矿井通风机监控系统设计.pdf

煤矿 现代化 2 0 0 6 年第4 期 总第7 3 期 矿 井 通 风 机 监 控 系 统 设 计 株洲工学院 陈伟李光 摘要煤矿的通风系统， 在煤矿的安全生产中起着至关重要的作用。本文利用可编程控制器 P L C 实 现 了对现有的矿井通风机监控系统的改造， 取得了良好的效果。 关键词P L C 通风机在线监控 通风机是矿井的重要设备之一，担负着向井下输送足够 数量的新鲜空气， 以冲淡有害气体的浓度和带走飞扬的煤尘， 保证给井下作业的工人一个安全、 可靠、 良好的工作条件。建 立可靠稳定的通风机监测监控系统是安全保障技术之一。传 统的通风机监控由人工方式完成， 由岗位人员定时巡回检查， 通过记录温度计和皮托管的读数来监控通风机运行状态。这 种人工方式具有很大的局限性 1 、 人工读表精确度差， 主观误 差大； 2 、 巡 回时间间隔大， 实时性差； 3 、 文本记录的可检索性 差。 本设计采用 P I E建立监控系统， 可以实现对数据实时采集 和记录。 避免人工监控的弊端， 建立了一套数字化 自动化监控 系统。 l 系统概述 某煤矿的主通风道采用 1 、 2 两套通风设备对矿道进行 抽风 ，两套设备互为后备。其中电动机功率 3 3 5 k W，转速 5 9 1 r ／ mi n 。 离心通风机 功 率 3 5 5 k W，转 速 5 8 O f ／ rai n 。图 1 为系统 监控示意图 其中静 压值与风量的值由全 压与速压计算得出 。 图 1 系统监控示意图 系统采用温度传感器和压力传感器取代温度计和压力皮 托管， 利用 P L C P r o g r a m ma b l e 舀 c C o n tr o l l e r ， 可编程逻辑控 制器 对数据进行采集处理 ， 通过通讯端口在上位机上实现数 据的存储、 生成数据表格与数据曲线， 并实现声光报警。 2 系统的硬件选型 P L C选用西门子公司的S 7 3 0 0系列。它采用了节省空间 的模块化结构设计， 牢固性和电磁兼容性都很高。 它运算速度 快 最快运算速度 l O O n s ， 指令功能丰富， 具有灵活的中断 功能， 还能提供严格的口令保护。以通过扩展多个输入输出模 块不仅为系统的检测监控提供了足够的监控量 。还为系统未 来的进一步升级预留下了足够的硬件扩展空间。 上位机监控软件采用 ” Wi n C C V 6 ” 。作为西门子 S I MA T I C 全集成 自动化系统的重要组成部分， Wi n C C确保 S 7系列 P L C 之间连接的方便 和通讯 的高效 。此外 ， n C C还 可以对 S I M A T I C P I E进行系统的诊断选项 ， 给硬件维护提供了方便。 它采用了Mi c r o s o f t S Q L S e r v e r 2 0 0 0 作为其组态数据库和归档 数据的存储数据库， 可以方便地访问归档数据。 3 系统的结构与配置 系列 P I E的监测控制系统。温度传感器与压力传感器分别将 需监控的温度和压力转化为 4 - 2 h n A模拟信号。 P I E将模拟量 转化成对应的 0 2 7 6 4 8的数字量，对数据进行判断处理后通 过 MP I 方式实现与触摸 屏和上位 机的数据传 输。其中触摸屏安装在 通风机房 实现现场监 控，上位机放置在总调 度室实现远程监控。 3 ． 1 现场数据采集 温度传感器采用的固 定螺纹式热电阻，压力传 感器为压差变送动器， 两 者均采用三线制接线。在 与 P L C的模拟输入模块 S M3 3 1 连接时，输入模块 需要 在 M一和 I C 一之 间插 入一根跳线。接线示意图 见图 3 。 图 2 系统结构图 图 3 三线 一四通道接线图 3 ． 2 P L C数据处理 P L C软件采用西门子公司的 S T E P 7的梯形图 L A D 语 言编写， 简洁直观、 清晰易懂， 方便修改。 