风机监控系统-软件设计论文610.doc

中 国 矿 业 大 学 本科生毕业设计姓 名： 任旭涛 学 号： 21040398 学 院： 应用技术学院 专 业： 电气工程及其自动化 设计题目： 风机监控系统软件设计 专 题： 指导教师： 胡忠建 职 称： 副教授 2008 年 6 月 徐州中国矿业大学毕业设计任务书学院 应用技术学院 专业年级 电气04-3 学生姓名 任旭涛 任务下达日期：08 年 3 月 15 日毕业设计日期： 08 年 3 月 15 日至08 年6 月 18 日毕业设计题目：风机监控系统软件设计毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要求：本文分析了基于MCGS的风机监控系统的软件设计,并给出了一种实现方案。1、实时监测风机风压（静压、全压）、风速风量、轴承温度、定子温度、电网电流、电压、功率、电机与风机效率、风峒大气参数（温度、湿度、大气压力）等风机运行各种参数；2、监测风门位置、风机开停状态、反风信号和电机编号等风机运行多种状态信息；控制风门开/关、风机启/停；3、具有现场控制、远程控制、手动控制等多种控制方式。院长签字： 指导教师签字：中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 指导教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人： 年 月 日摘 要随着我国信息化技术的发展以及安全生产要求的提高,我国大多数煤矿企业生产过程中都采用了各种各样的煤矿监控系统,然而，每年煤矿事故总是接连不断，一些统计数据表明，瓦斯灾害事故是煤矿企业中经济损失最大、死亡比例最高的重大事故之一。而预防瓦斯爆炸最主要的措施就是加强矿井通风，降低瓦斯浓度，因此风机监控在煤矿生产中就显得尤其重要。然而实际情况中常常出现控制工程人员缺乏计算机专业知识与计算机专业人员缺乏控制工程现场操作技术和经验的矛盾,极大地阻碍了监控系统工作效率的提高,这种矛盾由于工控组态软件的产生而得以解决。工控组态软件作为一种用户无需改变运行程序原代码的软件平台工具,为实现工业控制免去了大量烦琐的编程工作,在各个工控领域逐步展示了其独特的优势并日渐成熟。近年来,工控组态软件被逐渐应用到风机监控系统中,收到了良好的效果。MCGS是国内比较流行且运行比较可靠的几种工控组态软件之一。本文分析了基于MCGS的风机监控系统的软件设计,并给出了一种实现方案。关键词：信息化技术; 瓦斯灾害事故; 风机监控系统; 工控组态软件ABSTRACT With development of our country informatization technology and upgrade of safety in production require,majority coalmines enterprise all adopt all kinds of coalmine monitored control system out in process of production of our country. However,coalmine accident always never dying in every year,some statistical datas indicate,the gas disaster trouble is an economy loss biggest in the coal mine business enterprise , rate of death is the tallest of one of the graveness troubles.And gas explosion leading against measure amountsto strengthen ventilation of mines，depress gasses strength,hence blower monitor seems especially importat in induction of coalmine. however practical situation often offers contradiction engineering personnel lack computor professional knowledge or computer professional lack engineering technology and experiment of wellsite