孫佳

（1.中北大學(xué)，山西太原030051；2.北京首寶核力設(shè)備技術(shù)有限公司，河北唐山063200）

基于PLC的礦井風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

孫佳1，2

（1.中北大學(xué)，山西太原030051；2.北京首寶核力設(shè)備技術(shù)有限公司，河北唐山063200）

參考國內(nèi)外遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，根據(jù)礦井風(fēng)機(jī)實(shí)際分布狀況，設(shè)計(jì)出以可編程邏輯控制器PLC為核心的調(diào)度控制主站。通過數(shù)據(jù)模擬對(duì)程序進(jìn)行測(cè)試，使界面能正常顯示實(shí)時(shí)模擬參數(shù)數(shù)據(jù)（如風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)壓、軸溫、電流、電壓等）。通過實(shí)驗(yàn)調(diào)試的方法檢驗(yàn)風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速及啟動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)等控制功能。

PLC；組態(tài)軟件；監(jiān)控系統(tǒng)；通風(fēng)機(jī)

引言

隨著各類礦業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，產(chǎn)能釋放趨于穩(wěn)步增長，生產(chǎn)安全成為國內(nèi)外企業(yè)最關(guān)心的問題。而在礦井生產(chǎn)過程中，通風(fēng)系統(tǒng)的安全是造成各類事故的首要?dú)⑹?，風(fēng)機(jī)則成為了通風(fēng)系統(tǒng)中的重點(diǎn)研究對(duì)象。

對(duì)于礦井安全生產(chǎn)而言，風(fēng)機(jī)是至關(guān)重要的重點(diǎn)設(shè)備，通風(fēng)機(jī)為礦井提供新鮮空氣、稀釋井下有害有毒及爆炸性氣體，保證工人在井下安全作業(yè)。風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況是否正常與井下風(fēng)量是否充足有著直接的關(guān)系，國內(nèi)的風(fēng)機(jī)普遍能耗較高，風(fēng)機(jī)老化或風(fēng)阻加大會(huì)造成不良的通風(fēng)效果，因此，對(duì)煤礦風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控十分必要，這樣可以預(yù)防發(fā)現(xiàn)并及時(shí)處理故障，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的集中監(jiān)控。本次研究為礦井及工業(yè)開發(fā)等工程項(xiàng)目中的監(jiān)控系統(tǒng)提供了非常實(shí)用的參考價(jià)值［1］。

1　研究及設(shè)計(jì)內(nèi)容

主要通過監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)的各種傳感器輸出信號(hào)到PLC的監(jiān)控系統(tǒng)，完成數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換，繼而控制風(fēng)機(jī)的工作效率，PLC的輸出信號(hào)通過WINCC軟件創(chuàng)建界面顯示在可視顯示屏上，通過局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)共享，建立成為可以實(shí)時(shí)監(jiān)控的報(bào)警系統(tǒng)，圖1為總體設(shè)計(jì)圖。

圖1　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2　系統(tǒng)控制方案

本系統(tǒng)由PLC控制兩臺(tái)變頻器、風(fēng)機(jī)的變頻切換以及聲光報(bào)警器的運(yùn)行。風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，傳感器也同時(shí)開始進(jìn)行工作，采集空氣中瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)并進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析；同樣傳感器可以采集周邊環(huán)境中的風(fēng)壓、風(fēng)機(jī)運(yùn)行溫度等數(shù)據(jù)分析并進(jìn)行處理，不同的傳感器采集不同種類的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。由傳感器獲取的信號(hào)經(jīng)過PLC將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，并且與先前設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析后，然后信號(hào)又經(jīng)過PLC將數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬量，最后轉(zhuǎn)換成所需電壓值通過變頻器來對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)［2］。系統(tǒng)控制圖如下頁圖2所示。

3　系統(tǒng)監(jiān)控程序設(shè)計(jì)

