矿井压风机系统

2024-06-23

矿井压风机系统（精选八篇）

矿井压风机系统篇1

压风机是矿井正常生产关键设备之一, 其运行情况对整个矿区的日常生产有着举足轻重的影响。压风机还是矿井井下风动设备的唯一动力源, 它能够完成矿井的压缩空气生产任务, 为煤矿生产提供风动力, 同时为压风自救系统提供风源。综上, 及时全面地了解压风机的运行状态, 将单独运行的压风机组成系统并根据运行数据实现系统的全自动运行, 对提高矿井的生产效率, 提升安全生产水平, 提高矿井的自动化水平, 节约能源都与有重要的现实意义。

2 现状分析

十一矿西工区压风机房现有4台压风机, 为十一矿三水平提供动力风。压风机为上海博莱特压缩器有限公司生产的BLT-475W型压风机。压风机冷却系统为水冷系统, 配备两台立式水泵, 为冷却系统提供水循环动力。4台压风机独立运行, 各压风机可实现对本机供气压力、供气温度等运行参数的监测。压风机联动由人工实现, 即:人工观察总管压力表, 判断井下用风量, 总管压力低于0.55MPa时, 人工增加一台压风机运行;总管压力长时间高于0.65MPa时, 人工停止一台压风机;为避免设备频繁启动, 保证至少一台压风机运行。综上, 压风机的启动、停止、倒机、排污等操作全由人工实现, 工作效率低;设备的运行参数人工巡查, 不能及时做出反应, 也不能有效发现潜在的故障。随着十一矿向自动化信息化方向发展, 设备已不适应运行及管理要求, 因此急需进行技术升级改造, 实现压风机系统的自动控制, 提高生产效率, 提升矿井的安全生产水平。

3 煤矿压风机自动控制系统的研究

根据生产的需要, 对现有设备进行升级改造, 以实现以下功能:

1) 要能实时监测设备的各运行参数, 主要包括:供气压力、供气温度、压风机电流、冷却水进水压力、冷却水出水压力、冷却水进水温度、冷却水出水温度、风包压力、风包温度等, 数据要自动生成报表, 可自由查询和打印;

2) 要能实现系统联动:压风机相关气路阀门和相关冷却系统的阀门联动控制, 按照程序自动执行打开/关闭命令;

3) 要具备检修、手动、全自动3种控制方式, 实现压风机的检修操作、一键启停操作、全自动3种运行方式;

4) 要实现压风机网络监控, 系统可根据井下用风量, 通过检测总管压力自动调节压风机启动/停止, 压风机系统自动运行要遵守如下规则:

(1) 全自动状态, 至少有一台压风机处于运行状态。仅有一台压风机运行时, 该压风机发生故障停车, 延时10min后, 开启一台停车时间最长的压风机。

(2) 运行参数可设定, 正常情况下, 系统风压维持在0.55MPa和0.65MPa之间:

风压低于0.55MPa, 系统按设定延时加开一台停车时间最长的压风机;

正在运行的压风机, 连续加载时间超过设定时间, 系统自动加开一台停车时间最长的压风机;

正在运行的压风机, 连续卸载时间大于设定时间, 系统自动停止一台运行时间最长的压风机;

(3) 仅有一台压风机运行时, 该压风机故障停车, 延时10min后, 开启一台停车时间最长的压风机。

(4) 倒车:系统按照设定时间倒车, 启动备用车后停止主用车, 倒车停下来的压风机, 24h内不再参与倒车。

(5) 任何情况下, 正常停止的压风机20min内不允许再次启动。

(6) 自动排污:运行的压风机, 每4h进行一次排污。

5) 系统要具有网络接口, 能够实现远程数据传输和操控, 方便接入十一矿现有综合自动化平台, 并且系统操作要简单, 运行维护要方便, 可靠性要高, 测量显示数据要准确。

4 煤矿压风机自动控制系统的组成

自动控制系统以西门子S7-315PLC及研华工控机为核心, 内装有为压风机系统自动控制而开发软件程序, 通过IFIX SCADA开发版软件设计了控制系统的人机交互界面, 直观地显示了系统运行状况和各项主要参数。系统图如图1所示。

系统实现的主要功能如下:

1) 实现了实时监测压风机各项运行参数、水冷系统各项参数、总管压力等重要数据。能通过组态软件显示风机模拟运行画面, 并能实时显示、存储、查询、打印监测数据和报表;

2) 实现了根据网络用风量, 压风机自动加车、减车, 同时压风机可自动倒车、自动排污;

3) 具备远程传输接口, 能接入矿井综合自动化平台;

4) 系统可根据传感器数据自动诊断压风机、水冷泵状态, 发生故障时及时停车。

5 监控画面设计

监控画面主要供岗位司机和检修人员使用, 需要在画面上给出每台压风机的详细运行参数及故障报警等信息, 以便岗位司机能够从监视屏幕上快速准确地判断每台压风机的运行状态以及故障信息。

6 结语

针对十一矿西工区压风机, 设计研究了压风机自动控制系统:

1) 建立了由西门子S7-300PLC和研华工控机为控制核心的压风机控制系统, 实现了压风机设备的自动化控制;

2) 在IFIX组态软件开发平台上, 设计了压风机自动控制系统友好人机界面, 更直观地查看、处理设备运行数据, 同时可上传数据至矿井综合自动化平台;

3) 合理使用4台压风机, 提高了生产效率, 延长了设备使用寿命。

该系统投运以来, 运行可靠, 实现了压风机生产自动化, 提高了生产管理水平、降低了劳动强度、节约了能源, 提升了矿井综合自动化信息化水平, 符合十一矿自动化信息化发展方向。

参考文献

[1]王卫东, 田金云, 张成联.基于S7-300的煤矿压风机控制系统[J].矿山机械, 2010 (21) :35-37.

