一些状态 参数 实现对风机运行过程的远程监控 Wi n C C是西门子 的工控组态软件 ， 它采用 了 3 2位技术 ． 内置所有操 作和管理功能 ， 可简单 、 有效地进行组态 。 具有 良好 的灵活性和开放性 。因此 ， 采用 Wi n C C进行上位机 监控程序的开发 ，完成设备参数状态数据采集 、 控 制命令发送 、 参数图形动画表示及其他一些辅助功 能 。 3结 语 采 用 西 门子 P L C S 7 2 4 4 XP和 西 门 子 G 1 5 0变 频器 ． 为 白沙 矿 务局 某 煤 矿 开发 一 套煤 矿风 机 监 控 系统 。系统提高 了该煤矿风机 自动监控水平 ， 由于 采用 了变频器 ． 系统能够对 电机工作频率 和工作时 间进行控制 。 延长 了风机 的寿命 ． 同时也 降低 电能 的消 耗 ， 节 省煤 矿 的生产 成 本 。在开 发 煤 矿 风机 监 控 系统 时 ． 采用 西 门子 过程 监控 软 件 Wi n C C进行 上 位 P C机监控程序开发 ． 降低系统开发难度 ． 节省 了 系统的开发成本 ， 且主控界面直观、 友好。 参考文献 [ 1 ] 于水娟 ， 吴建． 基 于两级 网络的煤矿通风机监控 系统设计与实现 [ J ] ． 煤矿机械 ， 2 0 0 7 ， 2 8 7 1 8 3 1 8 5 ． [ 2 3 龚晓燕 ． 黄雷 。 薛河． 基于 We b矿井局 部通 风设备故 障诊断专家 系统的建 立[ J ] ． 煤矿机械 ， 2 0 0 8 ， 2 9 5 2 1 7 2 1 9 ． [ 3 ] 高鸿斌 ， 孔美静 ， 赫孟 合． 西 门子 P L C与工业 控制 网络应用 『 M] ． 北 京 电 子 工业 出 版社 ． 2 0 0 6 ． [ 4 ] 周 万珍， 高鸿斌 ． P L C分 析与设计应 用 [ M] ．北京 电子工业 出版 社． 2 0 04． 作者简 介 邓 作杰 1 9 7 2 一 ， 湖 南末 阳人 ， 硕 士 ， 高级工 程师 ， 2 0 0 4年毕业于湖南大学 ，主要 从事网络与计算机控制 ．电话 0 7 3 1 5 5 0 6 5 0 2 8 ， 电子信箱 d e n g1 2 6 ． c o rn． 责任编辑 侯淑华收稿 日期 2 0 0 9 1 1 - 1 2