论文部分内容阅读
摘要：基于S7-300PLC与组态王组态软件的矿井通风机远程监控系统的设计工作主要是为促使通风矿井的稳定性与实时性得以提升，该系统对远程监测风机的工况状态也有不可替代的重要作用。本文主要对PLC矿井通风机远程监控系统进行研究，这对煤矿安全生产工作的顺利开展有积极意义。
关键词：S7-300PLC；矿井通风机；远程监控；组态王
从本质上来说通风机是一种生产设备，在煤矿安全生产中起着不可替代的重要作用，在实际进行矿井瓦斯抽放与井下输入新鲜空气工作时必须在通风机设备的支撑下进行，煤矿的生产效益会受到通风机运行稳定性的直接影响。为在真正意义上促使通风系统的稳定性与可靠性得以有效提升，必须实现对通风机工作状态的远程监控，这对煤矿生产工作的顺利开展也有极其重要的意义。
一、通风机系统结构及工作原理
S7-300PLC在通风机监控系统中一直作为核心内容存在，其使用的状态参数主要为组态王监控以及记录风机，在实际对其进行控制时我们主要可采用自动、集地以及手动三种方式。
传感器采集层、PLC控制层、矿井主扇监控层以及远程调度室共同构成完整的通风机监控系统。采集风量、负压和振动等参数，以及风机启停、风门到位等检测信号是传感器采集层所起到的主要作用；PLC控制层主要将控制要求作为主要依据实现对各个设备的有效控制，促使其实现对所需要工作状态的满足。
计算机是矿井主扇监控层不可缺少的组成部分，同时也是I/O采集站，不仅可对风机的状态进行监控，同时可实现对各种控制命令的下达。在整个监控系统中远程调度室计算机可以说是数据服务器，主要在远程监测以及记录风机工作状况与参数方面发挥自身的作用。
二、系统硬件设计
不间断电源是PLC控制系统的主要供电来源，为对系统的安全性与持续性进行根本上的保障我们在结合实际的基础上加装避雷装置。西门子CPU是PLC控制系统的主要使用型号。在实际针对模块进行数字量的拓展时可将通风机与风门的状态作为主要依据，同时需要注意的是模拟量情况也会对上述工作造成直接影响，因此在实际进行系统设计工作时必须实现对上述因素的充分考虑。
在实际对电容式变变送器以及振动变送器进行选择时我们必须实现与此案及模拟量情况的有机结合，风量、负压以及振动等参数的采集工作都需要在此基础上进行。温度巡检仪主要适用于风机轴承以及定子温度的此案及工作，在实际进行通信工作时需要得到PLC的支撑。
通过采用振动变送器采集风机的振动强度，将其安装在风筒的水平与垂直轴线上，输出4～20mA的标准电流信号提供给PLC。风量和负压可以反映风机的通风能力，在风机的入口处选择测点，采用电容式变送器采集负压和差压。
三、系统软件设计
通风机监控系统软件设计包括PLC控制程序设计、组态王设计和远程通信网络设计。
1.PLC控制程序设计
基于S7-300PLC的矿井通风机远程监控系统采用STEP7V5.5编程，先由用户编写实现各功能的子程序块，然后在组织块（OB1）进行统一调用，进而完成整个控制系统的编程工作。其中子程序块有风机变频倒机、超限报警、模拟量采集等。
在风机变频倒机时PLC发出控制指令来开启备用风道的副风门，再变频启动备用风机，避免了电机出现堵转的问题。在备用风机成功启动的前提下停止运行风机，并配合启闭相应风道的主、副风门，确保风机顺利进行切换。此外在启闭风机、风门的同时设置了定时器，若在定时时间内风机和风门未完成相应的动作就报警。
2.组态王设计
组态王是操作人员与系统之间交互的平台，是监测和控制整个系统的核心。系统设有主监控界面、报表以及完成各工艺流程操作的子界面。组态王开始运行后即进入了主监控界面。在主监控界面中可以动态模拟风机切换过程
和风机、风门的启闭过程，能够实时显示风量、负压和振动等参数，另外通过主监控界面的菜单栏可以进行各子界面的切换，系统还设有报表查询、报警查询和故障查询等功能，方便操作人员及时进行记录与故障排查工作。
3.远程通信网络设计
该系统配有2台计算机，分别安装在矿井主扇监控室和远程调度室。将矿井主通风机监控室的计算机作为I/O采集站，远程调度室的计算机作为数据服务器。实现联网后分别对远程调度室与矿井主通风机监控室的计算机进行组态工程网络配置。首先将调度室计算机的组态网络配置设为连网模式，将其作为登录服务器、校时服务器、报警服务器与历史记录服务器；然后将矿井主通风机监控室的计算机作为I/O服务器，在I/O采集站中建立远程站点并将数据服务器的工程组态信息作为其远程节点。
