主通風機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

摘 要：針對當前通風機系統(tǒng)無法根據(jù)生產(chǎn)對其運行狀態(tài)進行實時控制，導致其通風效率低、能耗大的問題。以PLC控制器為控制核心設(shè)計一套通風機監(jiān)控系統(tǒng)，并完成監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，為保證工作現(xiàn)場的安全生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：主通風機;監(jiān)控;高效;安全;節(jié)能

通風機當前工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的設(shè)備，其主要功能是為現(xiàn)場工作人員提供健康、舒適、安全的工作環(huán)境。因此，為確保通風機的通風效率，實現(xiàn)通風系統(tǒng)的節(jié)能運行，急需一套完善的通風機監(jiān)控系統(tǒng)是實現(xiàn)對所有通風機運行狀態(tài)的監(jiān)測，保證工作現(xiàn)場的安全生產(chǎn)。

1 系統(tǒng)的組成及功能介紹

1.1 主通風機監(jiān)控系統(tǒng)組成

主通風機監(jiān)控系統(tǒng)的核心部件為PLC控制器，PLC控制器為主通風機監(jiān)控系統(tǒng)“大腦”。除此之外，主通風機監(jiān)控系統(tǒng)還包括有中心站主機、觸摸屏、各相關(guān)信息采集模塊和各類傳感器等。礦井主通風機監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示：

1.2 監(jiān)控系統(tǒng)功能描述

主通風機監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對工作面通風機工作狀態(tài)的實施監(jiān)控，進而達到了安全生產(chǎn)、自動化生產(chǎn)的目的。該監(jiān)控系統(tǒng)的具體功能描述如下：①能夠?qū)崟r監(jiān)測現(xiàn)場主要通風機的各類工作參數(shù)，主要包括有：通風機的負壓、風量以及風速等;②對現(xiàn)場主通風機的相關(guān)電氣參數(shù)進行實時監(jiān)測，其中著重對電動機前后連個軸承的溫度以及兩個軸承的振動系數(shù)進行監(jiān)測;③該監(jiān)控系統(tǒng)的主機可以實現(xiàn)對主通風機的吸氣和排氣以及風門的開啟與關(guān)閉實現(xiàn)遠程控制;④當被監(jiān)測對象的上下限值不在范圍內(nèi)時，系統(tǒng)會發(fā)出報警并對報警信息進行登記，并且時候可以對報警的數(shù)值進行查詢;⑤該監(jiān)控系統(tǒng)能夠為用戶提供非常直觀、形象的被監(jiān)測對象的工作狀態(tài)，并將被監(jiān)測對象工作狀態(tài)的各項數(shù)據(jù)上傳于主機中。

2 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

主通風機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計主要包括有監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。

2.1 監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計

監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計主要指的是PLC的輸入輸入量的設(shè)置。本監(jiān)控系統(tǒng)采用的PLC的型號為S7-300，其硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示：

如圖2中的接口模塊用于實現(xiàn)PLC與觸摸屏之間的連接。在本監(jiān)控系統(tǒng)中，所選用的觸摸屏為M370觸摸屏，并可以實現(xiàn)其與PLC的多點連接，最終實現(xiàn)了完美通信。數(shù)字量的輸入、輸出模塊主要用于檢測開關(guān)量的動作情況;模擬輸入模塊主要功能是實現(xiàn)對風量、風速以及溫度等參數(shù)模擬量到數(shù)字化的轉(zhuǎn)換;通信模塊是實現(xiàn)下位機與上位機通信的關(guān)鍵模塊;綜保裝置的主要功能是實現(xiàn)對系統(tǒng)中電動機的保護，并對相關(guān)電氣參數(shù)的遠程監(jiān)測，通常情況下綜保裝置安裝于控制室。

2.2 監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計

在各版本組態(tài)軟件對比的基礎(chǔ)上，本監(jiān)控系統(tǒng)選用組態(tài)軟件INTouch9.5實現(xiàn)對監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計。基于監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計操作人員可以形象的在人機界面獲取被監(jiān)測對象的工作狀態(tài)，并將指令通過人機界面發(fā)送至PLC中。

2.2.1 監(jiān)控系統(tǒng)的界面設(shè)計

監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控界面可以形象、直觀、方便的實現(xiàn)對主通風機的實時運行狀態(tài)和下一步動作進行監(jiān)測和控制。其中，監(jiān)控系統(tǒng)的主界面如下圖3所示：

2.2.2 監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理設(shè)計

監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理主要指的是主通風機實時運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)，將這些所采集到數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后上傳于主機中，方便工作人員對以往設(shè)備的運行狀態(tài)進行查詢和統(tǒng)計。本監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換主要是通過常用的動態(tài)數(shù)據(jù)交換協(xié)議實現(xiàn)其功能的。本監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

2.2.3 數(shù)據(jù)報表設(shè)計

數(shù)據(jù)報表是為工作人員查詢以往設(shè)備工作狀態(tài)而來的。在本監(jiān)控系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)報表主要包括有實時設(shè)備運行狀態(tài)報表、設(shè)備運行歷史狀態(tài)報表以及報警記錄報表。

2.3 控制方式的設(shè)計

為了保證主通風機運行的機動性和靈活性，設(shè)計人員選用了三級控制模式。即：實現(xiàn)對主通風機的手動控制、系統(tǒng)就地控制以及遠程控制。

2.3.1 手動控制

主通風機的手動控制系統(tǒng)是最傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)。當PLC或觸摸屏發(fā)生故障時，主通風機切換為手動控制。所謂的手動控制即為對主通風機的低壓柜中的相關(guān)開關(guān)進行手段操作，以實現(xiàn)主通風機的開啟與停止。

2.3.2 系統(tǒng)接地控制

系統(tǒng)就地控制指的是通過觸摸屏實現(xiàn)對主通風機的實時控制。在實際操作中，將觸摸屏的控制信息通過相應的通信協(xié)議反饋與PLC中，PLC對信息進行處理后，控制低壓柜中開關(guān)，進而實現(xiàn)了主通風電機運行與停運。

2.3.3 遠程控制

遠程控制主要通過中心站的主機實現(xiàn)對主通風機的控制。主要控制流程為：中心站的主機將控制信息傳遞于PLC中，而后PLC對接收的信號進行處理，進而控制主通風機的運行與停運。

3 總結(jié)

本文主要介紹了基于PLC和組態(tài)軟件所設(shè)計的主通風機的監(jiān)控系統(tǒng)。該監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)對主通風機各項運行參數(shù)的實施監(jiān)測和控制，為保證主通風機的穩(wěn)定、可靠運行提供了把關(guān)軟件，從而為進一步提升綜采工作面生產(chǎn)的安全性和穩(wěn)定性奠定了基礎(chǔ)。在本監(jiān)控系統(tǒng)中引入了先進的傳感器技術(shù)和計算機技術(shù)，為將來更深層次的提升煤礦的自動化生產(chǎn)水平奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻：

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[2]張艷麗.煤礦主扇風機監(jiān)控系統(tǒng)人機交互平臺的開發(fā)[D].邯鄲：河北工程大學，2014.

作者簡介：

張金花（1987- ），女，本科，2015年畢業(yè)于太原理工大學，助理工程師，研究方向：安全工程。