operation , hugely resists the advance of monitored control system work efficiency, the bring and succeed in solve forth of the such contradiction owing to Configuration Software.the software platform instrument of the CONFIGuration software by way of a sort of user dispense with transfer working procedure primary code,for realize industrial control excuses plenty tenuous programming work, at each labour control region gradually show unique predominance and day grew into ripe。in recent years, labour control configuration software gradually application to blower monitored control system , receives favorable effect。MCGS is one of fashion and responsible for operating in some kind of labour control configuration software。this paper analyses software design of the blower monitored control system base on MCGS, and gave out a sort of realize project.Keywords: informatization technology ;the gas disaste trouble;blower monitored control system;labour control configuration software目 录1 绪论11.1问题的提出及研究意义11.1.1问题的提出11.1.2 研究意义21.2本课题国内外研究现状31.3本文研究的主要目的和研究内容41.3.1主要目的41.3.2本文研究的主要内容52 矿井通风与主扇的经济运行72.1引言72.2矿井主扇风机概述72.3矿井通风系统72.4风量的调节方法82.5矿井主扇风机供电系统82.6矿井通风与主扇的经济运行83 方案总体设计113.1引言113.2方案设计113.2.1系统主要功能114 系统的硬件设计134.1引言134.2系统硬件的组成134.3系统功能及要求144.3.1系统功能144.3.2系统附属要求154.4系统主要配置表154.5基本工作原理174.5.1PLC的应用174.5.2工作原理185 风机监控系统-软件设计205.1引言205.2系统MCGS组态软件的简述205.3系统的总体框图235.4风机监控系统组态255.4.1主界面画面组态255.4.2风机监测参数画面组态335.4.3历史曲线的组态395.4.4实时曲线的组态415.4.5报警显示组态426 总结44参考文献45英文原文46中文译文53致 谢58 中国矿业大学2008届本科毕业设计 第 59 页1 绪论 随着国民经济的快速发展，国家能源工业对煤炭的需求日益增长，然而煤安全事故频繁，其中以瓦斯爆炸事故最为突出。2006年2月15日到3月19日一个多月时间里，就发生了5起煤矿特大瓦斯爆炸事故，共死亡165人。据国家监总局公布的统计，全国一季度煤矿事故造成死亡的人数竟然已高达1113人，煤矿“吃人”己到了令人无法忍受的地步。目前，我国煤矿约半数矿井为高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井，瓦斯始终是我国煤矿安全的最大威胁。本文开发了基于MCGS组态软件的风机监控系统，有效地监测并控制井下有害气体和其他影响井下工作人员健康的参数。从而有效地减少了煤矿自然灾害的发生。 