矿井主要通风机监控系统设计.pdf

第 3期 2 0 1 2年 3月 工矿 自 动化 I ndu s t r y a nd M i n e Au t omat i o n NO ． 3 M a r ．2 01 2 文章 编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 2 0 3 0 0 6 6 0 3 D OI C NK I 3 2 1 6 2 7 ／ TP ． 2 0 1 2 0 3 0 7 ． 1 7 0 7 ． 0 2 2 矿井主要通风机监控系统设计 闫鑫 ， 万 紫嫣 ， 吴坤 ， 闫滇 亮 1 ． 中国矿业 大学信 电学 院 ，江苏 徐州 2 2 1 1 1 6 ； 2 ． 潞安矿业 集 团 有限责任公司五阳煤矿 ，山西 长治0 4 6 2 0 5 摘 要 介 绍 了一 种矿 井主要 通风机 监控 系统设 计 方案 ， 详 细论 述 了系统 结构 、 功 能及 其软 硬 件设 计 。该 系统硬件 以 S 7 3 0 0 P I C为核 心 ， 软件 采 用组 态软 件 I NT o u c h 9 ． 5实现 ， 采 用手动控 制 、 系统就地 控制 、 远程 控 制三 级控制模 式 ， 实现 了对 主要 通 风机运 行过 程的 实时监 控功 能 。 关键 词 矿 井 ；主要 通风机 ；监控 系统 ；P I C；组 态软 件 中图分类 号 TD 6 3 5 文献标 识码 B 网络 出版 时间 2 0 1 2 0 3 0 7 1 7 0 7 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ ww w． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． T P ． 2 0 1 2 0 3 0 7 ． 1 7 0 7 ． 0 2 2 ． h t ml De s i g n o f M o n i t o r i ng a nd Co nt r o l Sy s t e m o f Mi n e M a i n Ve nt i l a t o r YAN Xi n ， W A N Zi y a n ， W U K u n ， YAN Di a n l i a n g 1． Sc h oo l o f I n f o r ma t i o n a n d El e c t r i c a l Eng i ne e r i n g of CU M T ． ，Xu z h ou 2 2l l 1 6，Chi n a． 2． W u y a n g Co a l M i ne o f Lu a n M i ni n g Gr o upCo． ，I t d． ，Cha n gz hi 0 4 6 2 05，Chi n a Ab s t r a c t The p a pe r i nt r o du c e d a de s i gn s c h e me of m o ni t o r i ng a nd c on t r o l s ys t e m o f m i ne ma i n v e n t i l a t or ，d i s c u s s e d s t r uc t u r e ，f u nc t i on s a nd d e s i g ns o f ha r dwa r e a n d s o f t wa r e o f t he s y s t e m i n d e t a i l s． Th e ha r d wa r e o f t h e s ys t e m t a ke s S7 3 0 0 PI C a s c o r e ． a nd t he s o f t wa r e us e s c o nf i gu r a t i on s o f t wa r e I NTou c h 9． 