矿井通风机性能监测系统研究.pdf

2 3 4 工矿自动化 矿井通风机性能监测系统研究 徐秋红1 于月森2 1 平顶山煤业集团河南平顶山4 6 7 0 0 0 ；2 中国矿业大学信电学院 江苏徐州 2 2 1 0 0 8 【摘要】风机是煤矿安全生产的重要设备。本文采用工业控制计算机与P L C 组成风机的自 动控制系统。文章给出了计算机通讯程序和P L C 的程序框图。由于采用了P P I 通讯协议，方便了程序 的调试，取得了很好的效果。 【关键词】通风机工控机P L C 通讯程序 1 引言 矿井通风机是保证矿井安全生产的核心设 备，也是矿井主要设备之一。其运行状态和管理 工作是企业安全管理的重要工作之一。在正常 生产情况下。矿井主要通风机的作用主要是为 井下工作人员提供新鲜空气、冲淡和排除生产 过程中产生的各种有害气体和粉尘，调节井下 微气候。而当井下发生诸如瓦斯爆炸、火灾等重 大灾害时主通风机还是救灾决策者用于调控 灾变范围、减少灾害损失的重要工具之一。由此 可见，只有提高通风机的综合运转效率，煤矿企 业的安全才得以保障。因此通风机性能监测是 客观、科学、合理地评价煤炭企业安全生产质量 的前提和基础。目前，我国煤矿通风机性能监测 是以传统常规方法为主。其控制系统仍多采用 继电器控制。风门切换和风机的开停依旧需要 人工完成，存在参与人员多、涉及面广等问。此 外，由于传统方法自动化程度偏低，使用操作上 不方便。导致监控系统无法根据故障状况自动 开停风机．对通风机的管理和监测造成了阻碍。 为此，我们研制了K T Z J 型矿井主通风机在线监 测系统。 2 系统结构及功能 2 ．1 监测系统总体结构 通风机监测系统开发是根据煤矿企业的实 际，本着技术可靠、经济实用和使用方便的原则 进行。其监控系统的整体结构框图如图1 所示。 该监测系统中上位机主要由工控机充当，负 责接口管理和系统资源的高层控制；下位机主要 l 上位机I 山 l 模块1 P L C模块2 山 Il I 通风机l | | 通风机2I 图1 通风机监测系统整体结构框图 由P L C 担当，负责数据采集、处理和控制。硬件部 分主要由西门子s 7 2 0 0P L C 、I O 开关量模块、 A I 模拟量采集模块、U P S 电源、工控机、风速传 感器、轴承温度传感器和风机转速传感器等组 成。软件部分采用微软公司的V B 6 ．0 编制，包括 系统支持软件、通讯连接、数据采集和数据记录 等程序。 工控机是该系统进行数据采集和信号处理 的控制中心，与P L C 之问采用S I E M E N S 公司的 P C ／P P I 电缆连接起来组成P C ／P P I 网络，实现 点对点的控制。S 7 2 0 0P L C 内部集成的P P I 接 口，可在多种模式下工作。它使S 7 2 0 0P L C 可 以与任何协议公开的其他设备、控制器进行通 信。P L C 通信口为R S 一4 8 5 ，而上位机串行口符 合R S 一2 3 2 C 标准协议，为了实现两者的通信必 须进行协议转换，可以利用P C ／P P I 电缆连接两 者并同时完成协议转换的任务。 在现场应用中，当需要P L C 与上位机通讯 时，较多的使用自定义协议与上位机通讯。这种 通讯方式，需要定义自由通讯格式，在P L C 中 编写代码，利用中断方式控制通讯端口的数据 徐秋红等矿井通风机性能监测系统研究2 3 5 ． 收发I n 。采用这种方式，P IE 编程调试较为烦琐， 占用P L C 软件中断和代码资源，程序调试不便。 本系统中上位机与P L C 之间的通讯采用P P I 通 讯协议，该协议采用主从方式进行数据传输，只 要上位机遵循P P I 协议来读写P L C ，就可以省 略编写P L C 的通讯代码。 2 ．2 系统功能 本系统可对两台风机的运行过程进行实时 监控，并可以灵活切换到其它系统，实现可视化 操作。 2 ．2 ．I 监控功能 1 风机系统监控模块可实现对风机的正 常启动、停止和反风启动、停止的操作，还包括系 统的启动条件、正常启动条件、反风启动条件、高 压运转情况、液压站运转情况、各风门的工作状 态以及切换到其它模块的按钮。