矿井主扇风机监控系统总体设计研究篇2

关键词：矿井主扇风机监控系统总体设计

中图分类号：TP274.2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（b）-0092-01

在煤矿生产过程中，煤矿主扇风机的设置是确保工作安全稳定开展的重要基础。所以做好风机的安全检测工作，保证风机设备的正常运行是至关重要的一个工作环节。针对这一问题，设计合理的检测控制系统是十分必要的，能够有效的对风机实施控制以及完成日常、历史运作的记录工作。因此，应当选择合理的控制方法来对风机进行控制[1～2]。

根据目前国内外技术发展现状，风机监控系统主要有以下四种形式。

1 以人工为控制核心的监控系统

因为在不少的地方风机是一直保持在工作状态的，24小时都必须维持在正常运行的情况狭隘，所以，针对风机所设置的场所，需要安排专门的人员负责设备的操控工作，对风机的运作情况展开实时的掌握，确保故障问题发生的时候能够在第一时间发掘并采取合理的措施予以解决。

通过以上这种方式，安排专门的负责人员进行风机的操控工作，会造成一定的人力浪费，尤其是在夜间负责的工作人员，由于精力有限，所以经常会出现不能在第一时间精确判断出故障问题所在的情况，从而生产环节的安全性无法得到保障。不过在我国，因为这一工作方式所需要的成本投入较低，所以依旧得到较为普遍的存在。

2 以单片机为控制核心的监控系统

这一系统将单片机设定成控制核心，总体的组织框架见图1。整个系统所选择的是三层集散形式。由检测元件（传感器）对风机工作状态数据进行采集，经各种变送器后，送入测控模块进行处理，完成风机的实时监测、保护与控制，并通过RS485总线与中央管理计算机通讯，以实现集中监控和管理。

这一系统在控制器的问题上，选择了单片机，是具备一定的优势特征的。最直接的就是单片机本身的价格较低，所需要投入的资金费用较少。并且采取了模块形式的架构组织方式，每一个台风机都配备了独立的系统加以管理，因此，每一设备之间都是单独运行的，当某一设备发生故障的时候，其他设备依然可以保持正常的工作状态。不过这一系统设计同时也存在一定的缺陷，RS485总线不能完成数据传送的高效性，并且网络整体运行的安全稳定性得不到应有的保障。因此，这一监控系统在很多风机一起运行的情况下并没有得到广泛的应用。

3 以工控机为控制核心的监控系统

这一组织形式的在安全可靠性能上较为突出。不过在实际的成产过程中，由于工控机通常不会放置在风机的周围附近，从而造成信号传输过程中所需要经过的距离变大，从而使信号受到外界干扰，在实际测量的时候会有一定偏差，所以也没有得到较广泛的应用。

4 以PLC（可编程逻辑控制器）为控制核心的监控系统

这一系统将可编程逻辑控制器设定成控制核心，PLC借助数字量模块以及模拟量模块来完成流程环节，针对信号实施辨别，并输出相对应的指令信息，从而完成对系统整体的控制。

由于PLC具有较高的可靠性和抗干扰性，同时采用了PLC支持的通讯方式来连接控制设备和监控设备，这使系统的可靠性得到提高，因而是目前较为常见监控方式。许多矿山设备已选用了PLC来代替比较重要的设备控制。PLC是当前具有创新意义的控制设备，在这一设备系统中，借助先进的科学技术把多项技术进行了有效的结合，体现出性能较强、应用灵活多变、安全稳定性能较强、环境融入性能较强、程序编制简略、操作简单等优势特征。

5 结论

通过对四种系统控制方案的比较和选择，本设计最终确定选用PLC做为CPU的检测控制系统。借助对系统信号的搜集这一渠道完成对风机设备的有效控制。

参考文献

[1]张永艳.煤矿主扇风机在线监控系统[J].电气技术与自动化，2011，40（5）：139-141.

矿井通风机无线监控系统设计篇3

目前, 矿井通风机监控系统存在信息集成能力不强、系统不开放、成本较高、效率较低等问题。矿井通风机需要监控的参数较多, 如电动机电压、电流、轴温、风速、风量和瓦斯体积分数等, 传统的矿井通风机监控系统都是在所需测量位置设置传感器, 并通过电缆等有线方式将传感器采集到的数据发送到PLC或单片机进行数据处理, 再通过有线方式将处理后的数据送入到上位机中, 实现对通风机的监控功能。由于所需监控参数众多, 且各个参数测量的位置分散, 所以传统的矿井通风机监控系统需要布置大量的电缆将各个传感器、处理器和上位机连接起来, 不仅成本高、复杂繁琐, 而且极易出错。另外, 传统的矿井通风机监控系统的扩展性极差, 若要扩展检测参数, 则整个监控系统需要重新布线和编程, 工作量较大。

鉴此, 笔者对传统的矿井通风机监控系统进行了改进, 设计了一种矿井通风机无线监控系统, 其结构如图1所示。该系统将每个参数监控点设计成传感器分站, 将上位机部分设计成上位机主站, 每个传感器分站和上位机主站通过ZigBee技术组成无线网络, 传感器分站与上位机主站之间通过无线方式通信[1-2]。该矿井通风机无线监控系统减少了矿井通风机监控工作的复杂程度, 增强了矿井通风机监控系统的扩展性。

1 系统硬件设计

1.1上位机主站

上位机主站由无线网关节点、上位机和电源模块组成, 如图2所示。无线网关节点是其核心部分, 以CC2530作为主控芯片[3], 主要用于和其他传感器分站进行无线通信。上位机是一台工控机, 用于显示数据和接收工作控制指令, 起到与用户友好交互的作用。电源模块用于对无线网关节点和上位机供电, 上位机为普通工控机, 需要AC220V电源, 无线网关节点供电电路如图3所示。

1.2 传感器分站

传感器分站由无线终端节点、传感器模块和电源模块组成, 如图4 所示。无线终端节点也是以CC2530作为主控芯片, 主要用于与上位机主站进行无线通信。传感器模块用于采集矿井通风机的相关参数, 主要有电压互感器模块 (用于采集矿井通风机电压) 、电流互感器模块 (用于采集矿井通风机电流) 、SHT1x系列温湿度传感器模块 (用于测量矿井通风机轴温和通风管道内温湿度) 、KGS-20低功耗瓦斯传感器模块 (用于测量通风管道内瓦斯体积分数、气压传感器模块 (用于测量矿井通风机的风压, 计算出风速和风量) 。电源模块采用与上位机主站相同的电源模块。

2 系统软件设计

2.1 无线网关节点软件设计

普通的无线通信一般采用轮询通信方式, 即主站依次对分站进行数据查询, 通信可靠性差、效率低, 因此, 矿井通风机无线监控系统采用ZigBee技术[4]将传感器分站与上位机主站组成无线网络。由于上位机主站和传感器分站分工各有不同, 所以无线网关节点和无线终端节点的软件也不尽相同。