程序设计采用模块化 结构， 便于维护扩展。程序流程图如图 4 。 3 ． 2 ． 1 模 拟量的转化 与处理 对于模拟量使用 S T E P 7 的 标 准 功 能 块F C1 0 5 S C A L E转化成为对应的 数字量。 通过在现场的实际检测 发现 温度值相对稳定， 而压 力的值出现了较大的抖动。 这是由于连接矿井通风口和 压力传感器之间的风管较长 大于5 0 m ， 同时由于工艺 水平的限制 ，造成了压力传 感器输入端的压力值波动较 大。因此对数据采用了取平 均值处理，使得到的数据更 接近于实际值。 整个系统结构见图 2 。该系统是基于西门子公司 S 7 3 0 0 3 ． 2 ． 2 故障诊断 图 4 P L C流程图 1 8 维普资讯 煤矿 现代化 2 0 0 6 年第4 期 总第7 3 期 由于电动机和通风机有定期的保养和预防性检查 ，故障 概率较低。 该系统的故障诊断主要针对于传感器故障。 当监控 量超出预先设定的报警值时 ， P i g ； 先启动报警程序报警 ， 然后 启动故障诊断子程序判断是否为传感器故障。故障诊断的过 程实际就是将 A ／ D转化后的数字量与系统允许的极限值做比 较， 如果接近或超过极限值则说明传感器出现故障。4 - 2 0 mA 的模拟输入量允许的数字量为 0 - 2 4 6 7 8 ， 若超出这个范围则说 明传感器或是传感器与 P L C的连接可能出现故障， 若数字量 为 3 2 7 7 7 则说明传感器与 P L C的连接中断。故障诊断的结果 在上位机上显示。 利用故障诊 断程序可以为调度人员提供基础 的故障信 息 ， 可以提高维护效率。对于传感器故障引起的数据异常， 不 需要干预电动机和通风机的运行，只需要对传感器极其连接 线路进行检测与维修。 3 ． 2 ． 3 P L C与上位机之 间的通讯 P L C和上位机采用西门子公司的专用多点接 口协议 MP I M u l t i P o i n t I n t e r f a c e 方式连接。使用 P R O F I B U S电缆连接 P L C上的 M P I 端口和上位机的 C P 5 6 1 1 卡的9针 D型接口。 其 接 口如图5 。 视图 管脚 信号名称 说明 l ＼ 2 M2 4 V 2 4 V地 ●4 ● 9 3 R X D ， I X D P 数据线 B ● 8 4 R T S 申请发送 ● 3 ● 7 5 M 5 V 2 数据参考电位 6 P 5 V 2 电源 ● 2 ●6 7 P 2 4 V 24 V ． 1／ 8 R X D ， I咖一 N 数 据 线 A 9 图 5 MP I 接 口 多接 点接 口 MP I对 于和 P G ／ P C， HM I系 统及 其 它 的 S I M A T I C S 7 ／ C 7 ／ Wi n A C自动化系统进行通信而言， 通信是一种 经济而又实惠的解决方案。 3 ． 2 ． 4 上位机的显示与报警 监控界面 调度中心的上位机是整个监控系统的重要组成部分。上 位机用于显示电动机和风机的运行状态、显示各监控量的精 确数值、 长期储存监控量的历史记 录、 生成监控量的历史曲线 图、 实现声光报警、 储存报警记录、 实现报表打印等功能。 Wi n C C作为西门子的 S I M A T I C系统产品，同 s 7 3 0 0 P L C 之间的组态方便直接 ，它包含 了变量管理器 t a g m a n a g e - me n t 、 报警记录 a l a r m l o g g i n g 、 变量归档 L a g l o g g i n g 等九大部 件， 可以方便的实现监控量的显示、 报警、 数据的存储和报警 记录存储等功能。 同时， Wi n C C采用标准的 M i c r o s o f t S Q L S e r v e r 2 0 0 0数据 库进行数据的归档， 可以以很高的压缩比进行长期数据归档， 还具备了数据到处功能和备份机制。 