1.1问题的提出及研究意义1.1.1问题的提出 众所周知，煤矿井下生产过程中时时刻刻都受到“水、火、瓦斯、顶板”五大自然灾害的威胁，其中，瓦斯煤尘爆炸事故能使矿毁人亡，危害极大，为五大自然灾害之首，为搞好矿井的“一通三防”管理工作至关重要，故“一通三防”技术的管理为煤矿的重中之重，矿井的“一通三防”管理就是矿井通风、防治瓦斯、防治煤尘、防灭火的技术管理简称，它的基本任务是根据党的安全方针、政策、掌握火、瓦斯、煤尘和地热等自然灾害的发生和发展规律，应用科学技术手段防治各种灾害，根据井下风流流动的规律，不断得将新鲜的风流输送到井下各个工作地点，创造良好的气候条件，以冲淡并排出井下的毒性、窒息性和爆炸性的气体和粉尘，以保证井下风流的质量（成分、温度和速度）和数量符合国家安全卫生标准，提供良好的工作环境，防止各种伤害和爆炸事件事故，保障井下工作人员身体健康和生命安全，保护国家资源和财产，在矿井建设和生产期间始终占有非常重要的地位。 瓦斯灾害给煤矿带来的最大危害是威胁井下人员生命，摧毁矿井设施，迫使矿井停产，并需要投入大量人力物力抢险救灾。据资料统计，1981一1995年，我国重点煤矿在加强瓦斯灾害防治的前提下，仍因瓦斯爆炸死亡1582人，瓦斯窒息死亡278人，造成直接经济损失近几亿元。我国煤矿瓦斯灾害事故仍呈不断上升趋势，给煤矿安全生产造成极大威胁。 为防治瓦斯灾害事故，国家煤炭工业局每年投入安全技术措施费近1亿元(大部分用于防治瓦斯灾害)，矿井进入成本的瓦斯灾害防治费平均达10元/吨，有的矿井高达30元/吨。粗略估算，从各种途径投入瓦斯灾害的防治费用每年达20亿元以上，给煤矿生产带来沉重的经济负担。 瓦斯灾害的威胁也极大的限制了矿井生产能力的发挥。据有关资料统计，1995年130个国有重点瓦斯矿井年设计生产能力为9300万吨，核定生产能力为6000万吨，仅为设计能力的60.6%。由于矿井生产能力的下降，产出减少，矿井经济效益显著降低;正因为矿井安全生产受到威胁，矿井经济负担重，效益差，致使矿井人员稳定困难，科技开发能力减弱，不少高瓦斯矿井步入恶性循环，最终导致矿井关闭 瓦斯灾害防治的主要目的是防治瓦斯积聚，防治瓦斯煤尘爆炸。要达到这些目的，就要求有精确、稳定、安全的风机监控系统。加强瓦斯监控可以实时发现瓦斯灾害预兆，及时采取措施消除灾害隐患，防患于未然。11.1.2 研究意义 矿井主风扇的通风是煤矿治理瓦斯、煤尘及火灾的基础，合理高效的矿井通风系统是煤矿安全生产的基本保障。随着科学技术的发展，煤矿生产的计算机技术（网络化）和信息化程度的不断提高，矿井开采规模迅速扩大，通风线路随之加长，通风阻力增加，工作面配风困难，通风难度相应增加；另外，随着开采深度的增加，由于地热、机电设备散热、气候变热等因素，致使高温矿井也逐渐增加，矿井热害治理也成为矿井通风工作的一个重点；再者，在一些寒冷地区，冬季气温很低，对进风风流预热也成为矿井通风要解决的难题。为了解决上述的各种问题，所以对主风扇的要求要大大的提高。 人们长期习惯生活在有阳光，有比较稳定的化学成分、温度、湿度的环境中，一旦生活在环境变化剧烈，人体将感到不舒适，甚至生病。地下开采工作的环境与地面相比变化较大，瓦斯、矿尘、煤炭自然发火和水等事故时有发生，严重地制约着煤矿的安全生产。为了在煤炭生产过程中创造良好的生产环境，对各种灾害切实可行的防治，最经济、最基础的解决方法是搞好矿井通风工作。矿井通风是矿井个生产环节中最基本的一环，他在矿井建设和生产期间始终占有重要的地位。多年时间证明，矿井通风是煤矿安全工作的重中之重，也是杜绝重大事故，实现煤矿安全状况基本好转的关键。 矿井通风的主要作用： （1）供给井下工作人员足够的新鲜空气，满足人员呼吸的需要。 （2）稀释和排除井下有害气体，矿尘，有效减少事故的发生。 （3）调节井下气候条件，提高生产效率。 而矿井通风的关键就是矿井风机的主要作用，因此风机监控系统的研究具有重大的意义。 为了正确评价矿井的通风状况，解决煤矿通风的难题，总结矿井通风的丰富经验和科研成果，促进煤矿安全技术的发展，减少和杜绝煤矿事故的发生，作为煤矿“四大件”之一的主扇风机,承担着煤矿瓦斯抽放,向井下输入新鲜空气的重任。中国煤矿事故中近60%以上的事故是由于瓦斯浓度过高引起的,而中国煤矿主扇风机监测几乎全部采用的是老式的模拟仪表,工作人员必须定时到现场抄表,而且对风机通风量几乎没有实现在线测量。因此,要提高煤矿生产的安全性,减少现场噪音对工作人员的伤害,必须解决主扇风机的自动化控制技术和监测技术。1.2本课题国内外研究现状 由于我国煤炭成形的自然条件和地质条件的多变，生产条件复杂，自然灾害较为严重。在我国众多的行业产业中，煤炭行业事故所占比重最大，占工业死亡总人数的60%以上。目前，全国煤矿百万吨死亡率高达3左右，其中以瓦斯煤尘爆炸恶性死亡事故为最。进入新世纪以来，煤矿安全生产形势虽然有所好转，但形势依然严峻。