矿井主要通风机集中监控系统设计与实现_卢建宝.pdf

2023NO3ISSN 1672-9064CN 35-1272/TK收稿日期：2023-01-09作者简介：卢建宝（1974），男，本科，高级工程师，长期从事煤矿机电技术管理工作。矿井主要通风机集中监控系统设计与实现卢建宝邓金煌（福建省永安煤业有限责任公司福建三明366100）摘要介绍1种基于海为PLC和KingView组态软件的矿井主要通风机集中监控系统设计方案。在实践的基础上，详细论述了主要通风机集中远程监控的实现形式及其系统结构的组成、功能和软、硬件设计。该系统实现了风机运行状态运行监测和远程集中控制的全部功能，可较好地保障矿井主要通风机的安全、可靠运行，实现了矿井主要通风机自动化、智能化监控。关键词矿井主要通风机监控系统PLC设计应用中图分类号：TD724文献标识码：A文章编号：1672-9064(2023)03028030引言矿井主要通风机是煤矿通风系统的重要组成部分。井下工作现场条件恶劣，保证矿井主要通风机的安全、可靠、经济、可连续运转，直接关系着井下工作人员身体健康和安全生产。因此，建立功能完善的主要通风机监控系统、实现自动化、智能化集中监控具有重要意义。本文介绍1种基于海为PLC和KingView组态软件的矿井主要通风机集中监控系统设计方案，将系统接入矿井调度监控中心统一管理运行，借助图像监视和可视化界面监测等，对主要通风机运行状况进行在线监测，并实现远程集中监控的全部功能，其拓扑结构如图1所示。1系统组成及功能1.1系统组成苏桥煤矿+390 m主要通风机是型号为FBCDZNO 18/2132的防爆抽出式对旋轴流通风机，2台互为备用，额定电压为380 V，电机功率为2132 kW，分别由4台英威腾CHF100-110G/132P变频器驱动。设计的主要通风机监控系统主要由中心站主机、海为PLC、监控主机、风机负压、风量、风速、风门控制开关及电机开关状态、电动机轴承温度、振动、电力参数采集模块和各种传感器组成。1.2系统功能主要通风机监控系统以自动化、智能化监控为主，具有极强的实用性、安全性和高效性，对主要通风机运行状况进行远程实时监测和集中控制。该系统实现了8个主要功能：（1）实时监测主要通风机的运行参数，包括风机负压、静压、风量、风速等。（2）实时监测主要通风机电动机运行状态电气参数，包括运行频率及其电流、电压、功率，电动机前、后轴承温度及振动幅值等。（3）实现主要通风机远程“一键启动”“远程调频”和“一键倒机”控制功能。（4）在井口调度中心即可“一键反风”“一键恢复”，实现主要通风机反风操作的全部功能。（5）监测的参数值达到报警值时，系统会发出报警，并自动记录报警信息。（6）实现主要通风机手动、系统就地和远程3种控制方式。（7）形成主要通风机运行数据报表，每小时记录1次，每日形成1张报表。（8）实现主要通风机井口调度中心远程实时在线监测，直观显示运行状态。2系统设计与实现2.1硬件设计矿井主要通风机监控系统以英威腾CHF100-110G/132P变频器和海为T32S0T/P-PLC为核心。T32SOT/P-PLC硬件主要由电源模块、CPU、数字量输入输出模块、模拟量输入输出模块、通信模块组成。2.1.1PLC硬件结构图根据轴流式主要通风机操作规程以实现风机正常启动、一键启动、一键急停、一键倒机、一键反风、一键恢复和调频等功能，绘制PLC系统硬件结构图和电气系统图。其PLC硬件结构如图2所示。2.1.2电力参数采集在主要通风机低压控制柜上安装山东力创科技有限公司生产的EDA9060A继电器采集模块，完成三相电压、电流、运行频率、有功功率等电力参数的测量。利用RS-485通信接口图1主要通风机集中监控系统拓扑结构图能 源 与 电 力282023NO3.ISSN 1672-9064CN 35-1272/TK图2PLC硬件结构图将相应的数字信号通过采集模块内设置的Modbus-RTU协议解析，实现CPU与电力参数采集模块通信，完成所需要的电力参数采集。