主通风机自动化监控系统的研究.pdf

l 6 煤矿机电 2 0 0 5年第6 期 主通风机 自动化监控系统的研究 赵朝阳， 胡泳军， 李长江 中国矿业大学 信电学院， 江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 摘 要 本文结合已投入运行的一套主通风机 自动化监控系统， 介绍了系统基本结构， 详细论述 了该系统风量的监测方法、 可编程逻辑控制器的硬件组成和软件设计方法以及基于 O P C技术实现 的系统远程监控。 关键词 全压差；风量 ； P L C；O P C 中图分类号 T D 6 3 5 ； T P 2 7 7 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1- 0 8 7 4 { 2 0 0 5 0 6- 0 0 1 6- 0 4 A S t u d y o f Au t o ma t i c Mo n it o r i n g a n d Co n t r o l S y s t e m f o r Ma i n Ve n t i l a t o r s Z H A O C h a o y a n g ， HU y 0 n ， L I C h a n g - j i a n g C o l l e g e o f I n f o r m a t i o n a n d E l e c t ri c a l E n g i n e e ri n g ， C h i n a U n i v e r s i t y o f Mi n i n g a n d T e c h n o l o g y ， X u z h o u 2 2 1 0 0 8 ，C h i n a Ab s t r a c t C o mb i n i n g wi t h t h e a u t o ma t i c mo n i t o rin g a n d c o n t r o l s y s t e m f o r v e n t i l a t o r s wh i c h h a s b e e n p u t i n t o o p e r a t i o n，t h e p a p e r i n t r o d u c e s the b a s i c s t r u c t u r e o f the s y s t e m a n d d i s c u s s e s t h e mo n i t o rin g me t h o d o f a i r q u a n t i t y o f the s y s t e m，P L C h a r d w a r e c o n fi g u r a t i o n ，s o f t w a r e d e s i g n i n g me t h o d a n d r e mo t e mo n i t o ri n g o f t h e s y s t e m b a s e d o n O P C t e c h n o l o gy i n d e t a i l ． K e y wo r d st o t a l p r e s s u r e d i f f e r e n c e ；a i r q u a n t i t y ；P L C；OP C 具有“ 矿井肺腑” 之称的主通风机是煤矿的四 大固定设备之一， 担负着向井下输送新鲜空气， 排出 粉尘和污浊气流的重任。由于工作现场条件恶劣， 故障发生率较高， 一旦发生故障， 将会对整个矿区生 产和安全造成重大影响。目前主通风系统主要存在 系统过于简单， 部分关键参数 如风机流量 监测精 度较低， 监测内容不全面， 未与调度中心进行信息系 统集成等等。根据现场要求， 现专门研究并设计了 一 套先进的主通风机 自动化监控 系统 ， 已经成功地 应用于枣庄矿业集团新安煤矿新源井。 1 系统功能及特点 1 系统功能 主通风机 自动化监控系统是集信号采集、 在线 监测、 远程通讯为一体的多功能在线监测控制系统， 可对风机的电机振动、 温度、 压力、 电气参数、 风量等 进行在线监测 ， 并能及时发现运行异常并报警 。 2 主要特点 1 稳定可靠 硬件采用西门子公司 的 s 7 ． 3 0 0系列 P L C， 同时 采用光电隔离、 接地、 变压器隔离等硬件抗干扰措施 和数字滤波等软件抗干扰措施 ， 系统可靠性高， 稳定 性好。 2 信息全面 系统采集检测的信息全面， 几乎包括了风机工 作时的所有信息量 。 