据统计，2001年，全国共发生煤矿事故2384起，死亡6078人;2002年，全国共发生煤矿事故3112起，死亡6528人;2003年，全国共发生煤矿事故4143起，死亡6424人;2004年，全国共发生煤矿事故3853起，死亡6027人;2005年全国共发生煤矿事故3341起，死亡5986人。这些数字足以说明煤矿安全事故给人民生命带来的巨大伤害，给煤炭工作人员的家庭造成的极大痛苦，给国家建设造成的巨大经济损失，产生了恶劣的社会影响和极为严重的后果。在“先抽采、监测监控、以风定产”方针的指引下，我国科研人员和煤矿职工在自力更生、艰苦奋斗基础之上，共同努力，不断学习国外先进经验，取长补短，使我国煤炭安全生产技术和信息化程度有了长足的进展和提高。其中，煤矿安全的内涵也在不断的丰富和扩展，包括劳动者心理健康安全、环境卫生安全、劳动条件安全、机器设备安全、管理保障安全、生产系统安全意识等在内的大安全概念也正在形成。 国外煤矿监控系统的开发应用早于我国，技术也较我国成熟。加之法律法规的完善，安全状况优于我国。2004年度中国煤炭百万吨死亡率为3.08，美国为0.039，印度为0.42,俄罗斯为0.34，南非为0.13，中等发达国家大致为0.451。例如矿业安全在德国不仅包含矿井防火、防水、防爆，而且员工的交通安全也属其中，同时还有职工的劳动保健。在技术上采用先进的煤矿安全实时监控系统，在井下通过各种高级传感器取得现场各种数据，利用数码摄像头将采掘现场的实时画面通过网络传到总控制室，并以各种形式显示。利用现代化手段使指挥中心与现场保持密切联系，任何事故的苗头都可以在监控中心找到并进行相应的处理。美国不断加强煤矿安全立法、执法和各种教育工作，同时加大了对新技术的采用，最终使煤炭产量大幅度增长，劳动生产率成倍提高，安全状况大为改善，生产成本明显降低，工效水平明显提高，煤矿从业人员逐年减少，人均年煤炭产量逐年增加。美国矿业安全状况的改善得益于新技术的开发与应用7l。英国设立了矿山安全的监查机构，对政府负责，同时加大对新技术和新设备的推广，使用和加强各种层次的安全培训。20世纪90年代以来，煤矿已经很少发生事故。英国的煤矿安全的发展对世界许多国家的煤矿的健康发展都起到了积极的作用。近年来，国外在不断完善现场监控跟踪预测的基础上，开展了研究瓦斯突出的动态预测技术和突出危险区域预测技术。俄罗斯己经建立了区域预测预报专家系统，将突出煤层划分为突出危险区和非突出危险区，从而解放了一大片煤层，降低了突防工程量。德国一直都很重视煤矿安全技术的研发，一种完全改变井下矿工工作方式的“超越现实”的高安全性通讯技术使得井下信息完全如实的反映在专家和技术人员面前，在有安全隐患或可疑之处让计算机参预作出判断，极大的降低了危险概率，缩短了停工时间，提高了工作效率。将这些问题和解决方法都存储在知识数据库里，为新技术的革新作了大量的储备，并将在未来几年会全面投入使用。另外，一些国家将声发射技术应用于工作面突出监测，以达到实用化、自动化方向发展。这些国家针对不同的突出煤层研究了相应的配套防瓦斯突出措施及装备，俄罗斯利用声发射监测系统对采掘工艺进行了随机控制，实现了工作面作业的自我保护。波兰和法国对煤层突出危险进行了分级，实现了科学管理。1.3本文研究的主要目的和研究内容1.3.1主要目的 随着控制、计算机、通信、网络等技术的发展，信息交换沟通的领域正在迅速覆盖从工厂的现场设备层到控制、管理的各个层次，覆盖从工段、车间、工厂、企业乃至世界各地的市场。信息技术的飞速发展，引起了自动化系统结构的变革，逐步形成以网络集成自动化系统为基础的企业信息系统。组态软件的应用就是顺应这一形势发展起来的新技术。 我国是一个矿产资源丰富的国家，采矿业在国民经济中占有一定比重。随着我国改革开放不断深入发展，国民经济迅猛发展，生产力、生产关系发生了质的飞跃。作为工业粮食的煤炭，经过上世纪九十年代的低谷以后，进入二十一世纪发生了巨大变化。过去长期我国煤炭产量一直徘徊在8至10吨，到1 0年时间煤炭产量翻一番，一跃成为世界第一产煤大国。而且煤炭供需矛盾不会很快得到缓解。煤矿向着大型化、信息化、现代化迅猛发展，急切需要高新技术装备，特别是数字技术产品。 但是，伴随生产飞速发展而来的是，安全与生产的矛盾更加突出。现有的术装备日益不能满足安全生产的要求，目前煤矿装备相当一部分还是苏联援助中国时的五十年代技术，有的虽有改进，但还是远不能满足数字时代安全的要求。煤矿安全生产迫切要求更可靠、灵敏、准确、更安全的数字化产品装备。煤矿安全监控系统正是基于上述前提下提出的。 煤矿风机监控系统是一个集计算机、网络、数据库、自动检测与自动控制、传感器与执行机构技术为一体的多学科综合性自动化系统，主要用于矿井全生的监测、控制、分析、综合决策及调度等。