矿井主扇风机自动化与信息化改造(1).pdf

2 0 1 0 年第2 l 期 S C I E N C E＆T E C H N O L O G YI N F O R M A T I O N 0机械与电子0 科技信息 矿井主扇风机 自动化与信息化改造 单 锦江 开滦精煤股份范各庄矿业分公司 河北 唐山0 6 3 1 0 9 【 摘要】 本文主要介绍 了矿井主扇风机的 自动化与信息化改造技术 ， 详细论述 了其硬件构成 以及控制 系统， 在计算机控 制下完成无人值 班 。 实现远 程监控和故障诊断。 【 关键词] P L C； 扇风机 ； 自动化 ； 信息化 【 Ab s t r a c t ] T h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e m a i n m i n e f a n o f a u t o m a t i o n a n d i n f o r ma t i o n t e c h n o l o g y ，d i s c u s s e d i n d e t a i l t h e h a r d w a r e and c o n t r o l s y s t e m，u n d e r t h e c o n t r o l o f血e c o mp u t e r t o c o mp l e t e u n a t t e n d e d ， r e mo t e mo n i t o r i n g a n d f a u l t di a g n o s i s ． 【 Ke y wo r d s 】 P L C f an A u t o ma t e d ； I nfo rma t i o n 0 概 述 矿井主通风机 自动控制 系统 的设计是根据矿井通 风机运行规程 和有关规定 ， 考虑风机装 置的不 间断运行特性 ， 一般设 置两 台互为备 用的风机 ， 一组工作 、 一组备用 。 由于风机设备的运行与管理 以及风机 参数的观察 ， 传统做法是采用人工操作方式。 该方式操作过程繁琐 、 劳 动强度大 、 自动化程度低 、 不适应现代化矿井管理 ， 为 了提高效率及保 护设备 ， 本系统对风机的各种运行 、 工艺参数进行了在线监控 ； 同时为 了能够做到远程无人值 守控制及远程故障诊断的需要 ， 组建了企业级 的以太 网络系统。 为 了远程监视和控制风机 的运行状况 ， 搭 建工业以太网平台来完 成其监控 ；进而把风机 的运行状态参数及故 障信息发布 到 I n t r ane t 甚 至 I n t e r n e t 网上 ，这样多位专家和技术人员可以在异地同时对风机的 运行状态进行分析． 提高办事效率 。 1 总体设计 方案 1 ． 1 设计与系统配套的保护监测系统 ．实现风机运行工况 的实时就 地 、 远程监控 1 ． 2 系统控制模式为 手动、 自动 P L C网络控制 上位机 网络 监控。 2系统 运行方式 2 ． 1自动方式 在此种方式 下， 不需要人 的参 与 ， 完全 由现场 的 P L C进行智能检 测控制 ； 若运行时 出现问题 ， 风 机即能 自动的调节风量 切换到另一 台 风机； 并提示相关的工作 人员进行现场维护。 2 ．2 远控方式 即在 中央集控室的上位机上进行控制 ， 此时 ， 自动方式失效 ， 只能 由集 控室的工作人员 进行相应的控制 ； 此 种方式时 ， 工 作人员必须按 照正确 的操作规程进行控制 ，在上位机 软件上进行 了相 关的控制闭 锁， 若操作出错时 ， 会进行相应的警告或提示 。 2 ． 3 手动方式 在此种运行方式下 ．所有控制均在现场的触 摸屏 上进 行控制 ， 控 制 的优先级最高 ， 但 是在此种方式下进行操作 时 ， 因为触摸屏 是直接 改写 P L C的内部寄存器，所 以强烈建议操 作人 员要严格执照 操作规 程来进行操作。 3控 制 系统 功 能 3 ． 1 本系统利用八支均速管流量计来监测流量 ， 结合高精度 的差压 、 负压传感器 ，依靠 P L C高速 的数据处理 能力 ，实现风量 的准确计 算 ； 3 ． 