煤矿主扇风机在线监控系统设计研究.pdf

煤矿 现代化 2 0 1 3 年第5 期 总第1 1 6 期 煤矿主扇风机在线监控 系统设计研究 李立晶 山西焦煤 汾西矿业集团 曙光煤矿， 山西 孝义 0 3 2 3 0 0 摘要本文将某矿主通风机作为实例进行分析 ，首先选择 S 7 3 0 0处理 器以及其他模 块，建立 了 P L C上位机硬件 系统 ， 接着分析 了风机运行各参数 的测量方法， 并确定 了传 感器的选型 ， 最后从通信 机制建立、 数据 资源配置及软件 结构三方面进行 了上位机监控软件设计 ， 最终建 立了基 于 O P C通信 协议 的主扇风机监测控制 系统。 关键词主扇风机 ； 在线监控 ； P L C； O P C 中图分类号 T D 6 3 ． 5 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 9 0 7 9 7 2 0 1 3 0 5 0 0 5 3 0 3 煤矿 主扇风 机是保 障煤 矿安 全生 产 的主要设 备 ， 主要用于 向井下输送新鲜 空气 、 冲淡有 毒气体 、 降低井下的温度和湿度。 风机工作具有时间长、 电流 大、 电压高以及环境恶劣等特点 ， 所以其能否平稳 、 安全 、 可靠的运行至关重要 。另外 ， 传统的风机长期 运行 在全功率负荷之下 ，而只通过调节风叶角度来 控制风量 、 风压 ， 浪费大量电能【 1 _ 。 目前 ， 我 国仍有大部分煤矿风机管理涣散 ， 有 的 甚至还停 留在人工抄表 、手工记 录的方式上 ，实时 性、 准确性等都难以保证。 因此， 为保证风机平稳 、 可 靠 、 经济运行 ， 建立一套实时可靠的在线风机监控 系 统就显得颇为重要。本文 以某矿井 主通风机系统为 例 ， 基于 O P C通信协议和西 门子 P L C设计并研发矿 井通风机在线监测系统 。 1 风 机特性及 监控 系统 功能分析 本文所引用的 A矿 主扇风机 为轴 承式系统 ， 互 为备用 的两台风机含有各 自独立 的电机 、风道 、 风 门， 正 常情况下只有其 中一 台参与工作 ， 其侧面结构 如图 l 所示。 图 1风 机 侧 面 结构 风机监控系统可 以分 为以下几个主要 的功能模 块【 2 】 1 机体监控 监测 内容包括风机 轴温 、 风筒负 压 、 机体振 动 、 风门开闭角度 ， 控制 内容主要是风 门 的启闭位置 、 时效 。 2 电机监控 监测内容包括 电机的电流 、 电压 、 功率 、 功 率因数等 ， 控制 内容主要是对 电机 的上 、 下 电。 3 配 电柜监控 监测配 电柜 的输 出电流 ， 控制 配电柜 的分 、 合 闸。 4 稀油站监控 主要包括稀油站 的出、 回油温 ， 出、 回水压 以及泵压等方面内容。 5 上位机监控管理软件 实现人机交互 、 报表 生成 、 实时报警以及动态曲线的显示等。 2 监控 系统下位机硬 件设计 2 ． 1 P L C的设计 P L C的硬件选择情况如表 1 所示。 表 1 P L C的硬件选择 模块 内容 型号 参数及特点 处理器 S I E ME N s 7 3 0 o模块化， 高速化， 标准化， 智能化 、 人性化 通讯网络 S I MA T I C N E T 实现不同部门、 不用等级之间的数据交换 电源模块 P s 3 O 5 输出电压 2 4 V； 输 出电流 2 A； D I S M 3 2 1 ； 硬件中断和诊断 中断 I ／ O模块D O S M 3 2 2 ； 诊断中断 A I S M 3 3 1 可编程诊断和诊断中断 风机在线监控系统 主要完成对风 门的启闭 ， 电 机 的上 、 下 电， 配 电柜 的分 、 合 闸 ， 稀油站 的油温 、 水 压 的控制 ， 以及实现人机交互 、 报表生成 、 实时报警 以及动态曲线的显示等这些内容都需要软件指令来 实现 ， P L C软件 的设计流程 如图 2所示【3 l 。 图 2 P L C软件设计流程 2 ． 2 风机运行参数 的测量 5 3 煤矿 现代化 2 0 1 3 年第5 期 总第1 1 6 期 风机 的总压 滞 止压 力 是指 风筒 内的气流在没 有外功的情况下 ， 可逆 、 绝热地减速到零而产生的气 体压力 ， 包括动压和静压两部分 ， 静压是流动 中的气 体的真实压力 ， 动压可用式 1 表示 。 式 中 Q为风机流量 ； A为风管面积 ； p为气体密度。 风机 的表压是静压与大气压力 的差值 ，通过在 风简的横截面上垂直开设静压孔来进行测量 ，一般 开设 4个孔进行均布 ，孔径一般取 2 m m～3 m m， 孔 深取 2～2 ． 5倍孔径 。 本文采用经济性 、实用性较好 的差压法来测风 机气 体流量 ， 使用节流式流量计 ， 并使用式 2 进行 计算 。 Q 、 ／ 2 式 中 e 为气体膨胀系数 ； 为孔板流量 系数 ； d为 节流孔板直径 ； P为风机总压 ； p 。 