基于Profibus-DP的矿井压风机.pdf

基于P r o f i b u s DP 的矿井压风机 智慧工厂S ma r t f a c t o r y De c e m b e r 2 0 1 7 j Th e Mi n e Pr e s s u r e F a n Au t oma t i c Co n t r o l S y s t e m Ba s e d o n Pr o f i b u s DP F i e l d b u s 河南正龙煤业有限公司城郊煤矿 张红卫 Z h a n g H o n g we i赵春生 Z h a o Ch u n s h e n g 摘要 本文利用西门子S 7 3 0 0 系 U PL C，结合Pr o fi b u s DP 现场总线技术实现了矿井压风机的自 动控制。系统能够实时监测压风机的流量、压力、温度、瓦斯浓度和振动等各种参数 ，也可实现压风 机的一键启停 、一键切换风机等控制功能。 关键词 P L C Pr o fi b u s DP 压风机 Abs t r ac t The mi n e pr e ss ur e f an au t o c ont r ol s ys t em is p r op os ed in t his p ap er by u si n g Siemen s S73 00 PL C and Pr o f ibu s-DP fi e l d bus ．It c an r eal t ime mo nit or t he f an’s vibr a t ion s u ch as fl ow，p r es su r e， t emp er a t u r e， ga s c on c en t r at i on and vibr at ion e t c ．It als o c an a c hiev e c o nt r ol f un c t ions o f o ne t ou c h s t a r t s t op a nd on e t o uc h r ea r r an g e． Key wor dsPL C Pr o fi bu sDP Pr es su r e f an 【 中图分类号 】 TP 2 7 3 【 文献标识码 】B 文章编号1 6 0 6 5 1 2 3 2 0 1 71 2 0 0 6 1 0 3 一 一 矿井压风机作为煤矿安全生产最主要的运转设备之 一 ，担负着井下众多设备的动力来源 。 0 。传统的矿井压风 机处于人工监测和控制，不但操作困难而且数据还会缺少 实时性、准确性，已不能适应现代化的矿业发展要求 。 本文以西门子s 7 3 0 0 P L C为控制核心 ，通过P r o fi b u s D P 现场 总线 实现 了压风机 组及冷 却系统 、风包 系统 的 自动控 制和综合保护 ，并结合先进的控制思想 ，实现设备优化运 行 ，提高了压风机的安全性、可靠性与利用率 ，改善了工 人的劳动环境 ，降低了工人的劳动强度 ，能够产生良好的 经济效益和社会效益。 ’ _ 一 l， ● ． 2 ． 1 系统需求分析 1 实现压风机及相关冷却和气路系统阀门的自动联动 控制，按程序执行启动／ 停止压风机操作，提高操作的准确 性和 安全性。 2 控制系统具备就地手动／ 远程控制两种控制方式。压 风机地面控制系统基于高性能的工控组态软件，能对压风 机系统所有运转状态及故障信号进行动态显示和记录并生 成运转报表 ，报表可自由查询和打印输出。通过授权 ，操 作人员可以对井下压风机发出命令，控制压风机的启停。 3 实现压风机网络监控功能，从而达到压风机房无人 值守。 4 参数设定 空气滤清器更换时间、油过滤器更换 时间、油细分离器更换时间、调整电机与转换时间、空车 过久时间、当前 日期、当前时间、加载压力、卸载压力、 排气温度报警参数、排气温度报警停机参数、极限压力设 置、密码 设置 。 