3 自动监控 构建了远方 自动、 就地 自动 、 手动等三级控制策 略， 通过工业以太网通讯 ， 与调度中心进行了信息集 成， 操作人员可以远方监测控制； 就地控制柜采用西 门子公司的触摸屏通过 M P I 接口与 P L C通信， 实现 就地 自动监控。考虑到地面风门对风机运行的重要 性， 还设计了专用电源柜， 通过 P L C对风门实施 自 动化控制。 4 操作安全 上位机与触摸屏的软件设计用户界面良好， 在 操作界面设置了多级管理权限， 确保了风机操作的 安全性和可靠性。 维普资讯 2 0 0 5年第6期 煤矿机电 l 7 5 测量精度高 根据风机的现场条件及该矿的通风情况， 设计 了基于全压差理论 的风量检测引压装置 ， 通过试验 对比， 证明此方法测量风量精度较高。 2 基于全压差的风量监测 风机的风量测量是风机监测系统中的一个难点 问题， 合理选择测量截面， 恰当布置测点是流量测量 的关键所在， 考虑到现场实际和工程测量的允许误 差 ， 采用 了全压差 理论来测量风量。风量测量截面 和测定布置如图 1 所示。 图1 风量测量截面和测点布置 l 一差压传感器； 2 --静压测点； 3 一全压测点； 4 一风机； I I 和Ⅱ一 Ⅱ 截面为环形 由图1 截面 I I 测取该截面的全压值p 。 ， 由截 面Ⅱ 一 Ⅱ 测取该截面的静压值 P ， 按流体力学理论 公式 ， 即 质量流量 q a A 1 ,／ 2 A p d 2 ．1P 2 ， k g ／ s 容积流量 q 1 q ／ p 2 ， m ／ s 式中 一速度分布不均匀损失系数； A 一静压环形截面积 ； 卸 1 一截面 Ⅱ差压 p l2 - p 1 ， P a ； P 2 一截面 Ⅱ密度 ， k g ／ m 。 由此看 出， 只要 求 出全压差 ， 即可计算得 到风 量 3 基于可编程逻辑控制器 的风机 自动监控 系统设 计 按照主要功能可划分为信号监测、 数据采集处 理、 上位机和触摸屏三大部分。其结构框图如图 2 所示。 1 信号监测部分 电机振动参数由安装在风机轴承上的速度传感 器及变换器传送至 P L C的模拟量模块 。 图 2系统的结构 框图 温度监测部分 是由内置在 电机的 P T 1 0 0热 电 阻传感器和变送器、 智能仪表 温度巡检仪 构成， 多路电机温度参数在控制柜巡回显示， 同时温度巡 检仪与 P L C进行通信， 将参数上传。 压差参数是由前述的引压装置构成全压差和负 压， 由相应的传感器传送给P L C的模拟量模块进行 处理。 电气参数由安装在各开关柜内的智能综保单元 与 P L C以通讯的方式进行信息传送， 同时对电机的 控制命令也经由综保单元实现， 传送的电气参数有 电压、 电流、 功率、 功率因数、 频率等多种参数。 2 P L C的模块硬件结构 选用西 门子公司的 7 - 3 0 0系列 P L C ， 主要模块 框图如图3 所示。主要是由电源、 C P U 、 数字量输入 输出、 模拟量输入输出、 通讯单元等模块组成。其中 数字量单元主要是检测低压风门及电机开关接触器 的状态， 并对其实施控制。模拟量处理模块主要是 将温度、 压力、 振动等参数进行转换； 几个通讯模块 负责与智能仪表和综保单元以及上位机服务器进行 通讯 。 。 图3 P L C的硬件结构框图 3 P L C模块软件设计 P L C的监控程序包括系统监控程序和用户监控 程序两部分。系统监控程序由制造商提供， 它包括 管理程序 运行管理、 生成用户元件、 内部自检 、 用 维普资讯 维普资讯 2 0 0 5年第6期 煤矿机电 1 9 混凝土泵送／ 湿喷两用机控制系统设计 丁鸿昌 ， 樊炳辉 ， 王传江 1 ． 山东科技大学 机械电子工程学院，山东 青岛 2 6 6 5 1 0 ； 2 ． 山东科技大学 机器人研究 中心 ，山东 青岛 2 6 6 5 1 0 摘 要 本文阐述了泵送／ 湿喷两用机的工作原理， 并介绍了P B T 2 0型湿喷机的控制系统。实践 证明， 用 A T 8 9 5 1 单片机组成的控制系统， 具有很高的可靠性和稳定性， 较好的克服了现有湿喷机 出料 间歇大和排量不可调等缺陷。 关键词 单片机； 智能控制系统； 抗干扰；湿喷 中图分类号 T H 3 8 ； T D 3 5 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 0 8 7 4 2 0 0 5 0 6 0 0 1 9 0 3 Co n t r o l S y s t e m De s i g n o f Co n c r e t e Pu mp ／ W e t - s p r a y e r D I N G H o n g c h a n g ， F A N B i n g h u i ，W A NG C h u a n -j i a n g 1 ．