与上位机相连的无线网关节点主要负责管理整个无线网络, 是整个网络的组织者、协调者和管理者:新建网络、查询网络中无线终端节点个数、新增和删除一些无线终端节点、按固定周期检查整个网络中各个无线终端节点的运行情况、接收无线终端节点发送的数据、信息识别、传输信息至上位机、接收上位机控制指令和将控制指令发送到各无线终端节点。其程序流程如图5所示。

2.2 无线终端节点软件设计

与传感器模块相连的无线终端节点主要负责控制各传感器模块, 是整个无线网络功能的执行者:控制传感器模块的启动、接收传感器模块采集的数据参数及类型数据、检测有无可用的无线ZigBee网络、申请加入ZigBee网络、发送数据参数、接收控制指令。其程序流程如图6所示。

2.3 人机交互界面设计

采用组态王设计矿井通风机无线监控系统人机交互界面。矿井通风机监控主界面可实时显示通风机整体运行概况、通风机监控的各种参数、报警情况和各部分运行情况, 如图7所示。

3 结语

矿井通风机无线监控系统采用CC2530作为无线网关节点和无线终端节点的主控芯片, 上位机主站和传感器分站之间采用ZigBee技术组成无线网络, 实现了对矿井通风机的无线监控。实际运行结果表明, 该系统运行稳定, 安装方便, 易于扩展。

参考文献

[1]黄布毅, 常亚军, 张海霞, 等.基于无线传感器网络的煤矿安全监测系统设计[J].通信技术, 2008, 41 (9) :170-172.

[2]孙利民.无线传感器网络[M].北京:清华大学出版社, 2005.

[3]蒋凌云, 马奥, 吕亚超, 等.基于CC2430片上温度传感器的温度监控系统[J].计算机技术与发展, 2012 (4) :197-200.

矿井压风机系统篇4

主通风机是煤矿的四大固定设备之一,担负着向井下输送新鲜空气、排出粉尘和污浊气流的重任。主通风机若发生故障停车,将会对整个矿井的生产和安全构成严重威胁。因此,需建立一套功能完善的主通风机自动化监测系统,以保障主通风的安全、可靠运行。本文将介绍一种主通风机在线监测系统的设计原理及其在峻德煤矿的应用情况。该系统投入运行后,可使管理者随时掌握主通风机的运行状态对设备的故障进行诊断还能对设备传动系统存在的隐患进行分析并给予预警,使管理者合理安排检修计划,从而降低了设备的运行和维护成本。

1 系统设计原理

1.1 系统硬件结构

矿井主通风机在线监测系统的硬件结构如图1所示。在主通风机旋转部件上安设振动传感器,振动数据经振动参数采集装置后可通过装置本身或外接的以太网口经交换机与工控机通信,管理者可通过上位工控机的振动分析软件了解主通风机旋转部件的实时运转情况,及时掌握主通风机主轴承等平时不易检查到的设备的运转情况。风峒内风压及风量等数据由传感器采集后经PLC运算处理,在上位工控机上实时显示出来。另外,风机风门开、关到位情况,风门绞车运行情况等开关量需满足PLC逻辑条件运行状态在上位工控机显示器上实时显示主通风机各部分温度数据及电动机运行状态数据经传感器采集后由信号变送器上传至上位机进行实时显示,并在上位机软件中设置保护报警功能。

系统以上位工控机和工业控制器PLC为核心,主要由工艺参数采集装置、振动参数采集装置、传感(变送)器、上位工控机、通信装置及驱动设备组成。系统监测参数包括高压开关柜及主要电气设备运行状态参数,主通风机流量、温度、风压,主通风机电动机的轴承温度、定子绕组温度,主通风机电动机的轴承状态参数,主通风机风门运行状态参数,主通风机周围外部环境参数等。监测参数均需上传至监控室上位工控机进行分析,同时可接入矿井地面环网。各参数的监测原理分析如下。

(1)流量监测

由于煤矿主通风机的流量监测只能在地面上进行,而地面缺少较长的平直段,所以限制了标准流量仪表在主通风机流量监测中的应用;另外,煤矿井下气体成分复杂,湿度大,风尘含量大,仪表又必须长期工作,所以要求流量监测仪表无运动部件;加上煤矿通风断面大,因此,利用压差原理监测煤矿主通风流量是理想的选择,可选用阿牛巴流量计作为流量监测传感器。

(2)风压监测

系统采用钻孔取压方法测量风压,测点选择在主通风机入口处,将取得的压力信号通过风压传感(变送)器转换成电信号输入到PLC。

(3)电气设备运行状态参数监测

电气设备运行状态参数是指主通风机配套电动机的负载和空载电流、电压、励磁电流和电压、轴功率和功率因数等。对主通风机高压开关柜的断路器采用电脑综合保护装置,可实现电动机运行状态参数的采集功能。

(4)温度监测

系统采用关键位置预埋Pt100铂电阻的方法来监测主通风机电动机的温度

(5)振动监测

通过振动传感器测量电动机轴承的振动值,将测量值送入采集模块,利用专业振动分析软件,实现对电动机轴承振动信号的实时采集、分析、报警、记录功能。振动传感器基于内部质量块受振动撞击以产生速度变化的原理。

1.2 系统软件设计

系统软件由振动分析软件、数据通信软件和组态软件组成。系统软件具备数据采集计算、分析、显示、报警、报表打印等功能,包括主界面、报警界面、参数表界面、电力监测界面等,显示界面采用组态软件编制。振动分析软件分析采集的数据,通过OPC数据通信软件与系统通信,采集的振动频率值在系统显示主界面实时更新显示。温度传感器的模拟信号需经软件运算处理,设置报警门限值,在主界面实时更新显示并做成报表形式。系统软件读取电力监测数据后设置的报警门限值可在人机界面上操作,便于随时更改,并可输出声光报警信号。PLC数据包通过数据通信软件与系统通信后,将系统风量、风峒内风压、风机风门到位状态、风门绞车启停情况、风机运转方向等数据和状态在主界面显示出来。组态画面需根据现场工况设计,数据显示醒目,操作简单。

