煤矿局扇风机智能控制系统设计.pdf

引言 煤矿通风系统中，局扇风机主要用于降低矿井 工作面温度， 为矿井提供新鲜空气、 稀释、 去除甲醛、 除尘，是保证矿井生产安全稳定可靠运行的关键设 备。 在局部通风机中应用智控技术， 可以有效提升通 风系统运行效率， 确保生产作业活动有序开展， 降低 能源消耗和设备维护费用， 获得更高的调速精度[1]。 1局风扇系统的构建浅析 矿井局扇风机系统采用 2 台相同功能的轴流风 机， 每台局扇风机由 8 极变频电机驱动， 电机容量为 450 kW 电压是 10 kV。该局扇风机还配有电机温度 测量元件 Pt100， 轴承温度测量仪器， 电机除湿加热 器， 阻尼器和开闭装置风门， 通局扇风机参数 （气流， 负压等） 测试仪表， 带 RS485 接口。该系统可实现自 动频率与手动频率之间的变频器输出； 同时， 系统可 以监测局扇风机运行状态的实时数据。 1） 温度参数 定子温度、 轴前后轴的温度、 风扇 的温度。 2） 电气参数 三相电压、 电流、 工频、 有功、 无功 功率、 功率因数。 3） 风扇振动参数 水平和垂直振动参数。 4） 风扇状态参数 油门位置和电机启停状态参数。 5） 局扇风机参数 局扇风机静压、 局扇风机总压 力、 风管气体和一氧化碳浓度、 空气流量、 环境温度 和湿度等参数。 2局扇风机自动监控系统的设计 局扇风机监控系统主要由两部分组成，分别用 于自动调节风量和自动监测风扇的运行状态。系统 硬件利用 S7-300 系列 PLC 的可靠性，并将其作为 控制系统的核心，另一部分组成包括传感器、变送 器、 触摸屏、 电参数采集模块 （包括电压， 电流变压 器） 、 温度检测仪、 电脑、 报警器等， 通过通讯接口与 局扇风机参数测试仪， 局扇风机变频设备， 智能电源 相互连接， 监测、 收集阻尼器和风扇的相关参数， 上 传数据到 PC 监控系统和调度中心， 对空气、 煤气、 压 力和温度等其他局扇风机参数进行连续监测，系统 支持远程编程和远程诊断。使用控制器输出数据信 号， 变频器根据反馈数据， 合理调节风量， 保证规定 范围内的矿井空气质量， 提高局扇风机效率， 从而节 约成本资源。 S7-300 系列 PLC 是对局扇风机进行自 动监控的系统核心， 自动监控系统如图 1 所示[2]。 3局扇风机智控系统的硬件设计及参数检测 该系统使用 SIEMENS S7 300 系列 PLC，如图 2 所示， 硬件包括电源模块， CPU314 模块， 2 个数字量 输 出 模 块 SM322 （DO16 DC24 V/0.5 A） ， 4 个 SM331 模拟量输入模块 （AI816 位） ， 3 个数字量输 入模块 SM321 （DI16DC24 V） 。系统可执行主要参 数的检测 1） 风压检测。为了确保局扇风机的安全高效运 行， 需要检测风扇的速率、 风压和流量。系统压力检 测采用 GPD5 差压传感器和 GP5000 负压传感器。 传 感器将压力或流量转换为 420 mA 电流模拟量输入 煤矿局扇风机智能控制系统设计 徐杰 （阳煤二矿机电工区， 山西阳泉045000） 摘要 基于 PLC 技术设计了一套煤矿用变频局扇风机智控系统。该系统可实现对风扇运行状态的监测， 并实 现对风扇故障的检测与诊断。系统功能包括监测风扇的运行参数、 运行状态和提高故障报警。该系统具有良好 的交互性， 可以在统一的平台上查询、 显示数据和控制系统。 关键词 局扇风机煤矿生产智能控制PLC参数检测 中图分类号 TU831.4文献标识码 A文章编号 1003-773X （2018） 07-0189-02 总第 183 期 2018 年第7 期 机械管理开发 MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENT Total 183 No.7， 2018 收稿日期 2018-05-03 作者简介 徐杰 （1982） ， 男， 毕业于山西大同大学， 机电工程 师， 从事煤矿局扇风机智能控制系统设计。 DOI10.16525/14-1134/th.2018.07.082 图 1局扇风机组自动监控系统示意图 警报器 煤矿调度中心 配置软件的主机 PLC 各种压力和温度传感器 换流器 图 2S7-300 的硬件结构示意图 触摸屏 接口 模块 以太接口 接口 模块 RS485电源供应 CPU 314 SM322SM322 SM331SM331SM331SM331SM321SM321SM321 自动化技术与设计 到模块 SM331， 420 mA 电流被转换为 027 648 数 字量数量由 SM331 发送给 CPU。 2） 温度检测。电机温度和风扇轴温度的检测是 电机温度的重要参数。 矿井通局扇风机监控系统中， 当温度过高时， 会导致局扇风机不工作。 温度传感器 主要用于收集前后轴承温度， 电机定子温度， 该系统 中的支撑轴承温度等。由于铂热的高量程和测量精 度，该系统使用 PT100 铂热电阻温度传感器来收集 系统的温度参数[3-4]。 3） 振动强度检测。 