4 总结 系统利用 s 7 3 0 0 P L和 Wi n C C组态软件，在矿厂现有设 备的基础上， 现实了对矿井通风机和驱动电动机的状态监测。 整个监控过程由 P L C控制， 不需要人工干预。 通过现场总线技 术， 将现场数据传输到调度室的上位机， 实现了设备的远程监 控。整套系统既充分满足了系统的监控要求 ， 又为系统的升级 留下 了空间。 参 考 文 献 【 1 ] 西门子中国 有限公司． S I MA T I C s 7 3 0 0可编程控制器 使 用手册． S I E ME N S公 司， 2 0 0 2 【 2 】 西门子 中国 有限公司． W I C C使用手册．S I E M E N S公 司。 2 0 0 2 【 3 】 西门子 中国 有限公司． S T E P 7一S y s t e m a n d S t a n d a r d F u n c t i o n s f o r s 7 - 3 0 0 and s 7 - 4 0 0 ． S I E M E N S公司， 2 0 0 4 【 4 】 何文辉、 刘晓辉．一种风机在线监控系统的开发． 风机技 术， 2 0 0 2年第2期 【 5 】 朱浩波． P L C在机电故障诊断中的应用． 哈尔滨理工大学 学报 ， 2 0 0 1 年 8月第 6 卷第4期 收稿 日期 2 0 0 5 1 2 2 8 上接第 1 7页 前， 由西一采区辅助运输大巷掘联巷与集中运输大巷贯通， 形 成进入 1 1 - 2采 区大巷及相关巷道的临时独立通风系统 ， 为 1 1 - 2 集中回风大巷的揭煤作好了系统上的准备。 2 当西部 1 1 - 2集中回风大巷施工到揭穿 1 1 - 2 煤层位 置时， 本头继续向西不停 揭煤时停头 ， 另增加一头施工联 巷并预计于2 0 0 6年 6月初揭 1 1 - 2煤层， 于 2 0 0 6年 8月中旬 揭煤完成并与采区辅助运输大巷贯通。 3 西一采区 1 1 - 2集中皮带机大巷预计于 2 0 0 6年 8月 下旬掘至距 1 1 - 2 煤层 2 0 m时， 停止掘进。 在西部 】 1 2集中回 风大巷揭煤进入 1 1 - 2煤层后，由联巷进入 1 1 - 2采区煤层辅 助运输大巷， 2 0 0 6 年 8 月底 1 1 - 2 采区煤层辅助运输大巷到达 西一采区皮带机大巷贯通位置时掘联巷，利用反揭煤与西一 采区集中皮带机大巷贯通。 4 西一采区 1 1 - 2集中辅助运输大巷预计于 2 0 0 6年 9 月上旬， 到达距 1 1 - 2煤层 2 0 m时， 停止掘进， 等待从 1 1 - 2采 区煤层辅助运输大巷方向反揭煤与之贯通 ； 1 1 - 2 煤层采区辅 助运输大巷反揭煤与西一采区皮带机大巷后 ， 继续向南施工， 预计 2 0 0 6年 9 月上旬到达西一采区 1 1 - 2煤层集中辅助运输 1 9 大巷 上山 位置， 反揭煤与西一采区 l 1 2煤层集中辅助运 输大巷 上山 贯通。此时， 为进一步进入首采面的相关巷道 掘进形成了独立通风系统。 5 效果评价 1 通过以上施工组织方案设计， 利用煤层掘进速度快 的优势， 快速到达各相关贯通位置。 2 利用反揭煤技术减少 2次揭煤 ， 从而减少揭煤对本 巷道施工进度影响和对其它受揭煤影响巷道的施工进度， 从 而缩短矿井建设工期的影响。通过施工方案的优化， 预计可缩 短矿井建设总工期 4 个月左右。 3 利用反揭煤技术， 可进一步优化西一采区的 1 3 1 和 东部采区的施工方案设计， 减少揭煤次数， 达到安全、 快速建 井， 使矿井早 日 投产。 作者 简 介 唐绍峰， 男， 工程师， 1 9 9 1 年毕业于安徽理工大学， 现在淮 沪煤电公 司丁集煤矿项 目 部从事煤矿建设的技术设计和管理 工作 。 收稿 日期 2 0 0 6 - 1 1 3 维普资讯