5 t o a c hi e v e ． The s y s t e m a do p t s t hr e e c o nt r ol mod e s o f ma nu a l c on t r o 1 ． 1 o c a l c o n t r ol a n d r e m o t e c on t r o l ，a nd r e a l i z e s r e a l t i me m o ni t o r i ng o f o pe r a t i o n o f ma i n v e n t i l a t or ． Ke y wo r d s m i ne，m a i n v e nt i l a t o r ，mo ni t or i n g a n d c o n t r ol s y s t e m ，PLC，c on f i g ur a t i o n s of t wa r e 0 引言 1 系统组成 及功 能 矿 井 主要 通 风 机是 煤 矿 四大 固定 设 备 之一 ， 担 负着 向井下 输送新 鲜空 气 ， 排 除污 浊气 流及粉 尘 ， 保 证 井下 工作 人员 身体健 康 和安全 生产 的重任 。井下 1 二 作 现场条 件恶 劣 ， 主要通 风机若 发生 故障 ， 将会对 煤矿安全生产造成影响， 因此建立功能完善的主要 通风机 监控 系统 具有重 要 意义 。本文介 绍一 种基 于 P I C和 I NT o u c h组态 软 件 的矿井 主 要 通 风 机监 控 系统设 计方 案 ， 该 系 统 可实 现 对 主要 通 风 机 运行 过 程的监测 、 显示、 控制、 保护 、 记 录和管理功能， 完善 主要通风机生产过程的自动化控制。矿井主要通风 机监控系统作为煤矿安全生产监控系统的子系统 ， 既可独 立运行 ， 也 可 以 分站 形 式 接入 安 全 生 产监 控 系统统 一管理 运行 。 1 ． 1 系统 组 成 主要通 风机监 控 系统 主 要 由 中心 站 主机 、 S 7 3 0 0 P I C、 触摸屏 、 电力 参数 采集 模 块及 各 种传 感 器 组成 ， 如 图 1 所示 。 1 ． 2 系统 功 能 主要通 风机监 控 系统对通 风机 运行情 况进 行实 时监测 和控 制 ， 以 达 到 安 全 生 产 、 自动 化 控 制 的 目 的 。该 系统 实现 的主要 功能 1 实时监 测 主 要 通 风机 的运 行 参 数 ， 包 括 风 机 负压 、 风量 、 风速 等 。 2 实时监测主要通风机 电动机 的电气参数， 电动机 前 、 后 轴承温 度及 振动参 数等 。 收 稿 日期 2 O 1 1 1 2 2 O 作者简 介 闫鑫 1 9 8 6 一 ， 男， 山西长治人 ， 硕士研究生， 研究方 向为电力电子与电力传动 。E ～ ma i l y a n x i n y h l 6 3 ． c o m 2 0 1 2年第 3期 闫鑫等 矿井主要通风机监控 系统设计 6 7 风 门开关 接触器状态 电动机 开关 接触器状态 I r 兰 三 r ‘ 1 兰堡 竖 兰I MP I 一一一一一一一一一一一一一一一一 总线 l 以太网 f I 风 机负 压『 I 流量 l l 振动 l l 温度 l I 电力参数l I 传感器 l l 传感器l l 传感器l l 变送器l l 采集模块l 3 中心 站 主 机 远程 控 制 ， 实 现 风 门 的 开启 和 关 闭 、 通 风机 电动 机 的正反 转及 停止 等操 作 。 4 当监测 的参数值达到报警值时 ， 系统进行 报警处理并记录报警信息。 5 系 统 实 时 、 历 史 、 报 警 等 数 据 的 查 询 及 显 示 。 6 以动 画形 式模 拟风 道 、 通 风机 情 况 ， 直 观显 示 主要 通 风机 的运 行状 态 。 7 通过 远程 通信 将现 场监 测 参 数上 传 至 中心 站 主机 。 2 系统设 计 矿 井 主要通 风机 监控 系统 以西 门子公 司生 产 的 S 7 3 0 0 P I C为核 心 ， P L C硬 件结 构如 图 2所示 。 