為了能夠更好地對(duì)主風(fēng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，需要使用WINCC在上位機(jī)編輯開發(fā)程序，用于監(jiān)測(cè)和控制。編輯開發(fā)的主監(jiān)控系統(tǒng)，要能將風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中的各種重要參數(shù)和信號(hào)都反映出來，同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)操作人員與機(jī)器的交流，保障系統(tǒng)功能的完全實(shí)現(xiàn)。它在上位機(jī)軟件中居于核心地位，是重要的核心部分［3］。

圖2　系統(tǒng)控制圖

通過STEP7 OS的網(wǎng)站編譯，設(shè)備需要主監(jiān)控程序直觀顯示在WinCC變量站。這些變量需要控制輸入輸出條件和監(jiān)控模擬顯示能力，根據(jù)具體設(shè)計(jì)的主要監(jiān)控程序圖，這些變量都有自己對(duì)應(yīng)的輸出區(qū)域，動(dòng)態(tài)組態(tài)的輸出區(qū)域和可變的動(dòng)作都會(huì)導(dǎo)致不同的結(jié)果配置，變量的輸出受到來自各個(gè)區(qū)域不同動(dòng)作的影響，達(dá)到了直接操作變量和動(dòng)態(tài)顯示的效果［4］。主監(jiān)控程序人機(jī)交互界面，主要反映主通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的相關(guān)信息和控制功能。一般來說，有數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)區(qū)、設(shè)備監(jiān)控區(qū)兩部分組織。溫度、振動(dòng)、電流電壓、負(fù)壓等值的模擬量，可以通過數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)區(qū)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和分析。與風(fēng)機(jī)啟動(dòng)關(guān)聯(lián)的進(jìn)線柜、工作風(fēng)門、油站、軟啟動(dòng)柜等設(shè)備信息可以在設(shè)備監(jiān)控區(qū)內(nèi)進(jìn)行監(jiān)控。

4　結(jié)語

本文對(duì)礦井通機(jī)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行深入研究，并對(duì)主要設(shè)計(jì)內(nèi)容及過程進(jìn)行了描述說明，該系統(tǒng)不僅能夠?qū)崟r(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控礦井風(fēng)機(jī)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行分析對(duì)比，極大程度地排除了井下空氣安全隱患，而且變頻控制通風(fēng)機(jī)更加經(jīng)濟(jì)節(jié)能，大大減少了煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

［1］張鳳珊.可編程序控制器及電氣控制［M］.北京:中國輕工業(yè)出版社，2003.

［2］黃文慧.礦井風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)研究［D］.武漢:武漢工程大學(xué)，2012.

［3］閆鑫，戴鵬，萬紫嫣.礦井主扇風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的研究應(yīng)用［J］.工礦自動(dòng)化，2013（4）:237-239.

［4］吳奇，葉俊峰.基于PLC的礦井通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)［J］.煤礦機(jī)械，2015（1）:259-261.

（編輯：賈娟）

The Design of the Mine Ventilator Remote Monitoring System Based on PLC

Sun Jia1，2
（1.North University of China，Taiyuan Shanxi 030051；2.Shoubao Nuclear Equipment Technology Co.，Ltd.，Tangshan Hebei 062300）

Refer to the current development of remote monitoring system at home and abroad and actual distribution of the mine fan，this paper designed with programmable logic controller PLC as the core of scheduling controlling center.Through data simulation testing program，the interface can display the real-time simulation of normal parameter data（such as fan air volume，air pressure，temperature，current，voltage，etc.）.Through the method of experimental debugging test fan frequency control of motor speed and start，stop，and reversing control functions.

PLC；configuration software；monitoring system；fan

TP277

A

2095-0748（2016）13-0115-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.13.46

2016-05-21

孫佳（1988—），女，山西陽泉人，中北大學(xué)在讀工程碩士，現(xiàn)就職于北京首寶核力設(shè)備技術(shù)有限公司，研究方向：電子信息與通信工程。