1.3 系统抗干扰措施

系统采用的抗干扰措施:采用电流输出型传感器或传感器输出信号经信号转换模块转换为电流信号;采用屏蔽电缆传输信号,以减弱电磁耦合干扰。

2 系统在峻德煤矿的应用分析

峻德煤矿采用中央、边界混合抽出式通风方法,现有4台FBCDZ-8-NO28型对旋主通风机。利用工控机和SIMATIC S7-300 PLC作为核心控制器对这4台主通风机进行在线监测,并可通过矿井地面环网接入到集控室,实现对主通风机的远程在线监测功能和主通风机房无人值守。

振动部分的在线监测选用新西兰Commtest公司生产的CCL-102型振动传感器、在线振动监测模块VbOnline和Commtest公司研发的Ascent数据库软件及Online Manager分析软件。在主通风机配套电动机的轴伸端轴承端盖上垂直安装一个振动传感器用于检测电动机运行过程中的跳动信号,在水平方向安装2个振动传感器用于检测电动机运行过程的摆动信号。振动传感器传回的信号经过MTL7787+型安全栅后,由VbOnline连接振动通道信号并通过以太网口连接到交换机,最终实现与上位工控机通信。上位工控机上安装的Online Manager分析软件对振动信号进行分析后与Ascent数据库中同型号轴承的振动频谱进行比对,结果由组态王组态软件制作的监测系统软件调用,可实时显示并设置报警功能。图2为峻德煤矿主通风机在线监测系统振动分析图谱,其中数值均为有效值,图谱中显示的为主通风机转速为743 r/min时,一级电动机驱动端水平方向的振动速度为1.216 mm/s。

主通风机配套电动机的温度监测采用电动机自身预埋的Pt100铂电阻测量温度,通过研祥智能科技股份有限公司生产开发的ADAM 4015模块,将电阻阻值转换为4～20 mA电信号后输入ADAM4520模块,ADAM 4520模块通过自身RS232串口与上位工控机通信,数据由系统监测软件调用、运算并实时显示在监测界面上,系统还可根据监测的温度值提供报警功能。

风量监测采用KGF-2型矿用智能风量传感器,风压监测采用KGY-4型矿用负压传感器,电力监测采用PAS6000型电力变送器。这些传感(变送)器采集、转换的数据均通过RS485方式与上位工控机通信,由系统监测软件调用,实时显示并设置报警功能。

S7-300 PLC的CP343-1模块通过交换机与工控机通信。PLC主要用于对高压开关柜分、合闸、JFM-2型风门绞车启停等设备的监控,风门开关到位、电动机旋转方向等开关量的确认及报警输出等,从而实现了矿井主通风机的自动监测功能。

图3为峻德煤矿主通风机在线监测系统主界面,图4为峻德矿主通风机在线监测系统电力监测界面。

3 结语

通过对主通风机在线监测系统的原理介绍及其在峻德煤矿的具体应用分析,阐述了主通风机在线监测系统实现的可行性和重要意义。该系统在峻德煤矿投入运行以来设备运行稳定数据传送准确真正做到了对设备的在线实时监测,提高了管理者的工作效率,降低了工人劳动强度,有效避免了主通风机意外停机事故的发生,提高了矿井主通风机运转的安全性和可靠性,使煤矿企业对主通风机设备的管理迈上了一个新台阶。

摘要：分析了矿井主通风机在线监测系统的软、硬件设计原理;从传感器选型、通信方式、工控机监测界面等方面介绍了矿井主通风机在线监测系统在峻德煤矿的具体应用情况。实践表明,该系统运行稳定,降低了工人劳动强度,有效避免了主通风机意外停机事故的发生,提高了主通风机运转的安全性和可靠性。

关键词：矿井,主通风机,在线监测,设计原理,参数采集,数据分析

参考文献

[1]陈士玮,胡亚非,王家兵.煤矿主通风机在线监测系统网站的建立[J].风机技术,1999(6):40-42.

[2]张更鸿.离心式通风机运行工况微机控制系统的研究[D].青岛:山东科技大学,2005.

[3]吕振,郭凤仪,刘雨刚.煤矿风机监测系统中传感器智能转换单元研制[J].辽宁工程技术大学学报:自然科学版,2006(6):885-886.

[4]夏天,方康玲,黄卫华.基于消息机制的风机监测系统的实现[J].微计算机信息,2006(34):38-40.

矿井压风机系统篇5

本文提出一种基于物联网的矿井通风机监控系统。该系统能通过Wi Fi技术实时对通风机工作状况进行监控,还能对通风机周围的温度情况进行采样分析并形成反馈报警系统,当发现矿井通风机周围温度情况出现异常情况时,反馈报警系统会根据异常情况做出反应,通过发送GPRS短信通知人员撤离,自动关闭矿井中大型设备等。该系统能提高煤炭企业安全生产能力。

1 系统总体结构设计

系统以Cotex-A8核心板为控制核心,分为井下部分和井上部分,外围模块有下位机模块、温度采集模块、Wi Fi模块、GPRS模块、摄像头模块、报警模块等。在正常情况下对矿井通风机进行视频监控,同时轮询查询通风机周围的温度,一旦温度过高,说明矿井存在安全隐患,这时系统主机首先会进行语音报警,通知人员发生紧急情况,然后通过GPRS模块发送报警短信给其他作业人员,同时系统自动开启紧急报警程序,通过控制继电器关闭井下的采煤设备,以达到撤离人员和矿井安全的目的,系统总体结构图如图1所示。

2 硬件设计

2. 1 总体硬件结构

系统中央处理器采用基于64位总线架构的S5PC100处理器,该处理器基于ARM v7架构,主频达到833 MHz,以SDRAM与Nand Flash作为系统存储器。视频采集模块选用OV9650摄像头,该摄像头像素为130万,具有自主图像编辑能力,用户可以自主编辑图像输出格式。其数据输出格式有YUV,YCb Cr,RGB565,RGB555等。该摄像头还具有体积小、功耗低、集成度高、应用方便等特点,可直接应用于Cotex-A8核心板上。GPRS模块选用CM320,该模块基于CDMA 2000接口,具有全双工无线通信能力。Wi Fi模块选用USR WIFI232-X-V4,温度采集模块选用DH11,报警控制模块选用SRD-05VDC-SL-C。系统总体硬件结构图如图2所示。