系统检测风扇轴承在水平方向 和垂直方向的振动， 将采用振动位移传感器与变送器 的组合， 轴承的前后安装电机振动传感器， 电机轴承 的振动强度为线性由模块 SM331 转换成 420 mA 电 流信号，并将电流信号转换为数字信号数量 （在 027 648 之间） 由模块 SM331 发送给 CPU。 4） 电气参数的测量。电气参数是评估局扇风机 性能和监测局扇风工作机性能的重要指标。电气参 数可以了解风扇的当前运行状态和故障状态电机， 有利于安全运行。系统的电气参数包括三个三相电 压、 三相电流、 有功功率、 无功功率、 工频、 功率因数 和其他参数。系统使用电力参数变送器来监视电力 参数， 采用 RS485 总线方式传输功率参数。 5） 测量气体浓度。 气体的主要成分是甲烷。 气体 浓度的测量选择风扇的出风口或矿井底部。为了精 确控制浓度，在出风口和底部选择矿井瓦斯传感器 进行检测甲烷浓度，传感器具有声光报警和显示功 能， 同时具有多路信号输出格式和报警显示功能， 可 与信号采集和监测相匹配煤矿系统[5]。 变频系统为一台驱动两台，及一台变频器控制 两台局扇风机同时运行。 系统控制风扇的运行速度， 改善运行工况， 通过逆变器达到节能效果。 该系统使 用专用发电机 MM430 变频器， MM430 内置 PID 控 制器， 具有很高的灵活性和可靠性， 逆变器具有完善 的性能， 包括过压保护、 过温保护、 短路保护等功能， 输出功率大范围从 7.5250 kW， 其中有一个集成的 485 通讯接口， 变频装置还包括一个自动旁路柜。 4局扇风机智控系统的软件设计 系统的软件设计主要有两部分总控中心的软 件设计和上位机软件设计， 这两部分控制整个系统。 该系统使用 STEP-7 编程。 PLC 程序部分包括主 程序和控制程序。其中主程序包括系统初始化程序、 电机启动、 停止控制程序、 故障诊断和报警、 频率控 制程序、 模拟采集过程等功能。初始化部分包括各种 预置参数的初始化值， 检测硬件系统和电源， 在确认 过程准确后， 启动控制系统， 模拟采集程序已经收集 了气体浓度、 温度、 空气压力、 振动信号和转换功能。 本系统的 PC 监控软件采用西门子 WinCC 组态 软件。组态软件是局扇风机与操作员工之间的互动 界面。 这是整个系统的监视与控制核心， 用于安排和 管理整个系统。 监视器屏幕可以显示监视参数信息， 报警和设备故障情况[6]。 5结论 矿用变频局扇风机智控系统不仅可对风扇运行 状态进行监测， 而且可对风扇故障进行检测与诊断。 该系统具有良好的交互性，可以在统一的平台上查 询、 显示和控制系统， 保证局扇风机稳定运行。 参考文献 [1]高立.煤矿局扇风机变频调速技术的应用研究[J].山西能源学 院学报， 2017， 30 （3） 73-75. [2]田多宝.黄陵二号矿智能局扇通风系统探讨[J].中国高新技术 企业， 2016 （8） 142-143. [3]吴劭星.主扇与局扇联合运转在煤矿通风系统中的优化研究 [D].昆明 昆明理工大学， 2011. [4]范辉.基于虚拟现实技术的可控可视化矿井通风研究[D].太原 太原理工大学， 2007. [5]苑经纬.煤矿扇风机程序调速是降低电耗的重要途径[J].煤炭 经济研究， 1989 （1） 42-44. [6]马洪义.关于瓦斯矿用局部扇风机研制新途径的探讨[J].煤矿 安全， 1984 （7） 36-41.（编辑 王慧芳） Design of Intelligent Control System for Coal Mine Fan Xu Jie （Mechanical and Electrical Industry District, Yangquan No. 2 Coal Mine, Yangquan Shanxi 045000） Abstract Based on PLC technology, a set of intelligent control system for fan wind fan in coal mine is involved. The system has already realized the monitoring of fan running state, and realizes the detection and diagnosis of fan fault. The system functions include monitoring the operating parameters of the fan, running state and improving the alarm. The system has good interactivity. Query and display data and control system on a unified plat. Key words local fan; coal mine production; intelligent control; PLC; parameter detection 第 33 卷 机械管理开发 jxglkfbjb 190