矿山主通风机电控系统智能化改造实践.pdf

第 1期 2 0 1 2年 3月 水 力采煤 与 管道运 输 HYDRAUL I C C OAL MI NI NG P I P E L I NE T RANS P 0RTAT 1 0N No．1 Ma r ． 2 01 2 矿山主通风机电控系统智能化改造实践 武建华张增然 淮 北矿 业 集 团 公 司芦岭 煤矿 安徽 宿州 2 3 4 1 1 3 摘要 介 绍 了矿 山主通风机 智能化 电控 系统 改造 方案 ， 采 用 S 73 0 0 P L C作 为控制 器 ， 分别控 制互为备 用的风机状 态。上位机采 用 MP 3 7 7触摸屏及 WI NC C组 态软件 ， 具有很好 的人机界 面 ， 可 以 实现 对 主 通 风机 的 远 程 监 控 。 关键 词 通风机智能化P L C组 态软件 中图分类号 T D 6 3 5 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 6 0 8 9 8 2 0 l 2 0 1 0 0 5 40 3 1改造的必要性 芦岭煤矿南风 井主通 风机 于 1 9 9 5年 投入 运 行 ， 现场安装 了 K 427 3 NO 2 8 F型离 心式 通风 机两 台 ， 配套 Y R1 2 5 01 0 ／ 1 4 3 0型异步 电动机 ， 功率 1 2 5 0 k W， 定子 电压 6 k V， 电流 1 4 5 A， 转 子 电 压 8 0 1 V， 电流 9 3 5 A， 采 用转 子 回路 串 接频 敏 变 阻器降压启 动方式 。电控系统采 用继 电器 、 接触 器组成的模拟控制系统 ， 就地按钮控制， 致使风 机各辅助 设备 ， 包 括润 滑站 、 立 风 门、 平 风 门 、 反 风 门、 冷却 水 泵 等 的控 制设 备 布置分 散 ， 未 实现 集 中控 制。在 事故 状态 下启动 风机 ， 操作人 员要 往 返于 各个 就地 控 制点 ， 劳 动强 度大 ， 操 作 速度 慢 ， 需要人员多 ， 大大延长了风机启动时间， 不符 合 煤 矿安全规程 第 1 2 1条规定 “ 备用 通风 机 必须能在 1 0 m i n内开动” 的要求； 同时采用继电 器 、 接触 器作 为控 制器 件 ， 可靠 性差 ， 故 障率 高 ， 经常有继 电器烧坏 ， 造成风机停机事故， 且排查 故障用时较长 。必须 用新技术 改造 、 完 善南 风井 主通 风 机 电控 系统 ， 保证 矿井 通风 安 全 ， 适应 现 代化矿井信息化、 智能化发展要求。 2 系统组成 基于 s 73 0 0 P L C的矿 山主通 风机智 能化 电 控 系统具有实现 主通风机 的 自动启 动 、 停 止及 在 线 监 测 和 保 护 功 能 ， 采 用 主 控 P L C和 西 门 子 集 、 射频调制等功能， 它与图像终端一样 ， 借助已 经覆 盖 的 C D MA无 线 网络 ， 首 先 将数 据 信 号采 集 ， 变换调制到 4 5 0 MH z 的射频信号 ， 然后将该 信号传送到地面的数据采集单元。 6 主要 功能 ①可实现全矿井流动人员的移动通信功能， 移 动范围包括地面及煤矿井下 。 ②数据／ 图像传输。实时采集井下各仪器显 示 数据 ， 并对井下情况进行实时监控 。 ③可提供丰富多彩的业务和应用 ， 不仅可提 供包括语音、 短消息、 分组无线上网、 传真在内的 基本业务， 还可提供集群调度功能。 ④基于 I P架构， 可实现与有线网络的无缝连 接 ， 充分 利用原有的网络 资源 ， 提供 全方位 、 不 间 断的优质服务 。 7 结束语 基于 C D MA技术 的矿 井无 线 通 讯 系统 具 有 5 4 方式 多 、 通话容量大 、 通信 质量 高的特点 ， 可 以无 线传输数 据及 图像 等 其他 无 线通 信 系 统无 法 比 拟 的优点 。该 系统 实 现 了矿井 上 下 移 动终 端 之 间 、 移动终端 与矿调 度 电话 系统及 矿地 面 电话 系 统 之 间 、 移动 终端 与外 线之 间相 互通 信 ， 对 于 煤 矿 通讯系统 联络 和建 设 新 型现 代化 矿 井有 着 重 大意义 。 参考文献 [ 1 ] 杨 大成． C D MA2 0 0 0 1 X移动 通 讯 系统 [ M] ． 北 京． 机 械 工 业 出 版 社 ． 20 03 [ 2 ] 严晓华， 现代通信技术基础[ M] ， 北京， 清华大学 出版社， 20 0 6 作者简介 苗凤 亮 1 9 8 3一 ， 男 ， 河 北唐 山人 ， 助 理 工 程 师 ， 2 0 0 7年 毕 业 于河北 大 学， 光信 息科 学与技 术 专业 ， 现 在 开滦钱 家营 矿 业公 司信 息科 工作 。 收稿 日期 2 0 1 11 01 2 2 0 1 2年 3月 武建 华等 矿 山主 通风 机 电控 系统 智 能化 改造 实践 第 1 期 MP 3 7 7触摸 屏组成 监控 模 式 ， 由主控 台、 UP S 、 辅 助设 备控 制 分站 以及压 力 、 温度 传感 器 等组 成 。 图 1为该 系统 的网络结构框 图。 图 1 网络 结 构框 图 如图 1所示 ， 由 S 73 0 0 P L C作为控 制器 ， 分 别控制两套互为备用的主通风机。控制系统通 过 P R O F I B U S总线 实 现 与 高 压 开关 柜综 保 的通 讯 ； 通过 工 业交 换 机构 成 工业 以太 局 域 网 ， 将 数 据上传 至矿调度 网实现 主通 风机 的远程 监控 ， 为 实现远 程监控和减人提 效提供 了保证 。 2 ． 1 主控 台 2 ． 1 ． 1 P L C控制器 采用数字量输入模块采集现场的开关量信 息 ， 包括高压开关柜断路器分合闸信号， 频敏变 阻器短 接接触器 闭合 信号 、 润滑 站油泵 电机 运行 信号 、 冷却泵电机运行信号及立风 门、 平风门、 反 风 门的到 位信 号 。开关 量 输 出模 块 负 责控 制 高 压合闸、 风门启／ 闭、 润滑站的启／ 停及冷却水泵 的启／ 停 。立风 门 、 平 风 门、 反风 门的启／ 停 ； 模 拟 量输入模 块负责监测 进风 口风 压 、 润 滑站 出 口油 压等 。实现主通风机 的 主轴承 温度 、 电动机 定子 的三相绕 组温度 、 轴端 轴承 温度信 号 的监测 与保 护 。对 主通风机配套 润滑 站 的油 温 、 油位 、 压力 、 流量信 号进 行监测和保 护。 2 ． 1 ． 2上位机 以西 门子 MP 3 7 7触摸屏作 为核心部件 ， 是系 统 的主控设 备和操作主界 面 ， 实现“ 集 控 ” 状 态时 的设 备 开停 控 制 和运行 显 示 ， 包 括 开机 界 面 、 风 机控 制参 数 设 置界 面 、 系统 监控 总 界面 、 主风 机 监 控界 面 、 稀油 站 、 冷却 泵监控界 面 、高低 压配 电 系统监 控 界面 、高压继 电保 护参 数设 置界 面 、 网 络 通讯状态 图 、 操 作 与报警 信息 历史 记录表 。