操作人员可以方 便地了解现场的所有信息，便于操作和查询。 2 风机负载曲线显示模块监视风机运行 的风压、风量、效率等参数的变化趋势，并可以实 时显示风压和风量的数值。 3 风机故障报警显示模块具有故障显示、 打印、记录功能。一旦现场设备出现故障，实时显 示并记录故障发生的时间、设备名称、何种故障、 故障恢复记录以及操作人员。风机设备数据记录 模块对现场主要运行参数进行实时采集、记录、 显示和打印．一次可实时监视多个参数。 4 风机设备运行状态监控模块可监视风 机各设备的运行状态，如轴承温度、风压、轴承 振动、电机温度、液压站运行状态，便于操作人员 根据各参数进行实时操作。 2 ．2 ．2 自动转换功能 由于此通风系统采用一用一备2 台风机．因 此控制系统具有自动转换功能。当2 台风机控制 柜上控制按钮均位于自动位置时。由于2 台风机 的控制程序一样，相互之间互相监视。当其中一 台风机正常或故障停机时．另一台风机自动启 动，而不需要操作人员进行任何操作，这样，极大 地减少了风机的停机时间。 3 、上位机软件实现 上位机软件包括通讯连接、数据采集和数据 记录等程序。应用V B 6 ．0 开发W i n d o w s 应用程 序，界面简单，编程工作量相对较小。在上位机的 软件编制中，通讯程序的实现至关重要．应用 V B 6 ．0 中的M S C o m m 控件可以方便地实现用户 应用程序之间的通讯。 1 串口初始化 在加载窗体时可以对串口进行初始化。 P r i v a t eS u bF o r m - L o a d0 M S C o m m l ．C o m m P o r t 1 M S C o m m l ．S e t t i n g s ”9 6 0 0 ，e ，8 ，1 ⋯设置通信口 参数 M S C o m m l ．I n p u t M o d e c o m I n p u t M o d e B i n a r y ’设 置接收模式为二进制形式 M S C o m m l ．R T h r e s h o l d 1 ’设置接收一个字节 产生O n e o m m 事件 M S C o m m l ．I n p u t L e n 17 设置一次从缓冲区读 取字节数为1 M S C o m m l ．I n B u f f e r C o u n t 0 M S C o m m l ．O u t B u f f e r C o u n t 0 M S C o m m l ．P o r t O p e n T r u e E n dS u b P P I 协议定义串口为以二进制形式收发数 据。这样报文的通讯效率比A S C I I 码高。但用 I n p u t 属性读取数据时，不能直接赋值给B y t e 类 型变量，只能通过先赋值给一个V a r i a n t 类型变 量。返回一个二进制数据的数组，再转换保存到 B y t e 类型变量中。 通讯控件产生的唯一事件是O n C o m m 事 件。每当有通讯错误或某事件发生时，通讯控件 就会产生此事件。一下数据的发送和接收程序可 以在O n C o m m 事件中实现。 2 数据发送 M S C o m m l ．O u t B u f f e r C o u n t 0 ’清除发送缓冲区 M S C o m m l ．I n B u f f e r C o u n t 0 7 清除接收缓冲区 M S C o m m l ．O u t p u t S t r _ R e a d _ T7 发送数据。 S t r _ _ R e a d _ T M S C o m m l ．R T h r e s h o l d 1 ’允许发生通信 接收事件。每次1 字节 3 数据接收 M S C o m m l ．I n p u t L e n 0 7 一次读走全部内容 v a r l n B u f f M S C o m m l ．