5 风机工况检测自动控制系统可以完成对压力 包括 压风机 出风压力 、风 包压 力、润滑油压 力、冷却水进 口压 力 、温度 包括压风机出风温度、风包温度、冷却水出口温 度 、震动、空压机总运转时间以及电气参数 包括电机温 度、电流、电压、电机功率、日耗电量等 的连续在线检测 功能，并提供压风机控制信号和风机与风网的正常匹配。 6 在线测量与处理的压风机运行参数实时曲线图形显 示，便于监视一小时内 或其它指定时间间隔 各种不同参数 的变换趋势。 7 在线测量与处理的压风机运行参数历史曲线图形显 示和 任意 时刻 的数据查询。 L _ I D S O R E 1J’巨 M A iA c 可 R 0 N G I 离 散 制 造 8 在线测量和处理的压风机运行参数历史数据报表形 式查询显示和打印，便于值班人员打印值班报表、相关人 员的定量研究分析和 日常的压风安全技术管理。 9 保护及报警显示。电机过载停机、电源逆相、缺相 保护、排气高温跳车、超过最大工作压力安全阀动作 亦可 设定为空压机停机 、空气过滤器堵塞报警、油过滤器堵塞 报警、油细分离器堵塞报警。 1 0 故障诊断与分析功能。 2 ． 2 系统原理设计 系统由压力及温度检测传感器、P L C 控制柜、带触摸 屏的西门子P L C s 7 3 0 0 及模拟量输入模块数字量输出模 块、西门子S 73 0 0 以太网模块等组成。采用集中管理、 分散控制系统结构。整个系统分为三层，即现场测量控制 层 ，中央管理层和远程监控层。详细组成如图1 所示。 图 1 系统 结 构 现场测量控制层由各类测量模块以及传感器、变送器 及执 行机构 组成 ，是控制 系统 最前端 的测量 元件及执行 器 部分，主要完成现场数据的采集、处理及控制；中央管理 层 和远程监 控层 由监 控主机 组成 ，它与现场控 制层通 过现 场总线相连 ，动态监控现场设备运行状况和监测数据的采 集 ，并向现场设备发出控制指令 ，控制系统运行；并通过 在以太网上利用T C P ／ I P 协议与其他系统通信 ，并传递现场 设备的监测信息 。 中央管理层 和现场控 制层的现场 总线为P r o fi b u s DP 总 线 ，P r o fi b u s 是 唯一全集成H1 过程 和H2 T厂 自动化 的现 场总线解决方案 ，是一种国际化的、不依赖于设备制造商 的开放式现场总线标准。它广泛应用于制造业自动化、流 程工业自动化、楼宇自动化以及交通 、电力等其他自动化 领域。采用P r o fi b u s 标准系统 ，不同制造商所生产的设备不 需对其 接 口进行特 别调整就可通信 ，P r o fi b u s 可用于高速并 对时间有苛刻要求的数据传输，也可用于大范围的复杂通 信场合。 ． ， r_ 一， c ■ 0■ t 压风机监控系统的程序设计主要包括 风机启停控 制、数据的采集处理以及故障的报警处理等。压风机的启 动和停止控制中采用的控制方式是就地的手动控制和P L C 与上位机完成的自动控制。手动控制是在监控系统的控制 功能被限制的情况下，由相关的技术人员亲自进行手动操 作。与手动控制不同，自动控制是首先要求上位机向下发 出指令 ，P L C 接收指令后结合其内部的逻辑程序 ，最终完 成对压风机的自动控制。这两种控制模式的相互切换是由 矿 井压风 机集控柜 上的转换 开关完 成的 ，并且 这两种模 式 之间是互锁的关系。图2 为矿井压风机控制方式流程图。 手动挡 就地控制 图2 矿井 曼 l塑 l [夔 ] 二 二 二 ] 二 二 二 t T 程 序 栅 l l 远程 控制 为了能够准确了解系统的运行状况 ，同时可以对系统 出现的异常情况进行快速处理，因此在程序中必须进行参 数异常值得判读和报警。其程序流程图如图3 所示。 匦 【否 图3 故障判断流程图 。 ， ． ■ ■ c 。 0 0 ≮ 本文所采用的是北京昆仑通态自动化软件科技有限公 司研发的MC GS 组态软件 ，该 软件 是基 于Wi n d o w s 平 台的 ， 用于快速构成和生成上位机监控系统的组态软件，它可以 妻 一 革一 对现场的数据进行采集与监测、前端数据的处理与控制。 触摸屏和上位机部分界面如图4 所示。 