煤礦通風(fēng)羅茨鼓風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)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(jī)、羅茨真空泵、回轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)等機(jī)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(jī)、水冷羅茨風(fēng)機(jī)、油驅(qū)羅茨風(fēng)機(jī)、低噪音羅茨風(fēng)機(jī)，贏得了市場(chǎng)好評(píng)和認(rèn)可。

煤礦主通風(fēng)羅茨鼓風(fēng)機(jī)是實(shí)現(xiàn)礦井通風(fēng)的作業(yè)的重要的設(shè)備，它擔(dān)負(fù)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(qiáng)制送風(fēng)的特點(diǎn)，并將粉塵和污濁風(fēng)流拋棄出地面、為井下生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)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(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以對(duì)風(fēng)機(jī)起到“健康檢查”的作用，還可以及時(shí)了解其“健康”狀況，掌握其“病癥”，預(yù)測(cè)發(fā)展趨勢(shì)及危害程度風(fēng)扇運(yùn)行維護(hù)人員可根據(jù)風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行綜合判斷，確定檢修時(shí)間。這樣就可以按照風(fēng)機(jī)運(yùn)行實(shí)際狀況合理安排檢修工作，實(shí)現(xiàn)所謂的“預(yù)知”維修。避免了風(fēng)機(jī)因突然發(fā)生事故而停機(jī)所帶的損失，同時(shí)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(dòng)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(qiáng)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(hào)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(jiǎn)單，只需要將模塊鉤放在DIN標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌上，然后用螺栓鎖緊即可。機(jī)架的邏輯槽位由左至右分別為1號(hào)至11號(hào)，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(jī)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行方式
本系統(tǒng)共有三種運(yùn)行方式可供選擇，即“就地”、“遠(yuǎn)控”、“自動(dòng)”；在觸摸屏上我們可以選擇就地或遠(yuǎn)控兩種方式。
在我們的集控室羅茨風(fēng)機(jī)供電界面上有一個(gè)自動(dòng)/半自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，當(dāng)我們?cè)谟|摸屏上設(shè)置了遠(yuǎn)控方式時(shí)，此開關(guān)才會(huì)有效，當(dāng)我們選擇自動(dòng)時(shí)，風(fēng)機(jī)進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)，不管是現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏，還是集控室，都不能進(jìn)行控制，只能進(jìn)行監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)：當(dāng)我們選擇半自動(dòng)時(shí)，風(fēng)機(jī)進(jìn)入半自動(dòng)運(yùn)行方式，此時(shí)，可以用集控室的控制終端進(jìn)行控制；當(dāng)我們把現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏打到就地時(shí)，就只能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的觸摸控制。
3 風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
3.1 通風(fēng)羅茨鼓風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制原理
監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由各類傳感器、電量變送器、工控機(jī)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(jì)充分考慮礦井含塵、潮濕、氣流脈動(dòng)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(jī)參數(shù)的監(jiān)測(cè)
通過以上的分析可知，為了達(dá)到主通風(fēng)羅茨鼓風(fēng)機(jī)性能在線監(jiān)測(cè)的目的，應(yīng)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)以下主要參數(shù)：平均流速、礦井負(fù)壓、風(fēng)機(jī)入口靜壓、電機(jī)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(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，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(jī)的性能曲線。
4 風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
4.1 可編程邏輯控制器的風(fēng)機(jī)自動(dòng)監(jiān)控設(shè)計(jì)
整個(gè)系統(tǒng)按照功能可以分為三大部分：信號(hào)檢測(cè)部分、數(shù)據(jù)采集處理部分、上位機(jī)和觸摸屏部分。
電機(jī)振動(dòng)參數(shù)由安裝在風(fēng)機(jī)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(cè)部分是由內(nèi)置在電機(jī)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(jī)溫度參數(shù)在控制柜巡回顯示，同時(shí)溫度巡檢儀與PLC進(jìn)行通信，將參數(shù)上傳。
壓差參數(shù)是由相應(yīng)的壓差和負(fù)壓傳感器傳送給PLC的模擬量模塊進(jìn)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(jìn)行信息傳送，同時(shí)對(duì)電機(jī)的控制命令也經(jīng)由綜保單元實(shí)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(jì)
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(jī)運(yùn)行的重要性，采用了三級(jí)操作模式，即手動(dòng)操作開關(guān)、就地觸摸屏控制、上位機(jī)遙控操作，其中對(duì)于風(fēng)機(jī)的啟停操作也運(yùn)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(jī)高壓開關(guān)操作的可靠性。
CP340模塊與多臺(tái)綜保裝置通過RS485接口利用其自定義的協(xié)議進(jìn)行問答式通訊，考慮到電氣量的特殊性，我們?cè)谠O(shè)置相隔150M與每臺(tái)綜保裝置循環(huán)進(jìn)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(jìn)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(shí)間為5分鐘。整個(gè)系統(tǒng)中延時(shí)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(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的自動(dòng)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(gè)工程的全部任務(wù)分成多個(gè)任務(wù)模塊，每個(gè)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(jìn)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(diǎn)，但是可以把一個(gè)復(fù)雜的控制任務(wù)分解成多個(gè)簡(jiǎn)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(jiǎn)單。
5 結(jié)論
主通風(fēng)羅茨鼓風(fēng)機(jī)是煤礦的四大固定設(shè)備之一，擔(dān)負(fù)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(jī)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)通風(fēng)羅茨鼓風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)、電機(jī)的電氣參數(shù)并能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊。通過計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了主通風(fēng)羅茨鼓風(fēng)機(jī)性能及狀態(tài)的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。提高了主通風(fēng)羅茨鼓風(fēng)機(jī)設(shè)備的自動(dòng)化管理水平，有力地保證了主通風(fēng)羅茨鼓風(fēng)機(jī)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)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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