2. 2 温度采集单元

温度的变化在矿井中会产生一系列变化。为了准确、稳定地测量矿井通风机周围的温度情况,采用DH11温度传感器作为温度检测器件,该模块采用数字模块采集技术,采用单总线数据通信,这样可以节省管脚,使用简单,其具有8位分辨率,检测范围在0℃ ~ + 50℃之间。其电路设计如图3所示,其中1管脚是电源,2管脚是数据输出,4管脚接地,上拉电阻R1用于保障DH11在工作时所需的1 m A电流。

2. 3 报警控制模块

当发现危险因素存在,需要及时撤离人员,同时需要系统自动关闭一些大型设备。本系统采用SRD-05VDC-SL-C继电器作为电流控制的接口,该继电器基于UL,CUL,TUV认证,最大可以通过10 A电流。为了减小SRD-05VDC-SL-C继电器对控制中心的影响,采用TLP181光电耦合器连接模块的输入端,从而起到隔离作用。光电耦合器出来的信号比较微弱,通过一个三极管对信号放大才能使用,当开启或关闭继电器时,由于继电器中线圈会产生较强的感应电流,为了减少感应电流对电路的影响,用一个二极管D2与继电器构成回路,以抵消感应电流。其电路设计图如图4所示。

2. 4 Wi Fi 模块设计

在矿井中存在着道路陡峭、布线困难等特点,为了更好地在矿井中传输数据,系统采用基于无线收发的Wi Fi模块USR-WIFI232-X-V4作为通信模块,该模块基于IEEE802. 11无线标准协议,具有有线收发与无线收发数据能力,支持TCP / IP协议,可以通过以太网接口、UART接口等与主控制器进行连接。本系统采用以太网接口与主控制器进行连接,其硬件连接图如图5所示。该Wi Fi模块需要3. 3 V的单电源供电,系统选用LD1117-18电源芯片对其供电,LD1117-18是一种低压稳压芯片,能够提供 + 1. 25 ~ + 5 V之间的不同版本电压。对于3. 3 V的输出电压通常情况下会在输入端与输出端分别加上2个电容进行滤波。在与以太网接口连接前需要串联一个KMS-1102NL网络变压器和RJ-45连接器。KMS-1102NL变压器主要起到稳定电平、隔离抗干扰作用,USR-WIFI232-X-V4其他管脚作为GPIO与CPU进行连接。

3 系统软件设计

3. 1 底层驱动设计

驱动设计是系统软件设计的一部分,在本系统中驱动设计主要完成底层摄像头驱动设计,主要实现摄像头相关寄存器及CPU相关引脚的配置及初始化,并对它们进行封装向应用层提供统一接口,OV9650摄像头有很多寄存器,可用I2C总线去配置这些寄存器。首先添加OV9650摄像头信息,找到Linux内核文件mach-smdkc100. c添加摄像头信息,代码为:

然后配置摄像头相关控制器,主要是配置摄像头相关引脚,设置相关地址信息、命名相关设备等,这些信息在可以通过s5pc100芯片手册查看,然后添加摄像头平台相关信息,代码为:

然后加载驱动程序,驱动程序加载方式有两种,可以直接添加进内核里,也可以通过模块动态加载。本文采用MODULES动态加载模块的方式,这样可以节省系统开销。驱动程序主要编写file_operations结构体中的各个函数,实现里面的函数功能,代码为:

其中重要的两个函数接口有cra_ioctl( ) 与cra_mmap( ) 。ioctl( ) 函数用于执行设备I / O控制命令,管理I / O通道,设置设备属性等。mmap( ) 函数用于映射空间,将摄像头内核地址直接映射到用户进程地址空间,这样不用进行数据拷贝,从而减少了系统的运行负载。还有两个重要的宏module_init( )与module_exit( ) ,分别驱动程序的入口点与结束点。module_init( ) 实现复位OV9650摄像头,初始化系统camera接口和摄像头接口,分配系统内存,配置时钟频率等。module_exit( ) 完成进程地址空间,存储缓冲区的释放,关闭中断请求工作等。

3. 2 应用层软件设计

应用层软件设计主要包括系统界面设计和系统数据传输保存设计。监控软件整个系统的远程控制端,主要包括采集OV9650摄像头数据与温度数据,实现Wi Fi通信,报警系统设置实现继电器报警命令控制,系统自动发送GPRS短信到通信设备。监控软件主要基于Eclipse平台进行开发。监控界面不仅可以在PC机上显示,还可以在基于Android平台的移动平台上显示。系统软件结构图如图6所示。

4 系统测试

在测试程序中OV9650传感器能实时采集图像数据,输出格式为YUV4∶2∶2,采集速度为15帧/秒( f/s) ,图片分辨率为320×240,温度传感器能实时采集温度数据,并且主控制器能实时对温度进行分析报警,当出现紧急情况时系统能通过GPRS模块向员工发送报警短信,同时继电器能实现自动关闭电源设备。视频截图如图7所示。与传统系统相比,该系统具有运行稳定、可移植性好、图像画面清晰等优点。

5 小结

矿井压风系统监测仪篇6

矿井压风系统:

矿井压风系统是由空气压缩机、滤风机、风包、管路风动工具等部分组成。它的主要任务是提供足够量的压缩空气, 来带动风镐、风钻及其它风动机具。因为风钻等风动机具的冲击力强, 适用于钻削坚硬的岩石, 所以为矿山采掘工作普遍使用。而且, 在有瓦斯和煤尘爆炸危险的矿井里, 使用这种动力机具远比电动机具更安全。

矿井压风监测系统组成:

该系统是一种基于载波通信的矿井压风智能监测仪, 它能够自动采集压风机械运行情况, 对压风机械进行超温、断油、断水保护, 以及对井下多点的压风参数与地面的压风出口参数进行比较, 通过微机系统进行处理, 将进行自动控制。如:系统负荷过大, 将自动开启多台压风机;如:系统故障, 将警报显示;并根据试点的风压参数判断出事故地点以便进行快速维修。

1地面主机

地面主机由UPS稳压电源、发送板、接收板、线路耦合器及单片机控制板组成。计算机的主要作用是对压风系统的各个检测点的参数进行巡检, 它以每秒检测一点的速度巡检各个传感器发来的数据, 检取它们的存贮数据并存贮, 便于进行分析处理。