同理在数据服务器中也创建一个远程站点，并将I/O采集站的工程组态信息作为其远程节点；最后在数据服务器的网络配置中选择连接到本机的I/O服务器，并将其客户配置为该I/O采集站，从而实现了两者之间的远程通信。在组态变量时需要注意一点：调度室使用远程变量，而矿井主通风机监控室使用本站点变量。
四、系统功能实现
1.实现对通风机的变频启、停控制以及风门的开闭控制；
2.实现对通风机的各种运行参数和信号的数据采集、存储、分析和判断，并对风机电气故障、机械故障和性能故障预先报警；
3.风机监控系统实现与矿综合自动化平台连网，可在远程调度室对风机进行监测；
4.能够实时监测并显示风机入口前风量、负压、电机定子、轴承温度、风机振动、电机电压、电流、功率和功率因数、风机运行状态和性能参数等，当监测参数超过允许值时进行报警；
5.实现风机故障或掉电时的自动切换功能；
6.上位机能显示通风机系统动态运行图、高低压系统状态图，并能绘制通风机的实际特性曲线与显示实时工况点，能够根据现场的实际运行情况在线设置负压、风量、温度和振动等上下限报警值，并将其重要参数保存至历史数据库供操作员查询；
7.能显示实时报警信息和进行报警查询，以及报表打印等功能；
8.系统安全管理功能，设置用户操作权限，实现安全登录与关机。
随着各类矿业生产规模不断扩大，产能释放趋于稳步增长，生产安全成为国内外企业最关心的问题。而在矿井生产过程中，通风系统的安全是造成各类事故的首要杀手，风机则成为了通风系统中的重点研究对象。对于矿井安全生产而言，风机是至关重要的重点设备，通风机为矿井提供新鲜空气、稀释井下有害有毒及爆炸性气体，保证工人在井下安全作业。
五、结语
基于S7-300PLC的煤矿通风机远程监控系统已经在姚桥煤矿成功应用。现场的运行结果表明：该系统不仅能够远程监控各设备的运行状况，保证通风机的稳定切换，而且采用变频控制使通风机更加节能，提高了煤矿的经济效益。
參考文献：
[1]马宏骞.基于PLC的矿井风机远程监控系统的设计[J].煤炭技术，2014，33（12）：256-258.
[2]陈冬梅，孔祥振，陈庆光，等.基于PLC与上位机的矿井通风机监控系统研制[J].煤矿机电，2014（1）：65-67.
关键词：S7-300PLC；矿井通风机；远程监控；组态王
从本质上来说通风机是一种生产设备，在煤矿安全生产中起着不可替代的重要作用，在实际进行矿井瓦斯抽放与井下输入新鲜空气工作时必须在通风机设备的支撑下进行，煤矿的生产效益会受到通风机运行稳定性的直接影响。为在真正意义上促使通风系统的稳定性与可靠性得以有效提升，必须实现对通风机工作状态的远程监控，这对煤矿生产工作的顺利开展也有极其重要的意义。
一、通风机系统结构及工作原理
S7-300PLC在通风机监控系统中一直作为核心内容存在，其使用的状态参数主要为组态王监控以及记录风机，在实际对其进行控制时我们主要可采用自动、集地以及手动三种方式。
传感器采集层、PLC控制层、矿井主扇监控层以及远程调度室共同构成完整的通风机监控系统。采集风量、负压和振动等参数，以及风机启停、风门到位等检测信号是传感器采集层所起到的主要作用；PLC控制层主要将控制要求作为主要依据实现对各个设备的有效控制，促使其实现对所需要工作状态的满足。
计算机是矿井主扇监控层不可缺少的组成部分，同时也是I/O采集站，不仅可对风机的状态进行监控，同时可实现对各种控制命令的下达。在整个监控系统中远程调度室计算机可以说是数据服务器，主要在远程监测以及记录风机工作状况与参数方面发挥自身的作用。
二、系统硬件设计
不间断电源是PLC控制系统的主要供电来源，为对系统的安全性与持续性进行根本上的保障我们在结合实际的基础上加装避雷装置。西门子CPU是PLC控制系统的主要使用型号。在实际针对模块进行数字量的拓展时可将通风机与风门的状态作为主要依据，同时需要注意的是模拟量情况也会对上述工作造成直接影响，因此在实际进行系统设计工作时必须实现对上述因素的充分考虑。
在实际对电容式变变送器以及振动变送器进行选择时我们必须实现与此案及模拟量情况的有机结合，风量、负压以及振动等参数的采集工作都需要在此基础上进行。温度巡检仪主要适用于风机轴承以及定子温度的此案及工作，在实际进行通信工作时需要得到PLC的支撑。