圜 囡 囡 囡 圜 因 国 圜 国 ⋯ P ⋯ LC⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 一f_ ⋯ T ⋯ ⋯ 『_ ⋯ 国国囡 接 口模块用于实现触摸屏与 P L C的连接 ， 系统 采用西 门子公司生产 的 M3 7 0触摸屏 ， 它以多点接 口方式与 P I c连接 ， 采用西 门子通信 协议完成 通 信 。数 字量输 入 D I 、 输 出 DO 模块 主要 用 于检 测 低压 柜 控制 方式 及 开关 状 态 、 通 风机 电动 机 接 触 器 状态 、 风 门开关 到 位 状 态 ， 并 控 制 风 门 的 开 启 和关 闭 、 电动 机 的正反 转 及 停 止 、 低 压 柜 开 关 的 分合 闸 。 模拟 量输 入 AI 模 块 用 于 对 通 风机 负 压 、 流 量 、 电 动机温度及振动等参数进行 AD转换处理； 通信模 块用于实现系统与智能仪表 、 综保装置及 中心站主 机的通信。综保装置可作为异步 电动机 内部故障、 过负 荷 的保 护 ， 实 现 电 压 、 电流 、 有 功 功率 、 无 功 功 率 、 功率 因数 等模 拟量 的遥 测 ， 装 置可 在开关 柜就地 安 装 ， 也 可组 屏安 装 于控制 室 。 2 ． 2 软件 设计 矿 井 主要 通 风机 监 控 系 统 软 件采 用 组 态 软件 I NT o u c h 9 ． 5实 现 。工作 现场 的实 时状 况 以模 拟动 画的形 式反 映在 人 机界 面 ， 操 作 人 员 可通 过 人 机界 面发 出指令 ， P I C接 收 到指 令 后 控制 相应 的执 行机 构 执行 指 令 。系 统 软 件 设 计 主 要 包 括 监 控 界 面设 计 、 数据库管理及数据报表设计。 2 ． 2 ． 1 监控 界面 设计 系 统监 控 界 面 主要 有 主界 面 、 风 机运 行 模 拟动 画子界 面 、 电 动 机 参 数 监 测 子 界 面 、 报 警 记 录子 界 面 、 实时 ／ 历史 数据 报表 子界 面 、 登 录界 面等 ， 其 中主 界 面如 图 3所 示 。 3矿 井 主 要 通 风 机 监 控 系 统 主 界 面 2 ． 2 ． 2数 据库 管理 I NTo u c h 9 ． 5的核 心 是 运 行 时数 据 库 ， 主要 用 于存放 内存 型 、 I ／ O型及 间接 型标 记名 ， 并 定 义参 数 的详细 信息 。工 作现 场 的实时监 测数 据通过 数据 采 集 模块 进入 系统 ， 系统 处 理后 保 存 在 运行 时数 据库 中 ， 同时 系统定 时将 实时数 据保存 到历 史数 据库 中 ， 以便操 作人 员查 询 、 统 计 。在 系统运行 状态 下 ， 运行 时数据 库 中包 含所 有参 数 的当前值 。数 据库 结构如 图 4所 示 。 目前 ， 在 Wi n d o ws 环境 下监控 系统 软件 I ／ O接口驱动程序与运行时数据库之 间发送／ 接收 信 息 、 数 据一 般利 用 动态 数 据 交换 D D E 协 议来 实 现 ， 本文 也采 用这 种方式 实 现数据 交换 。 2 ． 2 ． 3 数据 报表设 计 系 统 数据 报 表包 括 实 时数 据 报 表 、 历 史 数 据报 表 、 报警 报表 等 。以报警 报 表为例 ， 当系统监测 的参 数值 达 到报警 值 时 ， 系统 进 行 报 警处 理 并 记 录报 警 信息。操作人员可按照报警的具体 E t 期、 时间、 类型 6 8 工矿 自动化 2 O 1 2年 3月 查询 报警数 据 ， 报警记 录查 询界 面如 图 5所示 。 传 出指令 上传数据 图 4数据 库结构 图 5报警 记 录查 询 界 面 2 ． 3控制 方式设 计 考虑 到 主要 通 风机 的重要 性 ， 系 统采 用 三级 控 制 模式 ， 即手动控 制 、 系统就地 控制 、 远程 控制 。 1 手动控 制 手动控制方式是在监控 系统或 P L C产生故 障 而导 致程序 不 能 自动运 行 时所采 取 的方 式 。