2 具备就地手动／ 远方手动伯 动等运行方式 ， 控制方便 、 灵活 ； 3 ． 3 实现风机 的无人值 守控 制及运行参数 风量 、 负压 、 电流、 电压 、 振动、 温度 等 的远程在线监测 ； 3 ．4 实现风机运行 的分级控 制 ，解决 风机 系统 远程控 制与就地控制 的冲突问题 3 ． 5 实现风机运行状态下的风门远程 调节功 能； 3 ． 6 实现风机运行过程中的风门开启 、关闭与风机运行 的逻辑 闭锁 功能 ， 防止各种误操作的发生 ； 3 ．7具备开放 的以太 网通讯接 口， 可方便实现矿上其它系统的接人 ； 94 3 ．8采用高可靠性的上位机组态软件和抗干扰性强的工控机系统及 不间断 电源系统 ， 实现风机的远程故障诊断功能 3 ． 9 实现风机运行 中的数据记录、 故 障报警及报表打印功能。 4软件编制的设计 在风 机无 人值守 自动 化系统中 ， 软件分 三部分 ， 即 P L C软件 、 上 位机软件和触摸屏软件。 4 ． 1 P L C程序 设计 考虑到矿井主风机运行 工况的特殊性 是不 间断运行系统 ， 程序 的设计按控制方式的不 同分三个部分 自动 ， 手动 。 远控 。此处还有 自 诊断技术等。 4 ． 1 ． 1 自动方式 在此种方式下 ， 不需要人 的参 与， 完全 由现场的 P L C进行智能检 测控制 ； 若运行时 出现问题 ， 风机 即能 自动的调节风量 切换 到另一台 风机 ； 并提示相关 的工作人员进行现场维护。 4 ． 1 ．2远控方式 即在中央集 控室 的上位机上进行控制 ， 此时 ， 自动方式失效 ， 只能 由集控室 的工作人员进行 相应的控制 ； 此种 方式时 ， 工作人员必须按 照正确的操作规 程进 行控制 ，在上位机 软件上进行 了相关 的控 制闭 锁 ， 若 操作 出错时 ， 会进行相应的警告或提示 。 4 ． 1 ．3 手 动方式 在此种运行方式下 ，所有控制均在现场 的触摸屏上进行控制 ， 控 制的优先级最高 ， 但是在此 种方式下进行操作 时 ， 因为触摸屏是直接 改写 P L C的内部寄存器 。所 以强烈建议操作人 员要严格执照操作规 程来进行操作 。 4 ． 1 ． 4自诊断技术 在程序 中进行了设备 的 自诊断 ， 在起动设备前 ， 依 靠高可靠 的检 测装置 ， 可以在程序 中对设备运 行条件进行检测 ， 若某 一运行条件不 满 足， 就给 出相应的运行警告， 提示工作人员迅速检查设备 。 并进行相 应 的操作 ， 沿路进行工况的需求 。 4 ． 2 上位机软件编制 上位机软件采用世界先进 的 I N T O U C H组态软件进行界 面组 态 ， 界面的可读性强 ， 性能稳定 ， 功能强大 ， 有很大的后备扩展空间 。 上位机软件还进行 了权 限设置 ， 只有相应的工作人员才有权限进 行操作。 当越限操作时， 软件会进行相应的提示 ， 但所有 的设备并不接 受其操作指令 ， 保护 了设备 的安全可靠运行。 在上位机软件组态中 ， 建 立 了故障数据库 ， 并 集成报表打 印功能 ， 实时的记录运行过程 的各种 开关动作信号和报 警信息 。 4 ． 3 触摸屏软件 的编制 触摸屏作为现场最高优先级的控制工具 ，在对其 软件 的组态时 ， 充分考虑了其相关 的安全 问题 ，考虑到现场 工作人 员的方便操作 ， 组 态界面对现场设备进行 了很好的模拟 ， 使得 工作人员 可以一 目了然 的 看懂其操作 ， 同时， 为 了防止越限操作 的发生 ， 对 各个操作按钮进行 了 权 限处理 ． 只有相应的工作人员才有权 限进行相应级别 的操作 。同时 触摸屏还集成 了故障报警功能 ， 实时显示 系统运行 中出现 的各类报警 信息。 4 ．4紧急状态 的处理 此处所指 的紧急状态是指可能影 响到风机正常运转 、 并有可能导 致风机停机 的状态 ， 至于普通的警 告信息 ， 在风机的运 下转第 6 0页 2 0 1 0年第 2 1 期 S C I E N C E＆T E C H N OL OG Y I N F OR MA T I ON o科教前沿。 