通过采用振动变送器采集风机的振动强度，将其安装在风筒的水平与垂直轴线上，输出4～20mA的标准电流信号提供给PLC。风量和负压可以反映风机的通风能力，在风机的入口处选择测点，采用电容式变送器采集负压和差压。
三、系统软件设计
通风机监控系统软件设计包括PLC控制程序设计、组态王设计和远程通信网络设计。
1.PLC控制程序设计
基于S7-300PLC的矿井通风机远程监控系统采用STEP7V5.5编程，先由用户编写实现各功能的子程序块，然后在组织块（OB1）进行统一调用，进而完成整个控制系统的编程工作。其中子程序块有风机变频倒机、超限报警、模拟量采集等。
在风机变频倒机时PLC发出控制指令来开启备用风道的副风门，再变频启动备用风机，避免了电机出现堵转的问题。在备用风机成功启动的前提下停止运行风机，并配合启闭相应风道的主、副风门，确保风机顺利进行切换。此外在启闭风机、风门的同时设置了定时器，若在定时时间内风机和风门未完成相应的动作就报警。
2.组态王设计
组态王是操作人员与系统之间交互的平台，是监测和控制整个系统的核心。系统设有主监控界面、报表以及完成各工艺流程操作的子界面。组态王开始运行后即进入了主监控界面。在主监控界面中可以动态模拟风机切换过程
和风机、风门的启闭过程，能够实时显示风量、负压和振动等参数，另外通过主监控界面的菜单栏可以进行各子界面的切换，系统还设有报表查询、报警查询和故障查询等功能，方便操作人员及时进行记录与故障排查工作。
3.远程通信网络设计
该系统配有2台计算机，分别安装在矿井主扇监控室和远程调度室。将矿井主通风机监控室的计算机作为I/O采集站，远程调度室的计算机作为数据服务器。实现联网后分别对远程调度室与矿井主通风机监控室的计算机进行组态工程网络配置。首先将调度室计算机的组态网络配置设为连网模式，将其作为登录服务器、校时服务器、报警服务器与历史记录服务器；然后将矿井主通风机监控室的计算机作为I/O服务器，在I/O采集站中建立远程站点并将数据服务器的工程组态信息作为其远程节点。
同理在数据服务器中也创建一个远程站点，并将I/O采集站的工程组态信息作为其远程节点；最后在数据服务器的网络配置中选择连接到本机的I/O服务器，并将其客户配置为该I/O采集站，从而实现了两者之间的远程通信。在组态变量时需要注意一点：调度室使用远程变量，而矿井主通风机监控室使用本站点变量。
四、系统功能实现
1.实现对通风机的变频启、停控制以及风门的开闭控制；
2.实现对通风机的各种运行参数和信号的数据采集、存储、分析和判断，并对风机电气故障、机械故障和性能故障预先报警；
3.风机监控系统实现与矿综合自动化平台连网，可在远程调度室对风机进行监测；
4.能够实时监测并显示风机入口前风量、负压、电机定子、轴承温度、风机振动、电机电压、电流、功率和功率因数、风机运行状态和性能参数等，当监测参数超过允许值时进行报警；
5.实现风机故障或掉电时的自动切换功能；
6.上位机能显示通风机系统动态运行图、高低压系统状态图，并能绘制通风机的实际特性曲线与显示实时工况点，能够根据现场的实际运行情况在线设置负压、风量、温度和振动等上下限报警值，并将其重要参数保存至历史数据库供操作员查询；
7.能显示实时报警信息和进行报警查询，以及报表打印等功能；
8.系统安全管理功能，设置用户操作权限，实现安全登录与关机。
随着各类矿业生产规模不断扩大，产能释放趋于稳步增长，生产安全成为国内外企业最关心的问题。而在矿井生产过程中，通风系统的安全是造成各类事故的首要杀手，风机则成为了通风系统中的重点研究对象。对于矿井安全生产而言，风机是至关重要的重点设备，通风机为矿井提供新鲜空气、稀释井下有害有毒及爆炸性气体，保证工人在井下安全作业。
五、结语
基于S7-300PLC的煤矿通风机远程监控系统已经在姚桥煤矿成功应用。现场的运行结果表明：该系统不仅能够远程监控各设备的运行状况，保证通风机的稳定切换，而且采用变频控制使通风机更加节能，提高了煤矿的经济效益。
參考文献：
[1]马宏骞.基于PLC的矿井风机远程监控系统的设计[J].煤炭技术，2014，33（12）：256-258.
[2]陈冬梅，孔祥振，陈庆光，等.基于PLC与上位机的矿井通风机监控系统研制[J].煤矿机电，2014（1）：65-67.