操 作人 员可 按照操 作规 程 ， 通 过在低 压柜 门下进 行合 闸 、 分 闸操 作实 现 主要 通 风机 电 动 机 的 启 停 。风 门 的 开 启 、 关 闭也 可 以手动控 制 。 2 系统 就地控 制 系统 就地控 制可 通过操 作触 摸屏实 现 。触摸屏 通过 R S 2 3 2接 口与 P L C进行 MP I 通 信 。系统可 直 接读取 P I C 中的数 据 ， 控 制 现场 高 、 低 压 柜 的分 合 闸 ， 实 现主要 通风 机 电动 机 的 正 常启 停 和 风 门 的开 启 、 关 闭 。 3 远程控 制 安 装有 组态软 件 的中心 站主机 发送控 制命令 到 P I C， P I C将 该命令 解 释成 相 应 时序 信 号 来控 制 设 备 ， 即可实 现远程 控制 。 3 结语 基于 P I C和 I n T o u c h组 态 软 件 开 发 了 矿井 主 要 通风机 监控 系统 。该系统 界 面友好 ， 操作 简便 ， 融 人 了先进 的传感 器 、 计算机 技术 ， 实现 了主要 通风 机 性 能及状 态 的在线 监 测 和远 程 控 制 ， 提 高 了煤 矿 的 自动化 管理水 平 。 参 考文献 E l i 廖常初． s 7 3 0 0 ／ 4 0 0 P l C应 用技术E M] ． 2版． 北 京 机 械 工业 出版 社 ， 2 0 0 8 2 1 1 2 5 ． E 2 ] 谭 长森 ， 孙 鹏 ， 郭 峰 ， 等． 基 于 P I c的矿井 主扇 风机 自 动监控系统 的设 计 [ J ] ． 工 矿 Ih动 化 ， 2 0 0 7 6 1 0 6 1 O 8． [ 3 ] 王德明． 矿井通风 与安全 E M] ． 徐州 中国矿业 大学 出 版 社 ， 2 0 0 9 5 6 1 1 0 ． E 4 ] 马正午 ， 周德兴． 过程可视化组态软件 I n T o u c h应用 技 术[ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 6 1 6 - 2 2 6 ． [ 5 ] 王启立 ， 胡亚非 ， 熊建军 ． 基 于可编程控 制器 的煤矿 主 通风机监控管理系统E J ] ． 煤炭工程 ， 2 0 0 7 7 9 4 9 6 ． 工矿 自动化 入编 2 0 1 1版 中文核心期刊要 目总览 工矿 自动 化 杂 志编辑 部于 2 0 1 2 0 2 2 4收 到 中文核 心期 刊 要 目总览 } 2 0 1 1版 编 委会 关 于 工矿 自 动化 杂 志人编 2 0 1 1版 中文核 心期 刊要 目总览 的通知 。 目前 ， 工矿 自动化 杂志是中国煤炭学会煤矿 自动化专业委员会、 中国煤炭工业技术委员会信息与 自动 化专家委员会学术交流的会刊 ， 入选科技部信息研究所 中国科技核心期刊 、 北京大学图书馆 2 0 1 1 版 中文 核心 期 刊要 目总览 ， 被 中国期刊 网 www． c n k i ． n e t 和 中 国学术 期 刊 光 盘版 全 文 收录 ， 还被 煤炭 数 字 图 书馆 、 美 国 乌 利希期 刊指南 、 美 国 剑 桥科 学文摘 、 波 兰 哥 白尼索 引 等 检索 刊物和 数据库 收 录 。 谢谢 广大 的作者 和读 者朋友 们对 工矿 自动化 杂 志的支 持和厚 爱 希望 大家 一如 既往地 支持 工矿 自动化 杂志 ， 多投稿 ， 多 订 阅 ， 多引用 订阅途径 邮发 2 8 1 6 2 ， 电子信箱， 电话 投稿途径 电子信箱 ， 网上在线投稿 电子信 箱 e d i t o r c a r i ． c o rn． c n 网址 mk z d ． c b p t ． c n k i ． n e t ，ww w． g k z d h ． c n 电话 ／ 传真 8 6 5 1 9 8 6 9 9 8 2 1 7 ／ 8 6 9 9 8 0 9 8 地址 江苏 省 常州市 木梳路 1 号 邮编 2 1 3 0 I 5 联 系人 赵德月