基于S7-300PLC的礦井壓風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

胡云濤，楊坤，閆曉嵐，王平利

（1.華洋通信科技股份有限公司，江蘇 徐州221116；2.平頂山天安煤業(yè)股份有限公司，河南 平頂山 467021)

基于S7-300PLC的礦井壓風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

胡云濤1，楊坤2，閆曉嵐2，王平利2

（1.華洋通信科技股份有限公司，江蘇 徐州221116；2.平頂山天安煤業(yè)股份有限公司，河南 平頂山 467021)

針對壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行不均衡，總管壓力控制不穩(wěn)定，故障監(jiān)測、設(shè)備檢修耗時(shí)長，工作效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息化監(jiān)控等現(xiàn)狀。研究出一種基于S7-300PLC和IFIX組態(tài)軟件的壓風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)投入運(yùn)行后，實(shí)現(xiàn)了壓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)及配套水冷卻系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和全自動(dòng)運(yùn)行，大大提高了煤礦生產(chǎn)的自動(dòng)化水平。

壓風(fēng)機(jī)；S7-300PLC；自動(dòng)化控制；組態(tài)軟件

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.092

1 引言

壓風(fēng)機(jī)是礦井正常生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備之一，其運(yùn)行情況對整個(gè)礦區(qū)的日常生產(chǎn)有著舉足輕重的影響。壓風(fēng)機(jī)還是礦井井下風(fēng)動(dòng)設(shè)備的唯一動(dòng)力源，它能夠完成礦井的壓縮空氣生產(chǎn)任務(wù)，為煤礦生產(chǎn)提供風(fēng)動(dòng)力，同時(shí)為壓風(fēng)自救系統(tǒng)提供風(fēng)源。綜上，及時(shí)全面地了解壓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，將單獨(dú)運(yùn)行的壓風(fēng)機(jī)組成系統(tǒng)并根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全自動(dòng)運(yùn)行，對提高礦井的生產(chǎn)效率，提升安全生產(chǎn)水平，提高礦井的自動(dòng)化水平，節(jié)約能源都與有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 現(xiàn)狀分析

十一礦西工區(qū)壓風(fēng)機(jī)房現(xiàn)有4臺(tái)壓風(fēng)機(jī)，為十一礦三水平提供動(dòng)力風(fēng)。壓風(fēng)機(jī)為上海博萊特壓縮器有限公司生產(chǎn)的BLT-475W型壓風(fēng)機(jī)。壓風(fēng)機(jī)冷卻系統(tǒng)為水冷系統(tǒng)，配備兩臺(tái)立式水泵，為冷卻系統(tǒng)提供水循環(huán)動(dòng)力。4臺(tái)壓風(fēng)機(jī)獨(dú)立運(yùn)行，各壓風(fēng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)對本機(jī)供氣壓力、供氣溫度等運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測。壓風(fēng)機(jī)聯(lián)動(dòng)由人工實(shí)現(xiàn)，即：人工觀察總管壓力表，判斷井下用風(fēng)量，總管壓力低于0.55MPa時(shí)，人工增加一臺(tái)壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行；總管壓力長時(shí)間高于0.65MPa時(shí)，人工停止一臺(tái)壓風(fēng)機(jī)；為避免設(shè)備頻繁啟動(dòng)，保證至少一臺(tái)壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行。綜上，壓風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)、停止、倒機(jī)、排污等操作全由人工實(shí)現(xiàn)，工作效率低；設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)人工巡查，不能及時(shí)做出反應(yīng)，也不能有效發(fā)現(xiàn)潛在的故障。隨著十一礦向自動(dòng)化信息化方向發(fā)展，設(shè)備已不適應(yīng)運(yùn)行及管理要求，因此急需進(jìn)行技術(shù)升級改造，實(shí)現(xiàn)壓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的自動(dòng)控制，提高生產(chǎn)效率，提升礦井的安全生產(chǎn)水平。

3 煤礦壓風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究

根據(jù)生產(chǎn)的需要，對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行升級改造，以實(shí)現(xiàn)以下功能：

1）要能實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備的各運(yùn)行參數(shù)，主要包括：供氣壓力、供氣溫度、壓風(fēng)機(jī)電流、冷卻水進(jìn)水壓力、冷卻水出水壓力、冷卻水進(jìn)水溫度、冷卻水出水溫度、風(fēng)包壓力、風(fēng)包溫度等，數(shù)據(jù)要自動(dòng)生成報(bào)表，可自由查詢和打印；