2系统分站

系统分站分为两大部分, 一部分系统分站由井上压力检测站、井底检测站、各工作面检测站组成。每个检测站由电源、发送板、耦合器、电压频率转换板、频率转换板及风压传感器等组成。风压传感器采用数字压力表传感器。电源要采用井下本安电源AJD11-127V。每个分站由单片机和外部RAM组成, 它主要完成对本点传感器参数的采集和存贮并等待地面主机的巡检。另一部分是通过系统分站对压风设备的运行情况进行检测。通过温度探头采集温度信息对空压机进行超温保护。通过压力继电器采集冷却水和润滑油的数据信息对空压机进行断油、断水保护。

3传输系统

数据传输一般为有线传输和无线传输。由于井下煤层对无线电波吸收较大, 传输距离较短, 所以, 采用有线传输摸式, 由它来完成数据的传输。

监测系统工作原理:

井下分站由井下电源AJD11-127V单独供电, 各测点传感器将所测风压转换成频率信号输出, 传输信号采用数字信号输出。传输方式经发送板, 经过发送组件调试后, 由耦合器偶合至矿用通讯电缆进行频分多路传输 (TD-MA) 。信号经由安全栅防爆隔离后到达地面主机内部的耦合器, 再经过接收板解调后, 恢复为标准信号并发出经地面主机中的CPU。再地面主机中设有多路对应的井下分站中发送板的接收板, 该接收板将发送板发送的信号解出后, 等待微机的巡测。地面主机中的单片机以每秒检测一点的速度巡检各个传感器发来的数据, 每分钟前30s对接收信号寻测一遍, 采集各个检测站送来的频率信号, 并将这些数据暂存于单片机扩展RAM中, 同时存储, 后30~60s则与微机通讯, 并将暂存于单片机扩展RAM的数据取出送微机。单片机与微机通收采用RS-232串行通信, 传输速度为9000bit/s, 微机接收到单片机发来的数据后进行相应的计算和处理, 显示或打印出信号变化曲线报表, 对异常情况则引发报警线路进行报警。

传输系统及工作原理:

通信传输系统采用专用的传输组件, 它是由发送板、接收板耦合器、电压频率转换板、安全栅及电缆组成。采用FDMA通信模式。FDMA是频分多址。各传感器输出的电压、频率信号经电压频率转换或频率变换后转变标准频率信号进入发送板, 经过发送板将不同检测点发来的信号变成不同频率, 然后通过混频进行信号合路, 并通过矿用通讯电缆进行有线传输, 载波信号传至地面接收器后, 经载波震荡器混频器取出差额, 使各路信号变成带传感器标识的标准信号。然后送给地面主机的单片机, 由单片机根据传感器标识计算出所测各点风压数据。

运行状态及故障显示原理:

a.管路压风系统故障监测

本装置由于采用多个检测分站, 并且每个检测站的数据再微机上都有显示每个分站的数据都有变化范围。如果都在正常运行范围内, 则进行正常运行。如果某一分站的数据超过正常范围内, 则显示故障状态并可通过微机查出故障信号来自哪个检测分站及故障类型, 以便于故障处理。例如对管路上检测点A、B两点的数据比较就可以判断出管路是否有故障。

b.断油断水故障监测

断油, 断水监测采用流量传感器检测液体流量的大小和有无通过传感器输送给主机进行处理。流量正常时空压机正常运转。

故障时, 将自动控制空压机断电进行保护。

c.超温故障监测

超温监测采用温度传感器检测通过传感器输送给主机进行处理。温度正常时空压机正常运转;故障时, 将自动控制空压机断电进行保护。

结语:

本装置是通过微机对矿井压风系统的智能监测, 充分发挥了单片机的控制能力和地面主机的处理, 实现了对矿井压风系统的自动检测和故障报警, 对煤矿企业实现高产高效起到保障作用。

摘要：矿井压风系统监测仪通过微机对矿井压风系统的智能监测, 充分发挥了单片机的控制能力和地面主机的处理, 实现了对矿井压风系统的自动检测和故障报警, 对煤矿企业实现高产高效起到保障作用。

矿井压风机系统篇7

关键词：PLC,风机,变频器,矿井通风系统

矿井通风机是矿井的关键设备, 一方面, 风机的正常、稳定运行直接影响到矿井生产和工人的人身安全;另一方面, 风机又是耗电大户, 通风机的耗电在整个煤矿生产中占有相当大的分量[1], 因此需要对风机风量进行有效地控制以达到节能的效果。传统上采用恒速电动机拖动风机, 通过调节挡板或阀门来调节风机的风量, 其功率损耗大, 运行效率低。引入变频调速后, 可以根据所需的风量来调节电机转速, 获得很好的控制性能和节能效果。因而采用变频调速的风量控制方案逐步取代了风门、挡板、阀门的控制方案。

1 工艺要求

在《煤矿安全规程》[2]一百二十一条有如下规定:“必须安装2套同等能力的主要通风机装置, 其中1套作备用, 备用通风机必须能在10min内开动……”。因此, 通风系统中应有两组通风机, 且要求两组风机规模相同, 分别由两台变频器控制两台电机拖动运行, 当其中一组系统无法正常运行时, 要能立刻启动备用机组。另外根据用户要求, 通风机的后期功率应达到500kW, 但在实际操作中遇到500kW变频器的货源无法落实且通风井过窄等问题, 所以采取每组通风机用两台250kW异步电机极联来驱动, 再用两台250kW变频器分别控制两台电动机;风门为立式闸门, 方式为全开 (该风机组工作状态) 或全闭 (该风机组休息状态) , 分别由两台小功率电机拖动, 并采用软件和硬件双重互锁;操纵方式为自动和手动两种方式, 自动控制由PLC实现。其通风结构示意图如图1所示。

2 系统的硬件配置

2.1 控制系统图

根据系统的工艺要求, 设计的控制系统如图2所示。

系统包括一台PLC, 两台变频器, 两组电机和两个风门。每台风机由两台250 kW的三相异步电机驱动。两套电机组结构、控制方法都相同, 呈对称结构。日常使用时, 两组电机只有一组工作, 另一组备用。使用哪组风机由操作面板选择, PLC根据面板输入, 控制切换开关选择相应的机组。正常工作时, 风机电源由变频器提供。在变频器无法正常工作时, 风机电源将切换成工频, 直接使用380 V三相交流电。风机电源的切换、变频器电源的切换与变频器的启动、输出都由PLC来控制。所有通风相关设备的实时监控也由PLC完成。变频器主要完成对电机组的变频调速控制。