其 功 能 ①实时显示 、 记 录所有 的监 测数 据 ， 绘制 历 史曲线， 并提供历史数据的查询。②根据监测到 的负压 、 差 压 、 温度 信 号 ， 计算 主 通 风机 的 风量 ， 绘 制 实时 主通 风 机特 性 曲线 、 功率 风量 曲线 、 综 合效率 曲线 ， 并提供 历史 数据查 询功 能 。③ 实时 显 示 系统 的报 警信 息 ， 实 时 报警 打 印 ， 并 提供 报 警历史信息查询功能。④与高压综合保护装置 通信 ， 实现 对 高压 开 关 柜 的遥 测 、 遥 控 、 遥 信 、 一 次 回路及 故 障状 态 监视 、 电能 参数 有 功 、 无 功 、 频率 、 电压 、 电流 、 功率 因数等 的监测 。 2 ． 1 ． 3模拟盘 区 由模拟 图形 和按钮 、 指示 灯组 成 。指 示灯 信 号通过硬接 线直接取 自现场 设备 ， 在受控 设备 处 于 “ 就地 ” 状态 时起作 用 。面板上安装 指示仪 表 ， 其 中高压 电机的 电压 、 电流仪 表信 号直接 取 自高 压柜 的互感 器 。当 P L C故 障时 ， 可保证 控制室 在 设备 ” 就地 ” 开车状 态下具有一定 的监控手段 。 2 ． 2 传感器 传感器 主 要 由气 压 传感 器 、 温 度 传 感 器 、 振 动传感器 、 负压 和差压 变送 器等组 成 。气 压传感 器主要从 主通 风机 的负压环 上引 出压力 ， 用于计 算流量 ， 监测通 风状 况 ， 防止发 生喘振 ； P T 1 0 0温 度传感器主要 用于测量 主通 风机 轴承 温度 、 电动 机轴承温度 以及定 子 温度 ， 设 置报警 极 限和跳 闸 极 限 ， 用 于保 护 主通风 机 及 电动 机 ； 振 动传 感器 用于测量主通 风机主轴 的振 动 ， 以免 其振 动过 大 受损 。 2 ． 3 不 间断电源 UP S 不间断 电源 U P S主要 为主控 台 P L C、 触 摸屏 后 备 电源 ， 防止 由于停 电后 突然 上 电造成 对主通 风机和人身 的伤害 。 2 ． 4现场控 制箱 包 括 2台稀 油 站控 制箱 、 1台立 风 门和平 风 门绞车控制箱 、 2台反风 门绞 车控制箱 、 1台冷却 水 泵控制 箱 。每 台现 场控 制 箱 均采 用 电源 双进 线 。其 中 2台稀 油 站 控制 箱 采用 电源 自动投 切 装 置 ， 当 主 电源失 电 时 ， 在 确认 负荷 无 短路 故 障 的条 件下 ， 备用 电源 自动 投入 ， 并 向外 界发 出切 换 动作信号 。当负荷设 备处 于“ 集控 ” 状态 时 ， 投 切 过渡过程 引起 的供 电瞬 时中断 1 s ， 不会改 变 设备 的运行 状 态 ， 过 渡 过程 结束 后 ， 设 备 自动 按原 始状态运行 ， 不 向外 界发报警信号 。 3控 制功能 的实现 3 ． 1 受控设备 的状态选择 受控设备由硬接线实现 ， 每台参控设备都有 55 2 0 1 2年 3月 水力采煤与管道运输 第 1期 “ 停止 、 就地 、 集控 ” 3种 状态供 选择 ， 由就地控制 箱上的控制状态选择 开关 实现。停 止 设 备停 车 ， 用集 控 系统 或就 地按 钮均 不 能起动 该设 备 ； 就地 设备脱 离集控系统控制 ， 用 就地按钮 或模 拟盘按钮 控制开停车 ； 集控 集控 系统控制 开停 车 ， 就地按钮可 以停车而不能开车 。 