图4 触摸屏及上位机界面 智慧工厂S ma r t f a c t o r y De c e m b e r 2 0 1 7 的自动控制，实时监测压风机各种关键参数，同时具备故 障报警功能。本系统具有结构简单、可靠性高、功能齐全 等特点，其应用能够大大提高矿井压风机运行的安全可靠 性 ，亦可作为数字化智慧矿 山的重要组成部分，具有良好 的推广性。 I l f 瑞腾， ，1 华 荩1 P L C的煤矿『 IK 风机I l 助 制系统研究与J、 J I J U I ． I I I 尔 i 2 , 1 k 技术， 2 1 1 7 07 9 0 9 0 ． 2 1 J K 人伟． 坫 J P L C的煤矿J上 机 能 { 摊 系统⋯坷。。 I I j 机械， 2 O 1 5 2 1 4 2 1 4 4 ． 3 1 建荣， Z HA NG J i a n r o n g ． ] Mo d b u s 11 价 ℃ 的煤矿压风机 控系统优化研究U 1 l 煤炭技术， 2 0 1 5 ， 3 4 7 2 1 8 2 2 O ． 4 l槐利， 一川，栏土龙． 坫 J P L C 的煤矿压 机 ㈠动 制系统U 1 ． 1 矿 自动化，2 0 1 2 ， 3 8 4 1 3 1 6 ． 本文介绍了基于西f ] T - P L C D P r o fi b u s D P 总线的矿井 0 压风机在线监控系统。系统能够实现压风机各种执行机构 张红卫 1 9 7 5 一 男 工程师 研究方向工业装备工程 ⋯●⋯● ● ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯● ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯● _⋯⋯● ⋯● ●⋯⋯⋯● ⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 上接 5 4页 得到大规模的现场应用 ，已成为解决国网／ 南网自动抄表 “ 最后5 0 0 米”通信 的主 流方案。 远程通信为集中器与主站间的数据通信 ，要求数据传 输量大、传输速度快 ，可靠性高，可根据用户实地情况灵 活采用 串口通信方 式或有线 、无线接 入网络的 方式 。市 区 和城镇首先选择电力营销专用光纤网络，其次 ，可应用公 共营运商提供fl G P R S ／ C D MA通信网络，构建虚拟专用虚拟 通信网络。当前专线网络传输数据技术成熟，可选用设备 品牌较多，传输质量有保证 ，且不需要对传输线路进行管 理和维护。在同一个地区，应该根据实际情况 ，在有条件 的前提下，可优先采用一种或多种并用通信方式。 表方案，随着科技和社会的发展，提高电力营销管理的信 息化程度、供电质量和用电服务水平，低压电力线载波自 动抄表系统将发挥越来越重要的作用。 1 1 盟忠民 ， 杨振敏 ． L } J 低压『 j J 【 乜 竹 自动抄 、控制技术I皮眨 I C l ， 2 0 0 6 年个 电力什销技术 j 竹理交流 讨会论义 北 ， l匕 京巾 电力企、l I， 暇 会， 2 0 0 6 4 4 3 - 4 4 9 2 l孙成 ， 刘 义 ． 低J t, r tl 力实』 I J 技术 ． 北京 I 阳水利水电出版 ，1 9 9 8 ． 3 l张峰 ． ／ J 茼管 技术 【 MI 北 _ J 同H 上 J ,q l 版社 ， 2 O 0 5 ． 4 1 D L ／ T 6 9 8 1 9 9 9 低爪I U 3 f 口 J 、 - I I l 抄表系统技术条件 l S 1 ． 北京 I 1 I J司电 J I J扳社 ， 2 0 1 1 ． 传统的手工抄表 ，费时费力，准确性和及时性都得不 到可靠的保障，电力线载波自动抄表系统有效的解决了电 0 0 I 力数据业务的高效、稳定、快速传输的问题 ，其带来的经 庞法雨 1 9 8 8 一 男 工学学士硕士研究生 研究方向 济效益和社会效益是十分巨大的。而自动抄表方案在实际 智能电网 应用过程中并非干篇一律 ，应该切合实际选用最优 自动抄