为上游密度 。 2 ． 3 传感器选型 南于在测量温度 、 压力 、 位移 、 振动等方面的 内 容时都要用到传感 器 ，所 以依据测量 的对象与 、 环 境 ， 从灵敏度 、 频率 响应 、 线性范 围 、 稳定性 、 精度等 方面综合考虑 ，将本检测系统需要用 到的传感器选 型列入表 2中。 表 2 传感器选型 本文选用 X Y Z 一 6 G W1 2 5稀油站 ， 其工作时将低 温润滑油从油箱吸出， 经单 向阀 、 双筒 网式滤油器过 滤后 ， 传送到风机轴承润滑点 ， 带走热量降低风机轴 承温度 ， 产生 的高温润滑油循环回流到油箱。 3 上位机 监控 软件设计 O P C传输协议 可以提供高效 、 可靠 、 开放 、 可互 操作 的即插 即用 的设备驱 动程序 ，可通过标 准 的 O L E ／ C O M接 口实现 多台微机之间的文档 、 图形等对 象交换 ，在基于 Wi n d o w s 的程序与现场控制之 间起 到了良好 的纽带作用 。 本文即在 O P C传输协议的基础上 ，采用具有可 视化的 、 面向对象 和采用事件驱动 的 V B语言 ， 建立 上位机监控软件 即人机操作界面 HMI 。 3 ． 1 通信 机 制建 立 本 文采用 V B 6 ． 0平台进行客户端程序开发 ， 其 5 4 步骤 为 首先 ， 安装动态连接库 S O P C D A A u t o ． d l l 文 件 ； 其次 ， 在 V B平台中引用 O P C D A A u t o ma t i o n 2 ． 0 。 O P C服务器的配置应选择 S e r v e r ． Wi n C C应用程序 ， 并允许其 自定义访问。 3 ． 2数据资源配置 在服务器接人完成后 ，要添加与其对应的组对 象和项对象并设置参数 ， 这些数据 的配置流程为 首 先创建新 的 f r m R e f r e s h窗体对象 ，接着将其激活并 同时判断客户端与服务器的连接状态 ，最后完成对 象添加。 这 里以 Ma i n S e t t i n g文件 为例来介绍 配置文件 的写入 ， 其结构为 [ S e t t i n g F i l e s ] Co u n t n OPC Co n n e c t e d l OPC Fi l e Na me l OPC 0PC Co n n e c t e d 2 OPC 结合风机监测 的特点 ，本文选择 e X t r e me D B实 时数据库 ， S Q L S e r v e r 2 0 0 0历史数据库 ，通过 A D O 接 口来访 问数据源 ， 提取历史数据 。 3 3监控平台软件结构 综上所述 ，提出本监控系统 的软件结构如 图 3 所示 图 3监控 管理 软件 的结构 上位机监控软件的主要功用包括 通过下位机 采集风机运行参数及状态数据并发 出控制指令 ； 采 用 图形 、 动画的形式表达参数变化情况 ， 并针对报警 情况进行处理 ； 对历史故障信息进行分析 、 存档 ， 得 出一定周期 内的风机参数动态趋势。 4 监控 系统 的现 场调试 及性能分析 由于风机监控系统 内部 设置复杂 ，监控 内容繁 多 ， 所 以在正式使用之前需要首先进行调试 ， 以便及 时发现系统运行 中的不合理 因素并进行修正。本文 这里结合 A矿主通风机进行分析 ，具体 的调试过程 如 下 1 检测接线柜相关线路 ， 确保其连接牢靠 ； P L C 煤矿 现代化 2 0 1 3 年第5 期 总第1 1 6 期 上电后， 检验指示灯确保各模块正常运行。 2 依次将各配 电柜上电 ， 启 动监 控管理软件 ， 进入监控界面， 启动 电机 。 3 观察风机运转 时对应的参数状态实时动画 ， 监测风机的运行状况 。 4 观察 电流实时曲线动态 ， 通过变化趋势曲线 监测 电机运行情况。 在软件后处理 中得 出数据 ，并绘制 出相应 的风 机特性 曲线如图 4所示 ，可以看 出实测风机压力 曲 线符合轴流式风机压力的变化规律，测定结果比较 准确 。 图 4 通风机测定特 性 曲线 5 结论 本文将某矿主通风机作为实例进行分析 ，基于 O P C通信协议在 V B平台上建立了以 s 7 3 0 0为核 心的主扇风机监测控制系统。论文所做的主要工作 如下 1 选择 S 7 3 0 0处理器 以及其他模块 ，建立 P L C上位机硬件系统。 2 详细分析了风机运行各参数的测量方法， 并 基于温度、 压力、 位移、 振动等方面测量的需要， 确定 了传感器的选型。 3 从通信机制建立、 数据资源配置及软件结构 三方面进行 了上位机监控软件设计 。 由于本文只是按照监控系统设计的流程进行了 粗略 的阐述 ， 其中的细节部分还需要深人分析 ， 未来 需要做的工作有将此监控系统联入煤矿控制网络， 实现远程监测功能。 参考文献 [ 1 ]房利， 国华， 钢张培 ， 等． 主扇风机在线监控 系统设计f J ] ． 