3 ． 2 集控状态下 的监控方 式选择 集 控状态 由软件 实现 ， 通过操 作触 摸屏界 面 选择设备监控方式 。 ①“ 程控” 方式 选定程控方式后 包括起动 风机 、 关闭 风机 、 风机 切换 、 反 风切 换 、 备 有 风机 自动投入等 ， 操作人员通过触摸屏上的风机启 动按钮发出风机启动命令 ， 系统按照设定的程序 依次启动相关的设备 ， 自动进行各种判断， 完成 风机 的启动 ， 整个过程无需 人工参与 。 ② “ 手动 ” 方式 由人工通 过触摸屏 界面上 的 设备起停按钮， 操作任一台处于“ 集控” 状态设备 的起停 ， 设备 间的 闭锁 关系仍 然存 在。当系统 中 个别设 备或器件发生故障 ， 导致不能进入 “ 程 控” 方 式时 ， 可以此方式作为辅助操作运行方式 。 ③ “ 检修 ” 方式 由人工通 过触摸屏 界面上 的 设 备起 停按钮 ， 操作任一 台处于 “ 集控 ” 状态设 备 的起停， 设备之间不存在闭锁关系。此方式用于 系统 中单机设备 的检查和检修 。 ④“ 试验” 方式 特指在不起动高压电机的情 况下 ， 试验 风机 系统 各 台设 备 的起停操 作 、 运 行 情况和闭锁关 系。 3 ． 3主控 台模拟 盘操作 操作台模拟盘 由模拟 图形 和按钮 、 指示 灯组 成。当 P L C故 障时， 可保 证控制 室在设备 “ 就 地 ” 开车状态下具有一定 的监控 手段 。 3 ． 4 就地起 、 停 车操作 通过就地控制 箱上 的操作 按钮 ， 实现单 台设 备 的起 停控 制 ， 该 操作 方式 主要 供单 机 调试 、 维 护使用 。在此 工 作 方 式 下 ， 设 备 的操 作 独 立 于 P L C控制。当控制系统发生严重故障， 或单台设 备集控电路故障一 时难 以修 复时 ， 通 过就地控 制 维持生产运行 。 3 ． 5 事故显示功能 当某 台设备发生 故 障停车 时 ， 受其 闭锁 的设 备随之停车 ， 触摸屏界面上对应的故障设备指示 灯快速闪动， 同时弹出设备状态窗 口， 显示出故 障设备名称 、 故 障时 间 、 故 障类 型 ， 帮助维修 人员 判断事故原 因。 4改造效果 ①该智能化电控系统具有运行安全可靠 、 自 动化程度 高 的特 点 ， 并 有 监测 、 超 限控 制 、 报 警 、 打印等 功 能 ， 既提 高 了系统 的可靠性 ， 减少 人 为 事故 的发 生 ， 又 为减人 提 效提 供 了条件 ， 为煤 矿 数字化矿井的实现打下了坚实的基础。 ②司机启动、 停止主通风机方便 、 迅捷。在 突发 掉 电情 况 下 ， 恢 复风 机工 作用 时 大大 缩短 ， 正常时问在 4 mi n以 内， 给矿 井 通风 安 全 提供 更 可靠的保证 。 ③智能故障诊断功能为排除故障， 提供了极 大便 利 ， 大 幅度 减少 排查 时 间 ， 为及 时恢 复 风机 运行赢得宝贵时 间。 ④实时数据动态显示功能 ， 为司机及时了解 各种设备参数 ， 提供 了便 利 ， 有利 于风机 的安全 、 可靠运行 。 作者简介 武 建华 1 9 7 2一， 男 ， 汉 族 ， 工程 师 。1 9 9 5年 7月毕 业 于 河 北煤炭建筑工程学院， 计算机应用与维护专业， 本科 学历 ， 现 主 要从 事 煤矿机 电 方面的技 术 管理 工作。 收 稿 日期 2 Ol 10 8一l 6 5 6 欢 迎 投 稿 欢 迎 订 阅 欢 迎刊 登广 告