科技信 息 大进丙烷蒸发器丙烷 的过冷度 ， 是直接提高制冷效率 的另一个重要 因 素 ， 故结合制冷压缩机实 际运行情况对参数进行 优化 ， 充分挖掘现有 设备潜能 ， 以达到上述 目的 。 1 从 安全角度 出发进行研究 经过对制冷压缩机的润滑油分离器 、 经济器 、 润滑油分离器 的结 构 、 材质和出厂安全 阀起跳压力进行分析研究 ， 制冷压缩机的排 出压 力提高到 1 6 B a r 时 ， 不会对制冷压缩机构成安全隐患。同时丙烷储罐 安全阀起跳压力设定值为 1 ．8 MP a 既 1 8 B a r ， 说明压力提升 到 1 6 B a r 不 会对系统造成危害 ， 因此该设备在安全方面首先为制冷压缩机提升排 出压力提供 了可能。 ． 2 从技术工艺方面进行研究 由于 R WB 一Ⅱ一 6 0 一 E型制冷压缩机属于无泵润滑型机组 ， 排 出压 力提高以后对温度 、 压力检测仪器仪表检测量程 ， 和检测 的准确度不 会产 生影响 。关键是润滑油压力对制冷压缩机螺杆 的密封性能影响、 对螺杆密封线的磨损是否会加大 ， 压力能否满足能量 和容积 比调节的 需要必须做进一步研究 。 在无润滑油泵 的条件下润滑油压头 由排 出压力提供 ， 通常情况下 润滑油压力较排 出压力低 0 ． 1 5 B a r ， 因此为 了确保排出压力提升 以后 ． 能够确保使制冷压缩机螺杆的密封性能不受影响 、 对螺杆密封线 的磨 损不会会加 大， 压力能够满足能量和容积 比调节的需要 ． 将制冷压缩 机的预润滑油泵作为参数调整后 的全程润滑油泵 ， 对压缩 机进行强制 润滑 ， 经现场实验 ， 在开启预润滑油泵 以后 ， 润滑油压力较排 出压力高 0 ． 1 3 B a r 。所以如果使用 预润滑油泵又为提升排出压力在技术工艺方 面做出了保 障。在排除了所有影 响设备安全与正常运行 因素之后 ， 然 后进行对提升参数的确定。 3 优化参数 的确定 为了确保安全的前提下 为了取得最佳制冷效果 ， 分别在不 同的参 数下取资料如 表 5 表 5 不 同的参数下记录表 排 出压力 B a r 1 4 ．0 1 4．5 I 5 ． O 1 5 5 冷凝温度℃ 3 5 3 8 41 4 2 制冷机负荷％ 6 5 8 2 l o o 1 0 0 电机电流 A 1 0 2 l 2 5 l 3 6 1 5 2 电机功率 k W 5 7 1 6 9 ． 9 7 6 1 8 5 ． 1 人 口温度℃ 一1 4 ． 5 一l 6 ．7 2 5 ．6 2 6 3 其 中功率因素均取 C O S 0 ．8 5 ， 通过上述 资料可 以说 明 ． 在控制 压力 提高 以后 ， 制冷压缩机载荷 提高 ， 当载荷超过 9 0 ％以后 、 既排 出压 力控 制在 1 4 ． 5 ～ 1 5 ． 5 B a r 之间时经济器 自动投用 ，此时性能 比最佳 ． 入 口温度达到并高于设计要求 。由于排出压力控制在 1 5 ． 5 B a r 与 1 5 ． 0相 比较 制冷温度下 降幅度不大 ， 而电机功率过大 ， 长期 运转 有可能烧毁 电机 ， 因此为了确保设 备运转安全和经济效益化 ， 在每年的 5 1 0月份 将制冷压缩机控制压力设定在 1 5 ． O B a r ，预润滑油泵作为全程润滑油 泵 ， 同时提高相对应 的安全保护设定 值 。 在其它时 间仍然 停止运转预 润滑油泵 ， 控制压力任 然设定在 1 3 ． 8 8 B a r 。 4 改造后装置运行效果分析 4 ． 1 制冷压缩机 的有效输 出功率 经计 算 改造后 制冷 压缩 机 的有效 输 出 功率从 5 7 ． 9 ％增 加到 为 9 7 ． 1 ％ 。 4 ． 2 改造 前后装置关键参数对此如下 表 6改造前后关键 参数对 比 原料气出 蒸发器冷 节流后温 原料气处理 参数名称 负荷 产量 冷箱温度 凝温度 度 量 改造前 3 6 ℃ 一 1 3 q C 一 2 3 ．6 ℃ 3 ．5 x l o 4 5 9 ．7 ％ l 2 ．4 改造后 2 7 ℃ 一 1 9 ℃ 一 3 0 ．8 ℃ 3 ． 5 x1 0 l o o ％ 1 5 ．8 设计值 3 0 ℃ 一 2 O ℃ 一 2 8 ．