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2016年 第 1 2 期2016年 第 1 2 期 中州煤炭中州煤炭 总 第 252期总 第 252期 基于远程监控的压风机自动运行系统研究 王 勇 河 南 能 源 化 工 集 团 永 煤 公 司 新 桥 煤 矿 ， 河 南 永 城476600 摘要摘要为了提高压风机的运行管理水平， 通过对压风机自动控制功能的分析， 提出一种现场用PL C控 制、 基于MODBUS通信协议的煤矿压风机自动监控系统的设计方案。应用表明， 该系统能够实现压 风机的自动运行、 远程监控和远程诊断， 能够实现无人值守， 确保了压风机系统的安全高效运行。 关键词 压关键词 压风机； 自动监控系统；PLC;远程诊断； 无人值守 中 图 分 类 号 TD63.5 文 献 标 志 码 A 文 章 编 号1003 -05062016 12 -0087 -04 Research on automatically running system of air compressor based on remote monitoring Wang Yong Xinqiao Coal Mine ,Yongcheng Coal Company ,HNEC ,Yongcheng 476600 , China AbstractTo improve operation and management capability of the air compressor, through analysing the automatic control function of air compressor design program of air compressor automatic monitoring system, which controlled by PLC in field, was proposed based on MODBUS communication protocol. Practical application shows that, the system can automatically run the air compressor, and also can realize remote monitoring, remote diagnostics, and unmanned on duty, all this have ensured the safety running of air compressor systems efficiently. Keywordsair compressor；automatic surveillance system；PLC ；remote diagnosis；unmanned on duty 〇引言〇引言 煤矿很多关键性动力设备和场所都需要压缩空 气来进行工作， 空气压缩机的运行管理显得尤其重 要， 它的安全可靠运行直接关系到煤矿的生产安全 和经济效益。目前， 新桥煤矿4 台螺杆式空气压缩 机只具有现场启停的控制功能， 而且各个设备均是 单独操作， 不能远程集中控制， 每班需要设置固定岗 位工， 人力资源投人较多； 缺少对温度、 压力等参数 的监测， 无法提前发现系统故障， 可能导致火灾的发 生； 缺少对压风机运行工况的分析掌握， 不利于压风 机的运行维护， 可能为系统运行带来安全隐患。 目前国内外主要通过PLC技术、 工业网络技术 实现双层网络的压风机集中控制系统， 实现参数的 采集监测、 远程集中控制， 但井下用风量根据生产情 况会有较大变化， 集控中心操作人员需要及时掌握 用风量和频繁开停压风机， 给实际工作带来很大难 度。 针对该情况， 笔者设计一种在压风机远程监控 的基础上能够自动运行的系统， 可以解决上述难题， 实现了减人增效的目标， 提高了系统运行水平。 1 系统硬件设计1 系统硬件设计 系统硬件结构主要分为现场采集层、 数据传输 层、 监控管理层。在此架构基础上通过现场PLC控 制柜安装触摸屏， 实现人机交互， 从而实现现场监控 功能。阿 特 拉 斯 压 风 机 通 过SMARTLINK实现 GPRS无线数据传输， 实现压风机运行的远程诊断， 提高系统运行可靠性。 11现场采集层11现场采集层 在压风机电机上安装振动传感器、 温度传感器， 收稿日期 2016 - 07 - 23;责任编辑 刘欢欢 D O I10.19389/j. cnki. 1003 -0506.2016.12.021 作者筒介 王 勇 （19S0 ） ， 男 ， 山东莱芜人， 工程师，2004年毕业于安徵理工大学， 现从事煤矿机电管理工作。 引用格式 王勇.基于远程监控的压风机自动运行系统研究[ J ] .