2.1.3其他模拟量采集对照系统硬件结构图和电气系统图分别安装主要通风机蝶阀电动装置、变频器的控制线、各类传感器和风井防爆门电磁锁等。将主要通风机蝶阀开关状态及其开启度用电位器转换成相应的数字量送入CPU中，再由CPU将其转换成“开到位”“关到位”指令信号；在各级电动机的A、B、C三相定子和前后轴承安装热电阻传感器，通过温度模块将其转换成相应的数字量送入CPU中，再由CPU将其转换成实际温度值；在主要通风机的风道处安装用于测量主要通风机压力和流量的气体管路接入压力和流量传感器，通过压力和流量模块转换成420 mA电流输出信号；在每一级风机上安装水平和垂直方向振动传感器，将主要通风机的振动烈度线性转换成420 mA电流输出信号。通过RS-485通信接口将各模拟量模块与系统PLC连接，实现模拟量数据采集。2.2软件设计矿 井 主 要 通 风 机 监 控 系 统 软 件 采 用 组 态 王 软 件KingView6.5实现。利用组态王软件，将主要通风机的实时运行状况以模拟动画的形式反映在人机界面上，便于调度人员监视；操作人员也可通过人机界面发出的指令来实现主要通风机的各种操作，该人机界面设置有管理员、工程师、操作员等管理权限，防止误操作或无权限指令操作。光电收发器将PLC与调度室工控机相连接，通过组态王软件接收和发送命令至PLC，PLC接收到指令后控制主要通风机相应的执行机构执行完成指令。系统软件设计主要包括监控界面设计、数据库管理及数据报表。2.2.1监控界面系统监控界面采集了在电动机不同频率下主要通风机各类监测数据的实际值，这些实际值体现在主要通风机的实时在线监测界面上；当系统监测的参数值达到报警值时，系统会发出报警信息，并记录报警信息，形成报警记录子界面；为了客观反映主要通风机时时运行状况，设计形成实时/历史数据报表子界面，形成主要通风机运行数据报表，每小时记录1次，每日形成1张报表；在登录界面设计了管理权限，设置了密码，只有取得权限指令后方可对系统操作，否则只有查询、监视权限。主界面如图3所示。2.2.2数据库管理KingView6.5的核心是运行时数据库，主要用于存放内存型、I/O型及间接型标记名，并定义参数的详细信息。运行时数据库中将上传的数据和将要传出的指令，通过中心站主机进行数据处理，完成各类数据的上传和各类指令的下达。主要通风机的实时监测数据利用数据采集模块进入系统，系统通过中心站主机将上传的数据进行数据分析处理后保存在运行数据库中，同时系统定时将实时数据保存到历史数据库中，反映在用户管理界面上，以便监控人员查询、监视；在系统运行状态下，运行数据库中包含所有参数的当前值。当操作人员按管理权限下发指令时，传出的指令通过中心站主机进行CPU数据分析处理后传送至主要通风机的执行终端，执行终端接收到指令后按照系统设定的程序自动实现主要通风机各类功能指令在规定的时间内完成；当系统监测的参数值达到报警值时，上传的数据经过系统数据分析后通过报警窗口发出报警信息。PLC通过RS485通信接口连接各模拟量模块及变频器，使用ModbusRTU通信，各模拟量模块及变频器作为从站，海图3主要通风机监控系统主界面能 源 与 电 力292023NO3ISSN 1672-9064CN 35-1272/TK29LI H W，YAN Y G，AKIBA E，et al.Improved dehydrogenation andrehydrogenation properties of LiBH4by nanosized Ni additionJ.Materials Transactions，2014，55（8）：1134-1137.30ZHANG Y，ZHANG W S，FAN M Q，et al.Enhanced Hydrogen Stor-age Performance of LiBH4SiO2TiF3CompositeJ.The Journal ofPhysical Chemistry