2）要能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)：壓風(fēng)機(jī)相關(guān)氣路閥門和相關(guān)冷卻系統(tǒng)的閥門聯(lián)動(dòng)控制，按照程序自動(dòng)執(zhí)行打開/關(guān)閉命令；

3）要具備檢修、手動(dòng)、全自動(dòng)3種控制方式，實(shí)現(xiàn)壓風(fēng)機(jī)的檢修操作、一鍵啟停操作、全自動(dòng)3種運(yùn)行方式；

4）要實(shí)現(xiàn)壓風(fēng)機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，系統(tǒng)可根據(jù)井下用風(fēng)量，通過檢測總管壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)壓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)/停止，壓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行要遵守如下規(guī)則：

（1）全自動(dòng)狀態(tài)，至少有一臺(tái)壓風(fēng)機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)。僅有一臺(tái)壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，該壓風(fēng)機(jī)發(fā)生故障停車，延時(shí)10min后，開啟一臺(tái)停車時(shí)間最長的壓風(fēng)機(jī)。

（2）運(yùn)行參數(shù)可設(shè)定，正常情況下，系統(tǒng)風(fēng)壓維持在0.55MPa和0.65MPa之間：

風(fēng)壓低于0.55MPa，系統(tǒng)按設(shè)定延時(shí)加開一臺(tái)停車時(shí)間最長的壓風(fēng)機(jī)；

正在運(yùn)行的壓風(fēng)機(jī)，連續(xù)加載時(shí)間超過設(shè)定時(shí)間，系統(tǒng)自動(dòng)加開一臺(tái)停車時(shí)間最長的壓風(fēng)機(jī)；

正在運(yùn)行的壓風(fēng)機(jī)，連續(xù)卸載時(shí)間大于設(shè)定時(shí)間，系統(tǒng)自動(dòng)停止一臺(tái)運(yùn)行時(shí)間最長的壓風(fēng)機(jī)；

（3）僅有一臺(tái)壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，該壓風(fēng)機(jī)故障停車，延時(shí)10min后，開啟一臺(tái)停車時(shí)間最長的壓風(fēng)機(jī)。

（4）倒車：系統(tǒng)按照設(shè)定時(shí)間倒車，啟動(dòng)備用車后停止主用車，倒車停下來的壓風(fēng)機(jī)，24h內(nèi)不再參與倒車。

（5）任何情況下，正常停止的壓風(fēng)機(jī)20min內(nèi)不允許再次啟動(dòng)。

（6）自動(dòng)排污：運(yùn)行的壓風(fēng)機(jī)，每4h進(jìn)行一次排污。

5）系統(tǒng)要具有網(wǎng)絡(luò)接口，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸和操控，方便接入十一礦現(xiàn)有綜合自動(dòng)化平臺(tái)，并且系統(tǒng)操作要簡單，運(yùn)行維護(hù)要方便，可靠性要高，測量顯示數(shù)據(jù)要準(zhǔn)確。

4 煤礦壓風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成

自動(dòng)控制系統(tǒng)以西門子S7-315PLC及研華工控機(jī)為核心，內(nèi)裝有為壓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制而開發(fā)軟件程序，通過IFIX SCADA開發(fā)版軟件設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)的人機(jī)交互界面，直觀地顯示了系統(tǒng)運(yùn)行狀況和各項(xiàng)主要參數(shù)。系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 自動(dòng)控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能如下：

1）實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測壓風(fēng)機(jī)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)、水冷系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)、總管壓力等重要數(shù)據(jù)。能通過組態(tài)軟件顯示風(fēng)機(jī)模擬運(yùn)行畫面，并能實(shí)時(shí)顯示、存儲(chǔ)、查詢、打印監(jiān)測數(shù)據(jù)和報(bào)表；

2）實(shí)現(xiàn)了根據(jù)網(wǎng)絡(luò)用風(fēng)量，壓風(fēng)機(jī)自動(dòng)加車、減車，同時(shí)壓風(fēng)機(jī)可自動(dòng)倒車、自動(dòng)排污；

