矿井通风机监控系统的优化设计.pdf

2018 年第 7 期 时 代 农 机 TIMES AGRICULTURAL MACHINERY 第 45 卷第 7 期 Vol.45No.7 2018 年 7 月 Jul.2018 矿井通风机监控系统的优化设计 方玮 （河南理工大学， 河南 焦作454100） 摘要 采用工控 PLC 模式， 可以有效提升系统的可靠性， 与此同时， 通过在线实时监控， 可以保证通风系统 的运行安全性。 借助与中央控制单元之间建立的联系， 可以实时把控计算机网络， 对通风系统长距离的监管实现最 大化， 有效的规避传统模式下的技术缺陷， 也可以显著改善监管范围不足的弊病。以前的控制模式下， 监控系统结 构较为单一， 功能有限， 同时监测出来的部分数据精度不能得到保证， 风机流量数据可信度不高， 同时关键特征参 数的覆盖程度比较低， 与控制单元之间的集成度也不明显。 基于实际功能需求， 此次课题研发的主扇风机自动化监 管体系， 可以显著改善上述弊端， 实现全方位精准实时监管， 研制的样机及其附属控制系统已经在矿井作业中得到 了印证。 关键词 PLC 模式； 矿井通风； 优化 作者简介 方玮 （1988-） ， 女， 新疆哈密人， 大学本科， 助理讲师， 主要 研究方向 机电一体化。 １矿井通风机远程监控系统设计 １.1矿井通风机自动监控系统的功能 煤矿主扇风机是煤矿行业中非常重要的设施设备， 在日常的作业生产中扮演者关键的安全防护角色， 所以 一定要确保主扇风机自动监管体系的可靠性与安全性。 此次设计的主控制单元包含了风机变电站实时监管 系统和特征变量在线监测系统。风机变电站实时监管系 统主要涵盖了十一台专用的高压型式的设备箱，设计安 装有南瑞综保装置的箱子有 9 台， 因此这就有效的保证 相关的数据资料可以安全的传输到对应的控制单元上； 来自风机检测采集到的震动数据、 流量以及外部负载通 过各种类型的传感器实时监测数据， 同时将传感器的采 集到的数据信息反馈至控制单元； 一般情况下通过点温 计实时监测和测量轴承以及电机定子的温度变化并完成 数据采集工作， 之后将所测得的数据传送到相关的控制 单元上。 风机系统工作时采集到的特征数据需反馈至集 中控制中心， 方便后续的实时调整与完善。 此次设计的系统， 其功能涵盖以下几点 （1） 相关风机的特征量可以得到事实的测量获得， 并 且可以保证主单元和辅助单元在同一个时间点对数据进 行实时的测量。 （2） 可以对电机的电流、 电压以及功率等数据参数进 行实时有效的检测。 （3） 可以对电机的震动数据以及风机的轴承温度等 重要数据进行准确有效的检测控制。 （4） 可以对哪一台风机运作及正反转变量等信息进 行实时的把控和掌握。 （5） 可以对风机的外在负压和瞬态流量等气动数据 进行实时有效的检测把控。 （6） 既可以保证定子电流的过载报警控制， 也可以保 证其电压小于 5.1 kV 电压时的声光报警。 （7） 矿区可以利用网络传输将所有监测到的实时数 据进行上传， 并在局域网里进行共享操作。 1.2风机监控系统的技术参数 额定电压为 220 V 工作温度小于 50 益 监测准确性指标 2.5 级流量、 0.5 级压力、 0.25 级电参 数、 1.5 级其他 根据甲方自行设定监控的参数 1.3风机监控系统的组织结构 风机的监控系统的设置为中心监控和分层控制的组 织结构， 而监管体系又可以分为监管控制、 长距离控制以 及中央监管三层。 （员） 监管测量体系。监管测量主要包括通过综保系统 对风机特征量的实时监测和采集， 并利用相关的数据传 感器进行收集分析。 （圆） 中央控制体系。 中央控制单元主要是基于 PLC 系 统进行设计的， 利用西门子 S7-200 达到对风机系统进行 实时监测数据变换的目的， 并且这套系统可以将监测到 的数据进行采集和传输处理， 并利用先进的网络技术与 控制单元进行实时的通讯操作。 （猿） 长距离监控单元。长距离监控单元可以与调度中 心建立安全可靠的联系， 此次长距离监控单元中， 监控 软件采用 Wonderware 公司 Intouch 开发的监控程序， 借 助监控程序实现功能模块间的数据传输与通信联系， 以 此为基础确保风机系统的统一数据监管。在风机系统工 作的时候， 采集记录不同时间段风机的工作状态， 实时监 管风机的可靠性， 还能够通过声光报警预防各种安全隐 患， 还可以根据实时采集的数据生成各种曲线以及报表。 1.4风机监控系统的运作方式 此监控系统包括三种不同的工作模式， 分别称为 “就 地”“远控”“自动 “； 通过电容屏， 用户可以根据具体的使 用需求加以选择不同的工作模式。下面就不同的工作模 246 2018 年第 7 期 时 代 农 机 TIMES AGRICULTURAL MACHINERY 第 45 卷第 7 期 Vol.45No.7 2018 年 7 月 Jul.2018 式分别详细说明。 （1） 就地 就地指的是在现场的电容屏上手动选择， 由于此次系统中， 采用了西门子的 PLC 来建立与触摸屏 的直接通讯， 接口兼容性较好， 同时系统运行状态比较平 稳， 因此这种工作模式是可靠性最高的。 （2） 远控 远控可以从字面上加以理解。指的就是在 集中控制中心通过高低压开关的切换， 借助遥合、 遥分的 模式控制系统的运行， 这种模式下， 通常有个缺点就是会 被所在的通讯状况及软件是否具有比较好的稳定性等因 素制约， 所以这种远控模式的响应时间会受到周围环境 因素的制约和干扰上， 鉴于此次系统中软件稳定性较好， 且信息传输的介质为高速光缆， 因此还是可以确保风机 常态化的使用与工作， 同时鉴于远程控制的特点， 此次系 统的便捷性也能够体现出来。 （3） 自动监管 自动监管属于远程控制的模式之一， 不需要人为介入， 如果风机在使用过程中出现了异常， 会 自动启动另一台冗余设计的风机， 同时根据环境因素和 实际需要自行调整风量， 不会由于单台风机失常而制约 干扰正常生产。 此次设计的监管系统， 位于集控室内， 在风机控制前 端上有个自动/半自动切换模式按钮， 人工在电容屏上选 择了远控模式时， 此模式按钮才会生效， 当模式达到自动 开关时， 风机就会根据电脑指示进入自动工作模式， 这个 时候控制中心以及现场的操作触屏开关都会失效不起作 用， 风机的特征量等数据只能通过远程操作来实现； 当选 择半自动模式开关时， 风机随即进入半自动工作状态， 此 时， 控制中心的利用数据终端达到远程控制的目的； 当切 换成就地模式时只能通过现场操作进行人工操作了。 2矿井通风机自动监控系统硬件设计 2.1系统的组成和特点 本次的监控系统主要以工业 PLC 控制为关键的技术 核心进行设计的， 它主要包括了传感器， 信号采集设备， 通讯设备及上位机等。 涵盖的技术优势包括下列几点 （1） 利用先进的计算机网络技术实现多功能化和智 能化， 操作系统界面的简单直接， 通俗易懂， 可以实时的 反映风机的运作情况。 （2） 模块化设计理念， 相对独立却又彼此联系， 冗余 设计安全可靠， 功能扩展可延伸。 （3） 可靠性高， 抗干扰能力强， 数据采集精准 （4） 流量监测模式独特， 监测的实时性突出显著， 采 集数据的精度高。 （5） 传感器布设合理， 可靠性高， 采集数据精度高。 （6） 软件设计安全高效。 （7） 界面友好， 操作便捷， 维护方便。 2.2风机参数的监测 此次设计的监控系统核心是工业控制 PLC， 再辅以外 围设备， 借助先进的多功能程序控制， 实现特征量数据的采 集、 传输、 处理等， 在终端设备上生成各种图表与曲线。 2.3风机特征量的监测 风机的特征量包括很多参数， 例如轴功率、 瞬态效率 及实时转速等。同样与之配套的电机的特征量也包括很 多参数， 例如电流、 电压及功率等。相关的计算方法包括 QAV PP2Pd2-PI-PdI PjP-Pd2 NNd浊d浊c 浊越妆Q/N 浊J越妆JQ/N 式中 Q流量； A流量测量截面积； V流量测量 截面积的平均流速； 妆风机全压； P2风机出口静压； Pd2风机出口动压； PI风机入口静压； PdI风机入口动 压； Pj风机静压； N风机轴功率； Nd电机有功功率； 浊d电机效率、 由损耗分析法求得。浊c传动效率； 浊风 机全压效率； 浊J风机静压效率。 2.3风机监控系统所需监控的输入输出量 在这套风机监控系统中， 必须要注意的是实时监测 风机前后轴承的温度， 电机的振动数据以及定子的温度 变化等重要数据。 对重要数据进行实时的精准监测进而 实时把控风机的工作状态， 这样做的目的不仅可以实现 风机的高效率运行， 同时对异常噪声和报警进行准确有 效的判断和评估。下面是风机监控系统的输入输出参数。 在上述参数变量表中， 开关柜的电气参数是借助单 个 CP340 以及南瑞综保进行串行通讯获取的每一个高压 柜的电流、 电压、 功率数据以及高压柜的断路器状态等实 时信息。 3结论 在使用可靠性比较高的工业 PLC 和计算机网络技术 共同开发的风机监控系统， 利用控制中心和计算机实现 实时联网和数据传输工作， 并实现了实时的远程监控和 控制的功能， 有效的解决了传统系统设计简单， 参数监测 不准确， 监测内容不全面等方面的缺点， 根据现场情况的 勘测和实际要求， 文章设计的这套风机自动监控系统可 以实现监测数据准确， 监测精度高。监测内容全面， 可以 与控制中心实现互通互联， 对现在的矿井生产效率起到 了大大的促进作用。 参 考 文 献 ［1］ 殷洪义援可编程控制器选择、 设计与维护 ［M］ 援北京 机械工业出版 社， 2002 ［2］ 周九宁援可编程控制器在矿山设备中的应用 ［J］ 援采矿技术， 2004， 4 （1） 45-46. ［3］ 彭桂力， 刘知贵援集中供热锅炉控制系统的 PLC 控制 ［J］ 援电力自动 化设备， 2006，（9） 75， 77. 247