PLC和变频器通过RS485进行现场总线通讯, 实现PLC对变频器的速度给定及运行控制, 提高了数据传输的速率及减少了现场硬件连接, 降低了系统成本。

PLC的高速计数模块与电机的轴编码器相连接, 用于接收脉冲, 计算电机的实际速度, 再通过程序比较给定速度和实际速度的偏差, 从而决定对电机加速或减速, 达到精确控制电机转速的目的, 最大限度地实现两台串联电机的同步运行。

2.2 PLC的选型及硬件配置

可编程控制器选用三菱FX系列的FX1N-60mr[3], 加装RS485扩展卡。I/O接口共60点, 其中输入36点, 输出24点。PLC与变频器之间使用现场总线进行通讯, 采用RS485接口, 减少了PLC的输入输出接线, 并能实时分析参数, 当工程后期安装上上位机后, 监管人员就能随时观察变频器及系统的运行状态。另外配置了高速计数模块, 型号为FX1N-EPROM-8L, 该模块与电机的轴编码器连接, 用于接收高速脉冲的输入及计数。

根据系统的控制要求, 确定系统共需占用41个I/O点, 其中输入21点, 输出20点, 具体地址分配如表1所示。

2.3 变频器的选型及配置

选用三菱fr-f540L-S250k变频器[4], 是专为电机节能而设计的。该变频器智能化程度高, 提供各种保护功能, 其内置RS485接口可直接与三菱PLC进行通讯, 额定功率为250 kW, 额定电流477安, 输出频率0.5～120 Hz, 接线如图3所示。图中接触器KM1A和KM2A用来选择电机的工频电源和变频器电源, 在控制线路上采用互锁接线, 不会发生KM1A与KM2A同时接通的情况。接触器KM3A、KM4A用来选择风机组, 同样互锁。K11-K14为中间继电器, 分别由PLC来控制电动机的正反转和变频器的停止与复位。

两台电动机极联拖动一台风机, 采用两台型号相同的变频器分别控制两台电机, 两台电机的速度必须同步。因此, 变频器在使用时, 除了要设定一些必要的内部参数外, 还必须实现两台电机之间的速度同步。其双机变频同步驱动系统如图4所示。图中-PR是主驱动变频器的速度设定端, 将速度信号给定到主驱动的变频器, -AY是其速度的模拟信号输出端, 将之连接到从驱动变频器的速度设定端, 从而组成“主从”方式的速度同步给定链;电压表―MV1和-MV2用于电动机的转速显示;电流互感器-TM和电流表-MT用于总电流检测和显示; RS485接口模块-NR1和-NR2用于与PLC进行通讯;-L1和-L2是电抗器, 用于抑制高次谐波、平衡电动机电流和输出力矩。

2.4 电动机和编码器的选型

在本系统中, 选择日本光洋系列的编码器, 型号为TRD-SH1024A, 数量是4个。该编码器是彻底防尘的A、B双通道的增量型旋转编码器, 中空型可直接与传动轴连接, 体积小, 价格低。电源电压为 (4.5～13.2) VDC, 最高响应频率为200 KHZ, 每转产生1 024个脉冲, NPN开路集电极输出类型。

根据工艺要求, 系统驱动风机的四台三相异步电机选用同一种型号为Y-355M2-4, 额定功率为250 kW, 额定电压为380 V, 额定电流444 A, 功率因数0.94, 额定转速1 490 r/min。其中, 正常运行时, 只有两台电机串联驱动风机, 其余两台电机作为备用电机。

驱动风门的两台电动机选用型号为Y90L-2, 额定功率为2.2 kW, 额定电压为380 V, 额定电流为4.7 A, 功率因数0.86, 额定转速2 840 r/min。其中一台电机作为备用通道的风门驱动。

3 系统的软件设计

软件分两大部分, 一部分是硬握手, 主要完成PLC对风机、风门、变频器等设备的逻辑控制, 其流程图如图5所示。另一部分是软握手, PLC与变频器采用主从应答式RS-485通信, 协议设定如下:7位ASCII码、停止位1位、偶校验, 波特率为9 600 b/s, 变频器内的117—124号用于通信参数的设置, PLC通过特殊寄存器D8120来确定与通信有关的参数。通讯时PLC处于主动状态, 根据需要向变频器发出读/写命令;变频器处于被动状态, 只能响应PLC的命令, 收到PLC的读写命令后才发送数据, PLC与变频器之间通讯数据的准确性是由总和校验计算来保证的, 在此不再赘述。PLC可以实现对变频器的运行状态监控、运行参数读取、启动变频器、停止变频器等操作。在通讯中当PLC与变频器的一次数据交换在15 s内仍没完成, PLC会报警且会不断试图与变频器通讯, 直到联上变频器, 其通讯监控流程图如图6所示。

4 结论

该系统已经成功应用于山东锦丘煤矿主通风井变频调速系统中, 获得了良好的运行效果。主要有以下优点:

(1) 每组通风机采取两台功率相同的异步电动机极联来驱动, 用两台相同型号的变频器分别控制两台电动机进行变频调速控制, 解决了风道窄的问题, 克服了传统的电动机恒速运转, 用挡板调节风量耗电量大的问题, 提高了系统效率。

(2) 采用PLC技术, 完成PLC对风机、风门、变频器等设备的逻辑控制, 并对重要信号的采取软、硬件双重保护, 使得控制系统更加安全; PLC和变频器之间使用了通讯技术, 数据传输更为准确、可靠, 同时节省了大量的硬件设备。

参考文献

[1]何凤有, 谷善茂, 等.PLC在煤矿风机自动控制系统中的应用.电工技术, 2005; (12) :46—47

[2]国家安全生产监督管理总局编.北京:煤矿安全规程.煤炭工业出版社, 2006:66—67

[3]孙德胜.PLC操作实训 (三菱) .北京:机械工业出版社, 2007

矿井压风机系统篇8

关键词：PLC,压风机,模糊控制

0引言

压风机在煤炭开采中属于重要的综采设备,其工作原理是将电能转换为空气压力能,从而压缩空气并输送到矿井中去, 这样就能保证矿井中具有足够的新鲜空气。传统的压风机都是通过人工进行控制的,对压缩的时间控制很难达到理想标准,而且空气质量会受压风机压缩时间的影响,一旦空气质量出现了问题,后面的系列综采活动也会随之受到影响。为了对压风机的压缩时间进行严格控制,电脑自控系统应运而生。