中州煤 炭 ，201612 S7-90. Wang Yong. Research on automatically running system of air compressor based on remote monitoring[ J] . Zhongzhou Coal,2016 12 87-90. 87 87 2016年 輩 1 2 期2016年 輩 1 2 期 中州煤炭中州煤炭 总 第 252期总 第 252期 在储气罐安装温度传感器、 压力传感器， 对其每台压 风机排气管路进行改造， 加裝电动球阀及流量传感 器,实现管路的电动开关及流量的测量s 压风机本 体为智能型压风机， 其控制与运行参数的测量通过 通信的方式完成， 供电部分高K柜通过南瑞智能型 综合保护器RS485通信实现电力参数采集[ 1 ] PLC 的开关量.1/0模块用宁检测配电柜控制模式、 进线 柜分合闸状态、 电机启动器分合闸状态等* ■模拟量 输人模块用于检测压风机系统温度力、 振动等参 数， 模拟* 输出模块给电动球阀输出信号控制其开 闭„ CPU _ 号为315-2DP,通过自带的DP接灯可扩 展外部输人部输人输出接口数量3由于该系统需要统需要采集的 模拟量数据比较多， 所以选择在控制柜内安装1 台 数据采集分站， 用于采集传输模拟量售号[]。 1 . 2 数据传输层1 . 2 数据传输层 系统采用MODBUS协议以及工*以太网实现 数据采集和信息传输„ 所有的监测控制通过PLC 控制柜完成， 并通过放置在压风机房内的环网节点 交换机接人I业以太环网， 在机房安装服务器s在集 控中心安装客户端， 实现压凤机的远程监控系统 的硬件结构如圈1 所 示 _ _ 。 MODBUS总线总线 D-\/\ / EX8EX8 EX8 123 1号电源号电源 进线柜进线柜 1号电机号电机2号电机号电机 启动柜启动柜启动柜启动柜 母线母线 联络柜联络柜 V\ EX8 4 EX8 5 EX8 6 3号电机号电机 启动柜启动柜 4号电机号电机 启动柜启动柜 2号电源号电源 进线柜进线柜 触摸屏触摸屏 CPU315-2DP SM223 3块）块） SM331SM332 CP-343-1 | MPI | | DP | 光纤传输光纤传输 调度室调度室 PROF1BUS 总线总线工业以太网交换机工业以太网交换机 * 1上位机* 1上位机I----丨 打 印 机 丨----丨 打 印 机 丨 CC-PB-1.2IO-A18IO-A18IO-RTD6 420 mA 压力压力 Fig.l 420 mA 振动振动 020 mm/s _ u m _ PT100 数据数据 采集采集 分站分站 I 1号一4号压风机1号一4号压风机 图1压风机监控系统的硬件结构 Hardware structure of fan pressure monitoring system 1 3 监控管理层1 3 监控管理层 PLC控制柜门板装有触摸有触摸、屏 ，.方便用户观察压 风机运行参数和现场操作等。控制柜通过以太网通 信模块与调度集控中心的上位机进行通信， 通过压 风机房工业以太环网节点交换机，， 实现压风机房控 制柜与上位机服务器的通信， 实现远程监控功能。 同时压风机通过SMARTLINK实现数据的无线传 输， 便f阿特拉斯S程师对系统运行的远程诊 断[3]， 在上位机实现参数监测、 自动开停的基础上， 专业的远程诊断功能为系统可靠运行提供了技术保 障， 减轻了捧作人员和管理人员的技术压力。 2系统软件设计2系统软件设计 2 . 1 模拟量的处理2 . 1 模拟量的处理 模拟潘信号包括压风机风包温度、 压力、 电机振 动及温度等， 除温度信号外， 其他均为4 2〇 mA信 号。对于模拟量的处理. 生要是线性标度变换， 把模 拟量转换成数字量后， 经过数字滤波的整数值还原 为原来物理董的实际土;程值掌握模拟量信号的数 值范围， 通过在PLC中1 写人并调用具有线性标度变 换的_ 程序， 轻松完成模拟量的信息釆集[ 4 ] 2 . 2 电参数采集2 . 2 电参数采集 S7-300 P_LC和高i雇柜通过MODBUS协议通信\, 其方式为将S7-200作 为37-300和MODBUS设备进 行数据交换的桥梁， 由 宁S7 _ 2〇0的CPU上|的通信 端口不带隔离， 所以使用CPU224采 集MODBUS数 据， 并增加EM277模块扩展出一个M PI接口， 用于 和 CPXJ.315-2DP 通信心]图 2。 88 2016年 第 1 2 期 王勇 基于远程监控的压风机自动运行系统研究 总 第 252期2016年 第 1 2 期 王勇 基于远程监控的压风机自动运行系统研究 总 第 252期 MPI总线 图2电参数采集系统结构 Fig. 2 Configuration diagram of electrical parameters acquisition system 2 . 3 通信质量监控2 . 