I n p u t7 接收数据放入缓 冲区，v a r I n B u f f 为V a r i a n t 类型变量 R e D i mS t r _ R e s p o n s e _ T 0T oi n t D a t L e n S t r _ R e s p o n s e _ T 0 v a r l n B u f f 0 ’ 2 3 6 工矿自动化 S t r _ R e s p o n s eT 为B y t e 类型数组 4P L C 编程实现 具体流程如图2 所示。首先系统带电进行初 始化，检查系统外部条件是否正常。若不正常， 则显示相应设备故障，提醒操作人员进行处理； 若正常，则进行数据采集 可参考S I E N M E N S S 7 2 0 0 数据手册 以及数据的处理。包括逻辑控 制及逻辑判断。然后将上位机需要的数据放入缓 冲区，等待上位机的读取。然后根据判断结果进 行相应的处理。 由于P P I 通讯协议的采用，P L C 中省掉了通 讯协议的编程实现，极大的节约了资源，方便了 程序的调试。 5 结论 该系统在河南某矿运行，效果良好。通过现场 使用表明，该系统实现了先进、高效、准确、可靠 的预期设计目标，具有自动控制功能强大、操作 简单、界面友好、性能安全可靠、维护量小等优 点，具有推广应用价值。 参考文献 1 ．张道光．基于S I M A T I CS 7 2 0 0 的自由 1 2 通讯．郑州纺织工学院学报[ J 】，2 0 0 1 ，0 6 0 2 2 ．徐方立等。主通风机运行监测报警装置 的研制与应用，煤矿机械【J 】，2 0 0 4 ，0 8 ． 3 ．卞清伟等，利用P L C 实现通风机的自动 控制，煤炭技术[ J ] ，2 0 0 4 ，0 9 ． 4 ．李志宏等，基于V B 的P L C 和上住机通 信的实现方法，基础自动化[ J ] ，2 0 0 2 ，0 2 ． 5 ．马从国等，基于V B 平台下的P L C 与P c 集 散系统通讯软件设计，农机化研究叨，2 0 0 4 ，0 5 0 3 ． 作者简介 徐秋红 1 9 6 卜 ，女，河南平顶山人，助理工 程师．现于平煤集团六矿从事机电技术管理工作． 图2P L C 软件流程图 - - - - - 一 - - - 一 - 一- 一 - 一 - - - - 一- - - - 卜- 卜- - 一- - 一 - - P - - P - 一- - - 基于罗克韦尔C o n t r o l N e t 环网的煤矿安全生产集中控制及调度指挥系统 系统以罗克韦尔的C o n u o l N e t 工网或现场总线上。总线存取总线上最多站点 业现场总线为核心，配合网络控制器 和网络传感器构成煤矿综合自动化系 统。系统可以实现在矿调度室集中控 制井上、下机电设备，监测各种环境、 工况信息，可以与管理层实现信息交 换，实现管控一体化。 1 ．系统构成系统由信息层、控制 层和设备层组成。 信息层可以与地理信息系统、生 产调度指挥系统、矿井各种管理系统 汇接，按信息流方式实现煤矿现代化 管理。 控制层井上由l O O M 工业以太 网构成冗余环网．井下由C o n t r o l N e t 现场总线构成冗余环网，网络控制器 也是环网的一个节点，并可与远程I ／0 相连。 设备层设备的执行机构和网络 传感器均通过现场总线直接挂在以太 工业电视视频系统，在本系统中 需单独布线。 2 ．系统特点 ①控制器采用C o n t r o l L o g l x 1 7 5 6 系列 P I E ； ②可形成快速环形冗余网络，重 构时间严格小于3 0 0 m s ； ③网络控制器可以监测控制井下 机电设备和设备附近的环境参数，又 是网络的一个节点； ④采用生产者，客户模式的先进 的网络技术。 3 ．系统主要指标 带宽5 M 传输技术R S - - 4 8 5 双绞线、双线 电缆、光缆 传输距离 9 ．6 k i n a s4 8 5 ， 1 1 8 0 0 0 小时 使用寿命1 0 0 0 0 0 小时 该系统已在兖矿集团济三煤矿投 入使用，可以在矿调度室集中控制井 下主煤流系统、供电系统和排水系统， 并可监测综放工作面设备的工况；集 中控制地面通风机、压风机等系统，监 测提升机、选煤厂的工况和生产情况。 该系统于2 0 0 5 年1 2 月通过煤炭工业 协会鉴定，被评为国际先进水平。 联系人张申 电话 0 5 1 6 8 3 9 1 9 1 6 9