煤礦通風(fēng)羅茨鼓風(fēng)機監(jiān)測系統(tǒng)

山東錦工有限公司是一家專業(yè)生產(chǎn)羅茨鼓風(fēng)機、羅茨真空泵、回轉(zhuǎn)風(fēng)機等機械設(shè)備公司，位于有“鐵匠之鄉(xiāng)”之稱的山東省章丘市相公鎮(zhèn)，近年來，錦工致力于新產(chǎn)品的研發(fā)，新產(chǎn)品雙油箱羅茨風(fēng)機、水冷羅茨風(fēng)機、油驅(qū)羅茨風(fēng)機、低噪音羅茨風(fēng)機，贏得了市場好評和認可。

煤礦主通風(fēng)羅茨鼓風(fēng)機是實現(xiàn)礦井通風(fēng)的作業(yè)的重要的設(shè)備，它擔(dān)負著向煤礦井下生產(chǎn)及生產(chǎn)輔助系統(tǒng)輸送新鮮空氣，具有強制送風(fēng)的特點，并將粉塵和污濁風(fēng)流拋棄出地面、為井下生產(chǎn)現(xiàn)場的工作人員創(chuàng)造較好的氣候條件，使他們能保持良好的精神狀態(tài)，提高生產(chǎn)效率，確保礦井安全生產(chǎn)。
西門子風(fēng)機監(jiān)測系統(tǒng)可以對風(fēng)機起到“健康檢查”的作用，還可以及時了解其“健康”狀況，掌握其“病癥”，預(yù)測發(fā)展趨勢及危害程度風(fēng)扇運行維護人員可根據(jù)風(fēng)機監(jiān)測結(jié)果進行綜合判斷，確定檢修時間。這樣就可以按照風(fēng)機運行實際狀況合理安排檢修工作，實現(xiàn)所謂的“預(yù)知”維修。避免了風(fēng)機因突然發(fā)生事故而停機所帶的損失，同時也可以減輕維修人員的工作量。
1 系統(tǒng)背景
西門子最先提出了全集成自動化TIA的概念，SIMATIC S7-300PLC不僅在控制功能上表現(xiàn)出色，而且具備強大的通訊功能，作為模塊化的PLC產(chǎn)品，采用緊湊的、無物理槽位限制的模塊結(jié)構(gòu)，電源模塊（PS）、處理模塊（CPU）、通信模塊（CP）、信號模塊（SM）以及功能模塊（FM）都以相同的方式安裝在導(dǎo)軌上。安裝的過程非常簡單，只需要將模塊鉤放在DIN標準導(dǎo)軌上，然后用螺栓鎖緊即可。機架的邏輯槽位由左至右分別為1號至11號，其中電源模塊總是放在導(dǎo)軌的最左邊，CPU模塊緊靠電源模塊。如果有接口模塊，則其應(yīng)安排在CPU模塊的右側(cè)。
2 風(fēng)機自動化監(jiān)控系統(tǒng)運行方式
本系統(tǒng)共有三種運行方式可供選擇，即“就地”、“遠控”、“自動”；在觸摸屏上我們可以選擇就地或遠控兩種方式。
在我們的集控室羅茨風(fēng)機供電界面上有一個自動/半自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，當(dāng)我們在觸摸屏上設(shè)置了遠控方式時，此開關(guān)才會有效，當(dāng)我們選擇自動時，風(fēng)機進入自動運行狀態(tài)，此時，不管是現(xiàn)場觸摸屏，還是集控室，都不能進行控制，只能進行監(jiān)測風(fēng)機的運行參數(shù)：當(dāng)我們選擇半自動時，風(fēng)機進入半自動運行方式，此時，可以用集控室的控制終端進行控制；當(dāng)我們把現(xiàn)場觸摸屏打到就地時，就只能進行現(xiàn)場的觸摸控制。
3 風(fēng)機監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計
3.1 通風(fēng)羅茨鼓風(fēng)機自動控制原理
監(jiān)測系統(tǒng)由各類傳感器、電量變送器、工控機和其他外圍設(shè)備組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下所示，各環(huán)節(jié)的設(shè)計充分考慮礦井含塵、潮濕、氣流脈動的惡劣通風(fēng)環(huán)境，以及其他電器設(shè)備的電磁干擾。在各類傳感器選型除了滿足精度的基礎(chǔ)上，也極其注重設(shè)備的抗干擾性能。
3.2 風(fēng)機參數(shù)的監(jiān)測
通過以上的分析可知，為了達到主通風(fēng)羅茨鼓風(fēng)機性能在線監(jiān)測的目的，應(yīng)實時在線監(jiān)測以下主要參數(shù)：平均流速、礦井負壓、風(fēng)機入口靜壓、電機有功功率、電流、電壓、氣體密度，轉(zhuǎn)速等。根據(jù)以上參數(shù)可求得風(fēng)機的各項性能指標，再根據(jù)相似原理換算至規(guī)定狀態(tài)下即可繪制通風(fēng)羅茨鼓風(fēng)機的性能曲線。