C，2008，112（10）：4005-4010.31CAI W，YANG Y，TAO P，et al.A fleeting glimpse of the dual rolesof SiB4in promoting the hydrogen storage performance of LiBH4J.Dalton Transactions，2019，48（4）：1314-1321.32AU M，JURGENSEN A，ZEIGLER K.Modified lithium borohydridesfor reversible hydrogen storage（2）J.Journal of Physical ChemistryB，2006，110（51）：26482-26487.（上接第24页）为T32S0T/P PLC作为主站，设置并读写各模拟量模块及变频器数据。数据库结构如图4所示1。2.2.3数据报表系统数据报表包括实时数据报表、历史数据报表、报警报表等。系统在监控系统主界面上分别显示、级电机运行时主要通风机的静压、动压、电压、电流、运行频率及其电机前轴温度、后轴温度、A相温度、B相温度和振动幅值等实时数据，每小时记录1次，每天00：00前生成当日运行日记，以历史数据报表形式保存。当系统监测的参数数值达到报警值时，系统进行报警处理并记录报警信息，管理人员可按照报警的具体日期、时间、类型查询报警数据。2.3反风实现方式操作人员在取得权限后按下“一键反风”或“一键恢复”指令，系统中心站主机会自动进行数据分析处理后传送至执行终端，实现主要通风机“反风”和反风结束后“恢复”正常通风，达到“一键”操作功能。整个反风操作过程，能够在10 min内完成，符合煤矿安全规程要求。（1）“一键反风”。矿井在安全生产过程中，需要主要通风机反风操作时，由指挥中心下达反风操作命令，在井口调度中心（在取得系统管理权限后）即可按下“一键反风”控制键，系统自动下达执行指令：紧锁风井防爆门停止在用风机运行关闭在用风机蝶阀开启备用风机蝶阀备用风机变频器自动调至反转位置启动备用风机实现反风，整个过程由“一键反风”控制键通过设计的系统指令在规定的时间内全自动完成2。反风时，系统能够自动控制风机相关机组的蝶阀开、合，远程调整各级电机的频率输入，并对蝶阀的开启度、风机运行的参数进行实时监测。（2）“一键恢复”。反风结束后，接到指挥中心下达反风结束命令，在井口调度中心就能够实现“一键”控制恢复正常通风。即按下“一键恢复”控制键，系统自动按照以下程序恢复正常通风：停止反风风机关闭反风风机蝶阀开启在用风机蝶阀开启在用风机变频器调至需要的给定频率恢复正常通风恢复风井防爆门反风风机变频器恢复至正转位置，整个过程由“一键恢复”控制键在规定的时间内全自动完成。2.4控制方式设计为了便于主要通风机检修、检测的需要和远程集中控制，考虑到主要通风机的重要性，系统采用3种控制模式，即手动控制、系统就地控制、远程控制。3种模式控制通过转换开关来实现。2.4.1手动控制手动控制方式是在主要通风机检修、性能检测需要时或者监控系统出现故障而导致系统程序不能自动运行时所采取的控制方式。操作人员可按照主要通风机操作规程，人工手动操作主要通风机变频器柜及其低压柜门下的各类按钮或启停装置进行合闸、分闸操作，实现主要通风机电动机的启停、调频；也可以按照主要通风机反风操作流程用手动控制方式实现反风。2.4.2系统就地控制系统就地控制可通过操作在线监测控制柜主机来实现。在线监测控制柜主机通过RJ45以太网接口与系统PLC的以太网进行通信。系统可直接读取PLC中的数据，控制主要通风机变频器柜及其低压柜开关和风机蝶阀的开、合，实现主要通风机的正常启停和风门的开启、关闭及反风操作等。2.4.3远程控制通过井口调度室设计安装的人机界面，实现调度室工控机与主要通风机在线监测主机连通，利用KingView软件的中心站主机发放控制命令到系统PLC，系统PLC将该命令解释成相应时序信号来