3）具備遠(yuǎn)程傳輸接口，能接入礦井綜合自動(dòng)化平臺(tái)；

4）系統(tǒng)可根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)自動(dòng)診斷壓風(fēng)機(jī)、水冷泵狀態(tài)，發(fā)生故障時(shí)及時(shí)停車。

5 監(jiān)控畫面設(shè)計(jì)

監(jiān)控畫面主要供崗位司機(jī)和檢修人員使用，需要在畫面上給出每臺(tái)壓風(fēng)機(jī)的詳細(xì)運(yùn)行參數(shù)及故障報(bào)警等信息，以便崗位司機(jī)能夠從監(jiān)視屏幕上快速準(zhǔn)確地判斷每臺(tái)壓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)以及故障信息。

6 結(jié)語

針對十一礦西工區(qū)壓風(fēng)機(jī)，設(shè)計(jì)研究了壓風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)：

1）建立了由西門子S7-300PLC和研華工控機(jī)為控制核心的壓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了壓風(fēng)機(jī)設(shè)備的自動(dòng)化控制；

2）在IFIX組態(tài)軟件開發(fā)平臺(tái)上，設(shè)計(jì)了壓風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)友好人機(jī)界面，更直觀地查看、處理設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，同時(shí)可上傳數(shù)據(jù)至礦井綜合自動(dòng)化平臺(tái)；

3）合理使用4臺(tái)壓風(fēng)機(jī)，提高了生產(chǎn)效率，延長了設(shè)備使用壽命。

該系統(tǒng)投運(yùn)以來，運(yùn)行可靠，實(shí)現(xiàn)了壓風(fēng)機(jī)生產(chǎn)自動(dòng)化，提高了生產(chǎn)管理水平、降低了勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)約了能源，提升了礦井綜合自動(dòng)化信息化水平，符合十一礦自動(dòng)化信息化發(fā)展方向。

【1】王衛(wèi)東，田金云，張成聯(lián).基于S7-300的煤礦壓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)[J].礦山機(jī)械，2010(21)：35-37.

【2】孫鵬.S7-300PLC在壓風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].工業(yè)技術(shù)，2008(8)：107-108.

查表知，45鋼的屈服強(qiáng)度σs=355MPa。

由計(jì)算公式所得的液壓缸的壁厚厚度很小，用經(jīng)驗(yàn)法和安裝條件選取壁厚：δ=10mm。液壓缸缸體內(nèi)部的長度應(yīng)等于活塞的行程與活塞寬度的和。缸體外部尺寸還要考慮到兩端端蓋的厚度，一般液壓缸缸體的長度不應(yīng)大于缸體內(nèi)徑D的20～30倍。因此，缸體長取320mm。缸外徑D1=D+2δ=40+2×10=60mm。

5 結(jié)論

通過我們一系列的計(jì)算和研究，我們得出一個(gè)結(jié)論，那就是：曳引式電梯鋼繩張力自調(diào)均衡裝置是可行的。

【1】張莉.老舊電梯改造——專家專訪[J].中國標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)報(bào)，2015(7)：29.

【參考文獻(xiàn)】

【收稿日期】2016-5-16

Research and Application of Automatic Control System Based on S7-300 PLC in the Ming Air Compressors

HUYun-tao1，YANGKun2，YANXiao-lan2,WANGPing-li2
（1.HuayangCommunicationTechnologyCo.Ltd.,Xuzhou221116,China; 2.PingdingshanTiananCoalCorp.Ltd.,Pingdingshan467021,China）

In viewof the status quo of uneven pressure fan operation,unstable main pressure control, fault monitoring, equipment overhaul time consuming and lowworking efficiency, labor intensity big, can't achieve remote informationmonitoring . In this paper,we study a kind of automatic control systemofming aircompressors basedonS7-300PLCandIFIXconfigurationsoftware.Afterthesystemisputintooperation,thereal-timemonitoringand automatic operation of thefansystemandwatercoolingsystemarerealized,whichgreatlyimprovestheautomationlevelofthecoalmineproduction.

compressor;S7-300PLC;automationcontrol;configurationsoftware

TD72

A

1007-9467（2016）07-0144-02

2016-5-25

胡云濤（1987～），男，江蘇徐州人，從事礦井綜合自動(dòng)化、信息化的應(yīng)用與研究，（電子信箱）247593232@qq.com。