煤矿风机监控系统主要由系统上位机（监控主机），通信适配卡（器），中继器，总线转换网桥和系统智能节点五种类型的节点组成。其中，系统上位机是整个矿井风机监控系统中最复杂的站点，它的设计好坏直接关系到整个煤矿风机监控系统能否正常运行。传统的系统方案中，系统上位机采用集中控制方式，在实际施工以及系统运行过程中，集中式矿井安全监控系统存在接线复杂、维修困难、危险集中等缺点。为了克服上述缺点，可采用PLC来设计新型的基于MCGS组态软件的煤矿风机监控系统。煤矿生产中安全问题是最关键的问题，在煤矿监控系统中应用成本低、功能全、性能可靠的现场总线技术已逐渐成为节约成本，确保安全的必要手段。近年来国产的组态软件的发展和完善使其在众多总线技术中脱颖而出，成为煤矿风机监控的首选软件。 煤矿井下监测点星罗棋布、系统庞大、传输距离远、生产环境恶劣，作为一种具有本安性的分布式智能网络，本软件结合PLC能将监测点做到彻底的分散(在一个网络内可带32000多个节点)，可以满足矿井安全监控的要求。在矿井监控系统中主要包括矿井环境参数及工矿参数的监测与控制。环境参数主要有瓦斯浓度、风速、温度、风筒压力等,每一种需要监测的参数和控制仪器都对应相应的智能节点，节点通过收发器接入总线网络进行通信，也可以与上位机进行通信实现必要的监控。系统根据监测到参数就地进行控制和发出报警信号。21.3.2本文研究的主要内容 矿井主扇风机是向井下送风的重要设备，也是大型耗能设备，对其实现在线监测监控，使之始终运行在良好状态，对于保障煤矿安全生产，保护矿工生命和企业财产安全，保证企业节能提效具有重要意义。矿井主风机网络在线监控系统，综合利用现代传感技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、网络通讯技术，基于企业计算机网络实现主风机运行参数、通风数据的实时监测与风机主辅设备控制的一体化，监测内容丰富，控制功能完善，具有实时性强、安全可靠、操作方便、易学易用的特点。主扇风机监控系统实现了风机的起、停和正反转的全自动化控制,运行数据的实时监测、存储和数据的网络发布与共享。并且能在运行参数异常时发出报警,避免了原先人工观察数据可能存在的疏漏。系统带有冗余设计,可以封锁PLC 信号,进行手动控制。 (1)系统稳定性高 由于采用的是西门子200系列的PLC,内部采用集成电路,无触点控制,元器件的寿命几乎不受影响,与继电器接触控制装置相比,PLC 更能适应工业现场恶劣的生产环境。 (2）自动化集成度高 系统实现了主扇风机的自动化控制,自动采集了风机几乎所有的运行参数,并能实现异常时的报警。系统对数据进行管理和企业内局域网发布,授权人员可以网上浏览监测数据。同时系统留有扩展空间,可对主扇风机实现在线智能故障诊断。 (3）操作安全方便 上位机软件采用的国产组态软件MCGS,对不同安全等级的操作区域系统有对应不同等级的密码保护级别。操作人员必须按用户名和对应密码登录,才能操作相应区域。对日常操作外的主扇风机起、停机和反风操作实行高级别的密码保护,只有通过口令确认才可以操作,杜绝了非专业人员的误动作,保证了主扇风机的安全、稳定运行。 该系统主要由PLC测控系统、上位机冗余组态软件系统、视频监视系统三大部分组成。 系统特点 （1）PLC测控系统采用双CPU，能够快速准确可靠地完成监测监控功能； （2）上位机应用软件采用冗余组态软件系统，使得系统更加安全可靠； （3）系统可根据现场应用需求灵活配置，伸缩性强； （4）测控功能上的网络化、WEB化。2 矿井通风与主扇的经济运行2.1引言 煤矿主扇是大功率长时连续运行的大型设备，耗电量高，据统计，1986年我国统配煤矿在运转的主扇共1078台，总功率为367084kW，平均效率为52,8。运转效率小于50%的占总数的40,500，大于5000、小于60%的占57,800，大于60%的仅占1,7%。全国统配煤矿平均主扇电耗占全矿总电耗的声%左右，部分矿井高达20-25%。因此，实现主扇经济运行对节电和改善矿井经济指标具有重要意义。2.2矿井主扇风机概述 金源矿地面主扇风机使用的是山东淄博风机厂生产的对旋式轴流风机2台。其整体性好，并且采用内置防爆电机拖动，不受外界干扰。 风机的主要特点是: 1、该风机采用电机与叶轮直联的方法，简化了传动结构，改变了当前煤矿抽出式轴流风机全部采用皮带轮传动或长轴传动的复杂结构，使维修和操作方便。 2、该风机配套电机为YB系列的YBFe派生系列，隔爆型三相异步电机。电机置于全封闭型，并具有一定耐压强度的密闭散热罩中并于外界非瓦斯气相通。