4 風(fēng)機監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計
4.1 可編程邏輯控制器的風(fēng)機自動監(jiān)控設(shè)計
整個系統(tǒng)按照功能可以分為三大部分：信號檢測部分、數(shù)據(jù)采集處理部分、上位機和觸摸屏部分。
電機振動參數(shù)由安裝在風(fēng)機軸承上的速度傳感器及變換器傳送至PLC的模擬量模塊。
溫度監(jiān)測部分是由內(nèi)置在電機的PT100熱電阻傳感器和變送器、智能儀表（溫度巡檢儀）構(gòu)成，多路電機溫度參數(shù)在控制柜巡回顯示，同時溫度巡檢儀與PLC進行通信，將參數(shù)上傳。
壓差參數(shù)是由相應(yīng)的壓差和負壓傳感器傳送給PLC的模擬量模塊進行處理。
電氣參數(shù)由安裝在各開關(guān)柜內(nèi)的智能綜保單元與PLC以通訊的方式進行信息傳送，同時對電機的控制命令也經(jīng)由綜保單元實現(xiàn)，傳送的電氣參數(shù)有電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率等多種參數(shù)。
4.2 PLC模塊軟件設(shè)計
PLC的監(jiān)控程序包括系統(tǒng)監(jiān)控程序和用戶監(jiān)控程序兩部分。由于考慮到風(fēng)機運行的重要性，采用了三級操作模式，即手動操作開關(guān)、就地觸摸屏控制、上位機遙控操作，其中對于風(fēng)機的啟停操作也運用了兩種方式，一種通過CP340給綜保裝置發(fā)遙控命令，利用綜保裝置的遙信狀態(tài)當(dāng)作反校模式；另一種是通過DO模塊直接接線到高壓開關(guān)的合分向繼電器線圈，這樣確保了風(fēng)機高壓開關(guān)操作的可靠性。
CP340模塊與多臺綜保裝置通過RS485接口利用其自定義的協(xié)議進行問答式通訊，考慮到電氣量的特殊性，我們在設(shè)置相隔150M與每臺綜保裝置循環(huán)進行通信；另一塊CP340模塊也通過RS485接口利用其自定義協(xié)議與溫度巡檢儀進行通信，考慮到溫度參數(shù)變化的遲緩性及合理分配CUP的資源，設(shè)置循環(huán)通信時間為5分鐘。整個系統(tǒng)中延時及分析判斷的中間狀態(tài)都在PLC內(nèi)部完成，充分利用了PLC的內(nèi)部資源。
4.3 用PLC實現(xiàn)風(fēng)機的自動控制
本系統(tǒng)采用了分塊程序結(jié)構(gòu)編程，分塊程序是指把一個工程的全部任務(wù)分成多個任務(wù)模塊，每個模塊的控制任務(wù)則根據(jù)具體情況編寫相應(yīng)的子程序進行處理，在程序執(zhí)行過程中，CPU不斷掃描主程序OB1碰到子程序調(diào)用指令就轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的子程序中執(zhí)行。分塊程序雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜一點，但是可以把一個復(fù)雜的控制任務(wù)分解成多個簡單的控制任務(wù)，分塊程序有利于程序員編寫，而且程序調(diào)試起來也比較簡單。
5 結(jié)論
主通風(fēng)羅茨鼓風(fēng)機是煤礦的四大固定設(shè)備之一，擔(dān)負著向井下輸送新鮮空氣，排出粉塵和污濁氣流的重任。采用西門子S7-300PLC礦井主扇羅茨鼓風(fēng)機自動化監(jiān)控系統(tǒng)可實時監(jiān)測通風(fēng)羅茨鼓風(fēng)機的性能參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)、電機的電氣參數(shù)并能實現(xiàn)遠程通訊。通過計算機技術(shù)實現(xiàn)了主通風(fēng)羅茨鼓風(fēng)機性能及狀態(tài)的在線實時監(jiān)測。提高了主通風(fēng)羅茨鼓風(fēng)機設(shè)備的自動化管理水平，有力地保證了主通風(fēng)羅茨鼓風(fēng)機設(shè)備的經(jīng)濟、可靠運行，為設(shè)備的管理和維修提供了可靠的科學(xué)依據(jù)。

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