3 通信质量监控 S7-300 PLC逋过廳取S-200的时钟参数， 定期 比较是否变化， 用来判断MPI通信是否正常监控 顧服务器同样能监测S7-300 PLC的时钟参数， 用来 判断监控管理層服务器和S7-3〇 0 PLC通信是否疋 常。同理， 在上位机服务器软件的时钟参数， 发送到 S7-300 PLC，PLC由此判断出自身和上位机服务器 的通債质量， 以此确保所有通信质量冒靠。 2 . 4 自动控制功能的实现2 . 4 自动控制功能的实现 要实现压风机及气路系统自动联动控制， 需按 程序执行启动/停止压风机操作， 提禽操作的准确性 和安全性系统可以完成对压力（ 包括压风机排气 压力、 润滑油压力、 总供风管路压力） 、 温度（ 排气温 度〉 、 电择机总运转时间及电气参数（ 包括电流s电 压等） 的连续在线检测功能。参数设定能调整设备 运行及倒换时间、 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， 系 统有通信接t l， 能将所有运转状态及故障信号传垄 上位机6 机组可根据系统中的耗气量， 通过装璧自 动加开及停止压风机运行、 调节供气量 控制系统具备点动控制、 集中控制、 自动控制3 种控制方式„ 运行中的压风机不论在何种控制方式 下， 当风压高于卸载压力设定值时,压风机将执行自 动卸载操作； 运行中的压风机卸载后， 风压会降低， 当风压低予加载压力设.定值时， 运行中的压风机将 执行自动加载操作 2 . 5 超限报警和故障记录2 . 5 超限报警和故障记录 系统管理员通过触摸屏或服务器登陆账户， 将 模拟量限值写入PLC, ,S模拟量超过或低乎设定限 值时， 系统发出报警 ，工作人员能第一时间发现并解 除 故 障 在 故 障 发 生 的 上 升 沿 ， 存 储PLC时钟数 据， 在现场PLC和集控中心服务器通信中断的情况 下 ,一且通信恢复正常,故障信息将会立刻传送到上 位机[ 1 2 ]位机[ 1 2 ] 压风机地面控制系统基宁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， 并蜜成运转报表， 报表可以被自由 S询和打印输出。通过授权， 操作人员可以对压风 机发出命令， 控制压风机的启、 、 停 3 系统运行管理3 系统运行管理 3 . 1 压风机全自动运行3 . 1 压风机全自动运行 讀风压低于风压设定下限值， 将启动1 台压风 机r保持1 台压风机运行； 此时风包压力如果低于设 定的“ 压力下限值” ， 达到设定等待时间后， 将启动 另 1 台压风机， 保持2 台压风机运行风包压力如果 还低宁设定的“ 压力T限值” ， 达到设定等待时间 后， 将再启动另1 合压风机， 保 持 3 台压风机运行P .当风压达到压力中间值后， 系统将停止1 台压风机， 保证2 台压风机运行;压力达到设定上限值后系统 将停止所有压风机； 碧,压风机运行时间达到设定的 “ 压风机倒换时间” 时， 将停止对应的压风机„ 同时 为了防止压风机频繁启动， 压风机在停机10 内 不再开机[13_ 3 . 2 压风机远程诊断系统3 . 2 压风机远程诊断系统 压风机厂家为阿特拉斯， 为保障无人值守运行 的贯靠性全部安装了最新的SMARTLINK远程诊 断系统， 每台机器配备一台SMARTB0X,内装有SIM 卡， 内鸳软件可6动更新， 采 用GPRS的2G无线方 式传输数据[ 1 4 〜 ， 厂家工程师可远程浏览所有实时 运行数据,并定期发送服务报告， 极大地提高了系统 运行可靠性。 3 . 3 压风机运行效果分析3 . 3 压风机运行效果分析 压风机全自动运行方式下， 压风机房不再设置再设置 固定岗位定岗位I， 、 由集控中心值班人员负责压风机系统 运行参数的监测， 由每班地面值班电负责到压风 89 89 2016年 第 1 2 期2016年 第 1 2 期 中州煤炭中州煤炭 总 第 252期总 第 252期 机房巡检， 减少固定岗位工3 人。实现运行参数的 实时监测， 运行后及时发现一次压风机电机前轴超 温， 避免了电机烧毁或油路漏油导致火灾等严重后 果。基于SMARTLINK的远程诊断系统， 实现了厂 家工程师系统分析压风机运行工况， 减轻了矿方技 术人员压力， 自系统运行以来， 按照厂家工程师的建 议维护方案进行保养， 没有出现过运行故障， 压风机 自动运行系统整体安全可靠。 4结语4结语 基于S7-300 PLC和远程诊断功能的压风机自 动控制系统， 采用了先进的计算机技术、 现场总线技 术、 工业以太网以及无线传输技术， 系统能够实现压 风机运行的无人值守， 提高了系统的自动化程度和 运行可靠性。 参考文献（参考文献（References [ 1 ] 徐鹏鹏.基 于S7_3〇0 /2〇0 PLC和Modbus协议的电力参数采集 系统[J ].工矿自动化，201112 104-107. 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