使电机始终处于无瓦斯空气之中运行，起到了双重隔爆效果。 3、风机与扩散器之间设置后导叶，以提高静压效率，使得节能效果显著。与目前使用的局扇群相比，可节电六倍，与离心式风机相比可节电40%. 4、该机可以反转反风，不必另设反风道，具有节约基建投资和反风速度快的优点。 5、叶轮的叶片安装角度可以调整，其范围为:30度、33度、36度、39度、42度五个角度级。在使用同一规格风机中，可根据生产扩大的要求来调整叶片安装角度。 6、该机配置了防止摩擦火花装置，确保了整机安全防爆性能。 7、该机采用特殊设计，性能曲线无驼峰，在任何网络阻力情况下，均能稳定运行。2.3矿井通风系统 主通风机是煤矿的四大固定设备之一，为了保证通风的安全正常持续运行，通风系统设有以下几部分，其中有两个风洞，互为备用。保证在风机发生事故或者检修时的安全生产。 (1)地面风道闸门:风机入口前设垂直闸门，主要用来调节风量和倒换风机。 (2)通风管道:风机风道处安装了测量差压，静压的气样管道及流体温度传感器。 (3)风门电机:主要来开关风道闸门，为38OV低压电机，容量为1kIV。共有4台，分别用于开关风道闸门和检修。矿地面主扇风机还有两个旋转风们用于检修时风道的入口。 矿地面主扇风机系统中，每一台风机的两台电机扇叶的数量和角度时不同的，其中一级电机要比二级电机的扇叶数量多，角度大。2.4风量的调节方法 由于在矿地面主扇风机系统中，采用的风机是无法实现调速的轴流式风机，所以风量的调节只能依靠两个垂直风门提起的高度，和调节风机扇叶的数量和角度。 由于调节风机的扇叶数量和角度在实际生产中调节比较困难，在正常的生产中，通过调节两个垂直风门提起的高度来调节风量是最常用也是最为普遍和简单的方式。2.5矿井主扇风机供电系统 风机的供电系统采用了室外箱式一体化结构。按功能划分为高压配电室，低压配电室，变压器室。 风机系统的主要设备: (1)高压电机:高压电机:每台风机安装有两台6kv高压异步电动机，电机容量为315kW。电机安装了三相定子和前后轴承温度传感器。 (2)变压器:为了保证附属设备的可靠工作，安装了两台50kva，为低压柜提供供电。变压器安装了温度监控器，监控3相温度，当温度超限能自动启停风机降温。 (3)进线柜:包括两台进线柜，为风机系统的两台进线开关。 (4)联络柜:实现风机供电系统的母线联络。 (5)换向柜:两台换向柜，由接触器组成。主要实现两台风机电机的正反转。 (6)箱变房:采用一体化设计，外观整洁大方，按功能划分为高压配电室，低压配电室，变压器室，PLC控制室。箱变房安装通风机和温度传感监控装置，能根据温度自动启停风机进行散热。2.6矿井通风与主扇的经济运行 （1）实现主扇经济运行的对策与措施 如前所述，影响主扇经济运行的因素较多，因此，欲要实现其经济运行必须从通风设计、设备选型、生产安排、通风系统、工程质量和科学管理等多方面采取措施。方能取得效果。但关键是通风设计合理，并符合实际，通风设计实质上有两大中心任务:一是确定通风系统，二是选择风机。 1、矿井通风系统设计合理，并力求符合矿井通风系统合理与否，对矿井安全生产会发生长远的影响，通风设计之前应有可靠的安全技术资料，如煤层瓦斯含量和涌出量、生产发展规划、采区布局和接替安排等。据此，合理地确定通风系统参数不变化或变化的时间区间。在进行通风设计时既要兼顾各时间区段的安全生产，又要进行通风指标优化，力求做到所设计通风系统的网络结构、阻力和风量与投产后的实际情况基本符合，这是实现主扇经济运行的基础。网络结构合理是通风系统合理的重要内容。所谓网络结构合理就是通风系统和通风能力在适应不同时间区段的安全生产需要的同时，人为增阻调节量尽可能小，即矿井实际通风阻力尽量接近自然分风(不加调节设施时的)阻力。在确定矿井通风设计方案时，要认真拟定2-3个可行的方案进行技术、经济和安全比较，权衡利弊慎重确定。3 2、风机选型合理 选择效率高，高效区范围宽和调节性能好的风机是实现主扇经济运行的必要条件， 为此要求: （1）风量计算和分配符合实际 风量计算是通风设计的主要内容，其结果是选择主扇的重要依据之一。计算的风量与实际符合程度，将决定实际工况点与设计工况点是否接近，即决定主扇是否在高效区运行。 对于高沼矿井，计算风量的依据主要是瓦斯涌出量。因此，瓦斯涌出量预测的准确程度至关重要。 对于低沼的高温矿井，一般是以降温和改善矿井气候条件作为风量依据。这就要求在通风设计之前，要准确地进行风温预测。 选用符合实际的风量计算方法，各种计算风量的系数，如风量备用系数、沼气涌出不均匀系数以及漏风系数等，应在充分调研并参照条件类似的生产矿井的供风标准适当选取。 （2）主扇服务期内其最大和最小的工作压力预算准确 矿井通风阻力是选择主扇的另一个主要参数。在进行阻力计算之前，应根据矿井和采区的生产能力，从实际出发进行配产并安排好采掘接替，并制成表格，根据通风系统类型，对各条通路的长短及通过风量大小进行比较确定主扇服务期内的通风容易和困难时期，然后再对每个时期内的采掘面所在通路的阻力大小进行比较，确定两个时期的最大阻力路线，计算其总阻力。在此基础上计算主扇的最大和最小工作压力。 （3）选择性能良好且与网络相匹配的主扇和电机技术经济性能良好的风机和匹配性好的电机是主扇装置经济运行的前提条件，因此，无论是新建矿井，还是生产矿井主扇更新，都应强调设备选型合理。选择风机的原则是: 选择效率高、高效区宽的风机。对于风量和风压变化大的矿井，应把风机可调性能作为主要因素来考虑。 保证通风困难和通风容易两个时期的工况点均在合理工作范围之内。 选择离心式风机的大型矿井，要设计投产至达产这段时间内的调节方法。当工况点变化大时应选择小容量的低速电机或双速电机，避免出现投产初期负荷小风机能力大的大马拉小车的局面。 电机的备用系数不宜过大，其服务期内的负荷率不小于75%，否则应分期选择电机。 3、实际生产布局应尽量按设计进行安排 正确处理生产和通风的关系对于实现主扇经济运行至关重要。采掘布局决定矿井的风网结构和总风阻，风网结构和配风决定矿井通风阻力，即工况点。通风设计时以生产布局为依据，因此在实际安排生产的过程中，除遇到地质构造变化等特殊情况外，均应按照设计进行，实现有计划的均衡生产，使实际与设计相符合，在遇到地质构造和变化等特殊情况不能按设计安排时，也应考虑合理的配产和配风，使各采区和通路形成的阻力尽量与设计参数相接近。 4、优化工况调节方法优化工况调节是实现主扇经济运行的关键措施之一。尽管在设计时考虑得较充分，但在实际生产过程中，由于矿并开采技术条件(地质构造、沼气涌出量等)，生产条件(产量、生产布局和生产工艺等)仍可能发生或多或少的变化，这些变化就会导致矿井阻力和需风量与设计时不同。另外，风机本身性能也会因长期运行中磨损、锈蚀和尘垢污染而发生变化。为了使风机工况点始终处于合理的范围内，就必须及时而合理地进行工况调节，而且在设计时就应根据预测的调节量和调节时间长短，拟定合理的调节方案和设备，为实现经济调节创造条件。43 方案总体设计3.1引言 首先，介绍一下一该系统研制的基本步骤。该系统的研制遵循了微控制器应用系统研制的规范化步骤，主要从以下几方面加以考虑。 1)总体设计 在设计该系统时，首先对系统的任务、控制对象、硬件资源和工作环境做了认真的调查研究，并勘察了工业现场，进行了系统实验，明确了各项指标的要求。例如:对测量对象的精度要求，跟踪速度，可靠性等级，被控对象的调节精度以及各种待测参数的形式等。在此基础上拟研制出完整的设计任务书。在总体方案的确定过程中，还对所选各部分电路、元器件和各实测点传感器进行综合比较。这种比较在局部试验基础上进行。该系统还涉及到与 厂方的协作，故接口方式、通信协议、用户程序要求等也在总体方案中大致规定。 2)硬件设计 总体方案确定下来后，系统的硬件规模和软件框架也就随之确定。硬件和软件是PLC控制系统的两个重要方面，硬件是基础，软件是关键。但两者又具有一定的互换性，因此应认真考虑软、硬件的分工与配合。考虑的原则是:软件能实现的功能尽可能由软件来实现，以便简化硬件结构，还可降低成本。但必须注意，这样做势必增加软件设计的工作量。此外，由软件实现的硬件功能，其响应时间要比直接用硬件实现长，而且还占用了MCU的工作时间 。 3)软件设计 软件设计包括拟定程序的总体力一案、程序流程图、编制具体程序以及程序的检查修改等。 4)系统的调试、运行和维护 程序的上机调试是检验程序正确性的一个重要标志，包括分块调试和系统联调两个阶段。程序上机调试完成后，还要进行一段时间的试运行，以验证程序功能是否满足设计要求，是否达到预期效果。53.2方案设计3.2.1系统主要功能在讲述方案之前，应考虑系统应实现的主要功能：系统主要功能： 1、实时监测风机风压（静压、全压）、风速风量、轴承温度、定子温度、电网电流、电压、功率、电机与风机效率、风峒大气参数（温度、湿度、大气压力）等风机运行各种参数； 2、监测风门位置、风机开停状态、反风信号和电机编号等风机运行多种状态信息； 3、控制风门开/关、风机启/停； 4、自动闭锁控制，保证系统安全； 5、具有现场控制、远程控制、手动控制等多种控制方式；6、在控制中心，通过32液晶电视对风机机房进行24小时监视，通过网络视频服务器实现24小时远程监视。