Me c h a n i c a l a n d E l e c t r o n i c A c a d e m y 。 S h a n d o n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e T e c h n o l o g y ， Q i n g d a o 2 6 6 5 1 0， C h i n a ； 2 ． R o b o t R e s e a r c h C e n t e r ， S h a n d o n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c eT e c h n o l o gy，Q i n g d a o 2 6 6 5 1 0， C h i n a Ab s t r a c t T h i s a r t i c l e d e s c ri b e s t h e w o r k i n g p r i n c i p l e o f c o n c r e t e p u mp ／ we t s p r a y e r a n d i n t rod u c e s t h e c o n t r o l s y s t e m o f P B T 2 0 w e t s p r a y e r ． T h e p r a c t i c e s h o w s t h a t t h e c o n t r o l s y s t e m u s i n g A T 8 9 S 5 1 s i n gl e c h i p mi c roc o m p u t e r h a s h i g h r e l i a b i l i t y a n d s t ab i l i t y ，wh i c h o v e r c o me s t h e d e me ri t s o f l o n g p u mp i n t e r r u p t i o n a n d u n c h a n g e ab l e d i s p l a c e me n t o f n o w a v a i l abl e w e t s p r a y e r ． K e y wo r d s s i n g l e c h i p m i c r o c o m p u t e r ； i n t e l l i g e n t c o n t r o l s y s t e m； a n t i - j a m； w e t s p r a y 1 前 言 混凝土湿喷机是隧道施工中不可缺少的工程设 备， 目 前主要有叶轮式、 转子活塞式及泵式湿喷机。 叶轮式和转子活塞式湿喷机的输送距离短 、 排量小、 易损件寿命短、 漏浆严重、 清洗时间长。泵式湿喷机 是以液压往复式混凝土缸喂料装置为核心， 彻底克 内泵式湿喷机基本采用机电式继电器控制和可编程 控制等简单的顺序逻辑控制， 难以满足生产的要求。 本文介绍以 A T 8 9 S 5 1 单片机为核心的智能逻辑控 制系统， 减小了出料间歇时间， 大大提高了湿喷机的 可靠性和适应性。 2 湿 喷机的工作过程 服了上述缺陷， 提高了工作效率。但泵式湿喷机在 图1 a 为湿喷机泵送过程的前半个工作循环， 在 S阀换向时， 普遍存在出料间歇长的缺点。目前， 国 主油泵压力P 作用下， 主油缸 1 1 中的活塞推动2 ， ， ， ， ，， ， ，， ， ， ， ， ，， ， l， ， ， ， ，l ， ， ，， ， ， ，， ， ， ， ，， ， ， ，， ， ， ， ， ，， ， ， ， ，， ， ，， ， ， ， ， ，， ， ， l， ， ， ， ，， ， ， ， ，， l ，， ， ， ， ，， ， ， ，， ， ， ，， ， ， 3 基于 O P C技术的上位机监控系统的实现 ， 使风机全部参数及控制集成到了远程信息平台， 消 除了风机管理上的盲区。 6 结语 主通风机 自动化监控系统通过现场实际运行 6 个月来 ， 系统有效可靠 ， 不仅保证被监测风机的安全 运行 ， 而且为科学管理风机提供 了有效手段。 参考文献 [ 1 ] 王军． 多参数P L C监控系统的设计方法[ J ] ． 工矿 自动化， 2 0 0 2 4 [ 2 ] 郭一楠． P L C通信技术及应用[ J ] ． 工矿自 动化， 2 0 0 2 5 作者简介 赵朝阳 1 9 7 7 一 ， 男， 在读硕士研究生。研究方向为配 电网 自动化及大型电气设备的监控技术。 收稿 日期 2 0 0 50 51 0； 责任编辑 姚克 维普资讯