6 o C 2 ． 5 xl 0 4 7 9 ．8 ％ 1 3 经过改造前后 参数对 比， 可以看出改造后 的效 果 比较显著 ， 制冷 压缩机运行参数基本上达到了设计要求 ， 部分参数优 于设计值 。 量 明显增加 ， 每天平均增产 3 ． 4 t ， 计算 全年 的效益还是相当可观的。 【 参考文献】 [ 1 ] 解焕 民席4 冷技术基础 [ M] ． 机械工业出版社 ， 1 9 9 9 ． [ 2 ] 厉玉 鸣． 化工仪表及 自动化． 修定版 [ M] ． 化学工业 出版社 ， 2 0 0 1 作者简介 杜进宏 1 9 7 4 ． 1 1 一 ， 男 ， 甘 肃靖远人 ， 1 9 9 6年毕业于甘 肃I业大 学精细化I 专业， 毕业后在 中国石油吐哈 油田分公司主要从 事油气集输 、 轻烃 回收工作 ， 现任轻烃工 区主任 ， I程 师。 上接第 9 4页 l 行规范中会进行详细的说明 ， 在此不再赘述 。 在 自动方式时 ， 若程序检测到风 机停 止运行 ， 或 电压 电流等出现 过大的波动 ， 则 自动切换到另一 台风 机并 发 出紧急报警信 号 ， 提示维 护人员进行紧急维护 ， 同时 ， 在 上位机和触摸屏 的组态 界面上会给 出 相应 的故障信息。 手动或远 控方 式时 ， 风机不能 自动停 机或切换风机 ， 只给出相应 的紧急报警信息 ， 提示 维护人员进行紧急维护。 此外 ， 若风机 的三种操作方式 同时失效 的情况下 ， 还有一 种预备 方案， 那就是进行现场 高压柜 的手动控制。 此情况 只是一种预设 ， 出现 的几 率几乎 为零 ， 但是考虑风机运行 时的特殊工况要求 ， 仍然 给出此 种情况下的处理方案 作为可靠性的保证。 此 种情况一般只是进行现场 设备调试时的一种应 紧措施 。进行现场高压 柜的手动控制 时 ， 要严 格 按照操作规程来进行 操作 ， 此时没有任何 的安全闭锁存在 ， 要求操 作 人员要具有较高的素质， 对系统要有较完善的了解。正常运行时若 在 自动方式状态 ． 除 了象停 电这样的非常规故 障外 ， 风机 的自动控制 系 统能够满足各种故 障情况下的不间断通风运行 。 从而达到 自动控制的 目的。 5自动控 制的实现 风机系统 的 自动控制是与风门的 自动控制结合在一起 的， 控制轴 流风机的运行规程及不间断运行的特性 ， 当监测 系统检测到一组风机 的运行参数出现故障时 ， 风机故 障系统进行相应 的报警 提示 ， 并 自动 切换到热备用的另一 台风机 ， 同时完成风 门的 自动 调节过程 ， 并保证 [ 责任编辑 张慧] 风机 的切换过程在 1 O分钟以内完成。 系统采用德国 S I E ME N S的可编程控制器 带触摸屏 作为风机主 控制器 ， 地 面控 制中心采用研华 工业控制计算机作 上位 机 ， 系统具有 现场 可编程、 输入， 输 出点数可扩展 、 显示操作 简便等特点 ， 除能完成 风机就地控制外 ，还 可通过 以太 网接 口与全矿综合 自动化网络连接， 由集 中控制中心监控所有被 控设备 。 6结 论 能够在生产过程 中实时掌握主通风机运行参数和状态 ， 改变了传 统的设备管理方式 ， 提高 了主通 风设 备的 自动化管理水平 ， 有力地保 证 了主通风设备 的经 济、 可靠运行 ， 为设备的管理和维 护提 供了可靠 的依据。利用高可靠性的工控 P L C实现通风机的在线监测及控制 ， 并 通过与中央集控 室的工业控制计算机联网 ， 实现通风机的远程监视和 控制 ， 达到无人值 守的目的。 【 参考文献 】 [ 1 ] 周乃荣． 矿山固定机械设备手册．北京 煤炭工业出版社， 1 9 9 6 ． [ 2 ] 周明天． 汪文勇．T C P I P网络原理与技术．北京 清华大学出版社， 1 9 9 6 ． [ 3 ] 西门子公司．s 7 3 0 0 ．编程序控制器编程手册． 2 0 0 1 ， 1 2 ． 作者简介 单锦江 1 9 8 O 一 ， 男， 河北唐 山人 ， 电气助理工程师。现在 开滦精 煤股份有 限公 司范各庄矿业分公 司。 从事提升机、 通风机技 术工作。 [ 责任编辑 曹明明]