系统软件功能： 1、接收、处理、存储、显示PLC系统上传的现场数据，显示方式多样，生动直观； 2、自动生成各类报表，内容丰富翔实； 3、实时曲线、历史曲线绘制； 4、动态绘制风机性能特性曲线（HQ、NQ、Q）； 5、实时监测各类参数，具有超限报警并记录报警信息的功能；3.2.2系统总体框图设计图3.1系统总体框图4 系统的硬件设计4.1引言 硬件和软件是单片机系统的两个重要方面。本章主要论述该系统的硬件电路设计。本系统在硬件电路设计时，主要从以下原则出发: (1)硬件电路设计与软件设计相结合优化硬件电路。一些由硬件实现的功能可用软件来实现，反过来一些由软件实现的功能也可用硬件来完成。用软件来实现硬件的功能时，其响应时间比用硬件实现长，还要占用MCU时间。但是用软件实现硬件的功能可以简化硬件结构，提高硬件电路的可靠性，还可降低成本，因此在本系统的设计过程中，在满足可行性和实时性的前提下尽可能地将硬件功能用软件来实现。而且本系统在设计中使用了复杂可编程逻辑器件，吸收了硬件和软件的优点1s1 (2)可靠性及抗干扰设计。根据可靠性设计理论，系统所用芯片数量越少，系统的平均无故障时间越长，而且所用芯片数量越少，地址数据总线在电路板上受干扰的可能性也就越少，因此单片机基本系统的设计思想是在满足功能的情况下力争使用较少数量的芯片。本系统采用了两片复杂可编程逻辑器件，因此从元件数、电路板空间、功耗、抗干扰及系统成本上都得以大幅度改善。 (3)灵活的功能扩展。一次设计往往不能完全考虑到系统的各个方面，系统需要不断完善，需要进行功能升级。功能扩展时系统应该在原有设计不需要很大改变的情况下，修改软件和少量硬件甚至不修改硬件就能完成。功能扩展是否灵活是衡量一个系统优劣的重要指标!4.2系统硬件的组成如图4.1所示，主扇风机自动控制系统综合利用现代自动控制技术、计算机技术、网络通讯技术，实现对旋风机运行参数的实时监测与风机主辅设备控制的一体化。它包括如下三个部分：1、系统以西门子SIMATIC S7-300可编程控制器为核心，采用1个 电源模块和1个中央控制器（机架）。中央控制器有一个CPU 314，辅以高性能模拟、数字输入/输出模块和以太网通讯模块，配置TP27010触摸屏，实现就地自动控制。2、上位机系统采用完全冗余配置方式，软件采用国内著名品牌北京昆仑通态自动化软件科技有限公司开发的MCGS WWW网络版组态软件，可实现对底层PLC无缝连接和平滑远程控制。图4.1硬件系统图 3、系统配置两台带云台彩色摄像仪，通过32液晶电视对机房进行24小时监视，通过网络视频服务器实现24小时远程监视4.3系统功能及要求4.3.1系统功能 1、通风数据监测：采用为压力环管，后续压力变送器，采集通风数据，实现通风机气动参数负压、流量、全（静）压、全（静）压效率、轴功率实时监测。 2、风机运行状态监测：系统能够监测每台风机、每台电机的运行参数，包括电网电压、电机电流、功率因数、电机定子温度、电机前后轴承温度、电机前后轴承X-Y方向振动、风机前后齿轮联轴器X-Y方向振动、风机机壳X-Y方向振动，电气参数通过微机保护装置获得。3、上述监测参数能够通过TP27010触摸屏和远程终端，完成实时显示以及存储、查询（通过表格、曲线等实时查询和历史查询）、报警、打印功能；完成报表的自动生成、存储、查询和打印；具有丰富的工况画面，界面友好，图表功能强大，操作快捷方便。4、现场控制：通过触摸屏预制矿井通风参数，可以实现风机的无级调速，可以查询所有风机相关运行参数、状态，实现风机的自动切换、应急反风、单风机单电机启动运行、单风机双电机启动运行、单风机单（双）电机变频启动运行等多种控制模式。具备自动控制切除功能，实现现场的完全手动控制。5、在控制中心，通过32液晶电视对机房进行24小时监视，通过网络视频服务器实现24小时远程监视中央风井的运行环境。4.3.2系统附属要求1、系统必须设置平板风门位置状态检测开关，检测开关要求为国内知名公司传感器。2、系统具备远程控制、现场自动控制、现场手动控制三种控制模式，现场手动控制权限具备优先权，其他两种优先权限有现场控制中心设定。系统具备自诊断功能，做到系统自检、轻微故障报警提示、紧急状况应急处理等功能，实现防误操作。3、 系统能够向上级提供标准通信协议接口，具备联网功能。4、系统具备通风系统设备诊断功能，能够实现风机性能测试，自动打印风机性能测试报告。4.4系统主要配置表序号名 称规 格数 量厂 家1工控主机P4 2.8G/512M/80G2台台湾研华2显示器21吋液晶1台惠普3PLC CPU模块CPU3141块西门子4模拟量采集模块SM3314块西门子（8点入）5模拟量采集模块SM3321块西门子（8点出）6数字量采集模块SM321 1块西门子（16点入）7数字量输出模块SM322