PLC是一种运用数字运算操作的电子装置,是专门为工业环境应用而设计的。基于PLC设计的压风机自动控制系统比传统压风机的操控方式更加高效便捷。

1系统整体结构

1.1系统设计需求

我们所设计的压风机自动控制系统要能在极其恶劣的环境中正常使用,系统的稳定性必须要有保证。但凡稳定性高的机械设备,它的自检系统都是非常灵敏精确的,设备中应设有自检报警系统,当工作过程中出现异常状况,自检系统能够自动检测出故障并警报提示。

1.2PLC控制柜

PLC系统选用西门子S7-200作为控制核心。该控制系统的好处就在于它有很多功能可供选择。只要技术人员操作熟练,对控制系统了如指掌,那么在现场这套系统就完全能够胜任它的工作。

PLC控制柜中安装了许多模块,比如通信扩展模块、模拟量扩展模块、继电器、触屏等,这是为了高效精确地对机械设备进行控制。为了更加方便地观察实时数据以及设备运行情况, 需要在PLC控制柜中安装触屏显示器。触屏显示器在操作时比传统显示器更加简单快捷。PLC控制柜中还安装了各种传感器,从而实现对压风机的完美控制和保护。压风机在运转中不可避免地会出现发热现象,在PLC控制柜中安装温度传感器,对工作场地的温度进行监控,然后换算得到的数据并与风机的工作条件进行对比,即可判断其是否工作在正常范围之内。一旦超出,就发出警报,并自动启动散热系统,这样能够很好地保护压风机,使其使用寿命延长。另外,还根据其他条件设计安装了各种各样的传感器,对电流、电压等进行监控。

1.3上位机软件设计

上位机软件的设计是在西门子的WINCC V6.0SP3ASIA平台上进行的。这个软件系统操作起来更得心应手,而且对工作过程中的数据具有较强的处理能力,能使复杂的工作程序简洁方便化。

上位机系统设置多个监控面板,包含了压风机参数、压风机效能、报警、远程等多个功能界面,方便操作。而且该系统能够设置操作权限和密码,如果技术人员需要进行远程控制,就要输入用户名和密码登录,以有效避免非专业人员对压风机控制系统的错误操作。

2模糊控制算法

2.1系统的模糊控制策略

我们很难精确地计算出压风机控制系统的数字模型,因此,我们所设计的控制系统就得采用模糊控制策略。这个模糊系统中的数据及控制策略都是通过查阅大量的文献资料以及总结一些长期进行一线操作的技术人员的经验得出的,然后通过不断试验得出最佳的数字模型。现场进行操作的过程中如果能够有老技术员从旁指导的话,工作效率还会大大提高。

压风机都会和一个风包相连接。风包的作用就是将压风机所压缩的风都存放其中。压风机房里面的每一台压风机都配备了这样的风包。一般情况下有4个风包,每个风包都将供气阀门打开并与主排气管相连接,这样一来内外风压相等,就形成了一个等压系统。计算机能够通过排气管中的超声波流量计和风包中的压力传感器进行数据分析,并且很快计算出压力值和压力变化率。得到了这些数据,系统就会自动通过模糊算法计算出需要启用多少台压风机,然后自动开启或关闭压风机。这个系统能够高效利用压风机,从而节约能源。

2.2模糊控制方法的实现

模糊控制算法中需要的数据非常多,计算起来非常复杂, 在设计过程中需要借用Matlab进行数据分析处理。

2.2.1量化因子

在模糊控制系统中,首先要确定量化因子的变化范围,这个变化范围就是输入量的基本论域,用[-m,m]表示,控制量偏差基本论域e= [-|emax|,|emax|],对应的模糊论域E={j} ={-nj,-nj+1,…,nj-1,nj},偏差变化率基本论域是 Δe= [-|Δemax|,|Δemax|],相对于模糊论域Ec={i}={-ni,-ni+ 1,…,ni-1,ni}。偏差和偏差变化率的量化因子分别是:

2.2.2输入量、输出量论域

模糊论域表示为[-n,-n+1,…,0,…,n-1,n],基本论域中的偏差是能够通过量化因子转换到模糊论域上的。在模糊控制系统中有很多的语言值分档,规则规定得越细化,控制效果就越好,但工作量就会增加很多,存储空间也会占用更多。语言分档少的话就会显得比较粗糙。折中来设计就选择分档值为4,k的值设为2,得到的模糊论域元素有9个。压力偏差的论域定义为:{-4,-3,-2,-1,0,1,2, 3,4},模糊子集就对应为:NB(负大),NS(负小),PS(正小),PB (正大)。压力变化率论域定义为:{-4,-3,-2,-1,0,1,2, 3,4},模糊子集就对应为:NB(关闭),NS(短时),ZE(中等时长),PS(长时),PB(超长时)。

2.2.3隶属度函数

模糊集和论域都确定后就要对变量进行赋值,这就需要通过选用三角形隶属函数来确定模糊论域对模糊变量的隶属度:

2.2.4模糊控制规则及推理

模糊控制规则就是把试验和工作中的经验进行归纳,再用模糊控制语言编写出来,通过计算机进行运算操作。

规则建立好后就要进行模糊推理,本次设计中采用的是双输入单输出模糊控制器和Mamdani模糊推理法。可以得到:

式中,T1为列向量转换。

输入A1和B1得到输出C1:

式中,T2为行向量转换。

3结语

实现机械化、信息化是工业发展的必然之路,所以为压风机设计一个模糊自动控制系统能推动采煤事业的发展。压风机采用模糊自动控制系统后,不再需要耗费大量的人力和财力去对设备进行监控,一切都由该系统来完成,这不仅提高了工作效率,还节省了成本开支。

参考文献

[1]毕伟,任国华,姚连杰.基于PLC的压风机模糊控制系统设计[J].自动化与仪表,2011(7)