淮 阴工学院学报 ， 2 0 0 9 ， 1 8 1 7 7 7 8 ． 【 2 】王强． 矿井通风机在线监控系统应用研究 [ J ] ． 煤矿机械， 2 0 0 9 ， 3 0 5 1 9 7 1 9 8 ． [ 3 】王曙东． 矿井主扇在线监控的研究与设计 [ J ] ． 科技信息， 2 0 1 2 ， 1 8 3 9 1 3 9 2 ． [ 4 】 高涛樊， 清贤， 都科峰， 等． 风机在线监控 系统在新义煤矿 的应 用[ J ] ． 煤炭科技 ， 2 0 1 0 ， 3 7 2 7 3 ． [ 5 】廖礼． 渝阳煤矿矿井通风在线监控 系统的应用[ J ] ．矿业安 全与环保 ， 2 0 1 2 ， 3 9 z 1 8 O 一 8 2 ． 收稿 日期 2 0 1 3 6 2 De s i g n o f Aut o ma t i c M o ni t o r i ng Sy s t e m f o r Un de r g r o u nd Co a l M i n e Dr a i n a g e “ L i - j i n g S h u g u a n g C o a l Mi n e ， F e n x i M i n i n g ， S h a n x i C o k i n g C o a l G r o u p C o ． ， L t d ． X i a o y i ， 0 3 2 3 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t B y t a k e n v e n t i l a t o r o f t h e mi n e a s a n e x a mp l e ， t h e p a p e r s e l e c t t h e 7 - 3 0 0 p r o c e s s o r a n d t h e o t h e r mo d u l e t o e s t a b l i s h t h e P L C P C h a r d wa r e s y s t e m， a n d t h e n a n a l y z e s t h e me a s u r e me n t me t h o d s o f e a c h p ara me t e r i n f a n ， a n d d e t e r mi n e s the s e n s o r s e l e c t i o n ． F i n a l l y ， i t e s t a b l i s h e s c o mmu n i c a t i o n me c h a n i s m o f d a t a r e s o u r c e c o n fi g u r a t i o n a n d t h e s o f t wa r e s t r u c t u r e of t h e c o mp u t e r mo n i t o ri n g s o f t wa r e d e s i g n ． t h e ma i n f a n mo n i t o r i n g a n d c o n t r o l s y s t e m b a s e d o n O PC c o mmu n i c a t i o n p r o t o c o l i s e s t a b l i s h e d ． Ke y wo r d s Ma i n F a n ， On l i n e Mo n i t o rin g ， P L C ， OP C 上接 第 5 2页 其控制研究[ J 】 ． 中国矿业大学学报 ， 2 0 0 0 ， 1 9～1 4 ． [ 4 】游浩， 李宝玉， 张福喜． 阳泉矿区综放面瓦斯综合治理技术 【 M] ． 北京 煤炭工业 出版礼 ， 2 0 0 8 ． [ 5 】何 围益 ． 矿 井 瓦斯 治理 实用技 术[ M] ， 北京 煤 炭工业 出版 社 。 2 0 0 8 ． [ 6 】俞启香． 矿井瓦斯防治 [ M 】 ． 徐州中国矿业大学出版社． 1 99 2． [ 7 ]罗跃 ， 朱炎铭， 王怀勐， 等． 分源预测法在厚煤层瓦斯涌出 量预测研究中的应用[ J ] ． 煤炭工程 ， 2 0 1 1 ， 0 3 8 7～8 9 ． [ 8 】许家林 ， 钱呜高． 覆岩采动裂隙分布特g zP q z [ J 1 ．矿 山 压力与顶板管理 ， 1 9 9 7 ， f 3 2 1 0 ～2 1 2 ． 【 9 ]张铁 岗． 矿井瓦斯综合治理技术[ M 】 _ 北京 煤炭工业 出版 社 ． 2 0 0 1 ． 作者简介 高立群 1 9 6 6 ． 8 一 ， 男， 山东济宁人 ， 硕士研究生学历， 高 级工程师， 山东济矿鲁能煤电股份有限公司阳城煤矿矿长。 收稿 日期 2 0 1 3 8 2 6 5 5