基于s7300的矿井通风机在线监测系统的研究与应用1

1、基于S7-300PLC的煤矿通风机在线监控系统的研究与应用摘要：针对平煤十矿三水平风井传统停风倒机模式下井下出现短暂停风，倒机时间较长，可能引起瓦斯超限，不能实时了解系统运行状况、不能实现远程信息化监控等现状。研究利用热备用倒机和网络信息化技术，以高性能的S7-300PLC和工控机为核心，配以高精度的传感器，来实现矿井主通风机在线监控。应用表明，该在线监控系统不仅实现了在线监测和远程控制，而且能够可靠完成不停风自动倒台，缩短了倒机时间，杜绝了因风机正常倒机可能引起的瓦斯超限事故，大大提升了矿井主通风系统的运行管理水平。关键词：主通风机；在线监控；不停风倒机；应用中图分类号：TD635 文献标识

2、码：A据统计，中国煤矿事故中近60%以上是由于通风系统管理不善、瓦斯浓度过高引起的1。平煤十矿作为瓦斯突出矿井，曾经多次出现局扇停风2分钟采面瓦斯超限事故，因此主通风机安全可靠运行对十矿意义重大。当前，十矿三水平风井仍采用传统停风倒机方式，正常倒机一次用时较长且井下会出现短暂停风，严重影响着十矿的安全生产，且系统存在不能实时显示系统工作状况、不能实现远程信息化监控、不能进行主要运行参数的在线监测等缺点，亟需进行技术改造，来提升安全可靠运行水平和自动化水平。1、现状分析十矿三水平风井担负着戊组中区、东区的通风任务。风机为南阳防爆电机厂生产的BDK6188NO.30对旋风机，配用电机型号为YBF6

3、308，电压：6KV，功率：4×500KW。采用传统倒机模式进行倒机操作，即：停止运转主通风机关闭运转主通风机闸板风门，开启备用通风机闸板风门启动备用通风机倒机完成，正常情况下倒机一次需时约7分钟，虽未超过规程规定的10分钟时间，但井下会出现约3分钟的停风，对瓦斯涌出量为110.14m3/min的十矿来说，是很大的安全隐患。另外风机操作全为人工操作，倒台一次需用7人；监测系统只监测电压、电流、负压、温度，且分散显示，故障警铃报警；司机每小时巡查一次，记录主要运行参数，但不能有效发现潜在的故障。随着十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，实现风

4、机的在线监控，提升矿井的安全生产水平。2、煤矿通风机在线监控系统的研究根据生产的需要，通风机在线监控系统必须具有以下功能：（1）要能完成正常情况下的自动不停风倒机和故障情况下的倒机操作，且要运行平稳可靠；（2）新安设备要与原系统有一定的独立性，要能够实现远程操控和就地控制功能的转换；（3）要能实现直观可见的系统主要参数在线监测和故障预警报警，并加入专家诊断系统，能够实现故障预测，变定期检修为状态检修，更好的保证通风机安全运行；（4）系统要具有网络接口，能够实现远程数据传输和操控，方便远程控制，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。2.1、监测功能研究作为在线监控的

5、核心功能，监测功能需实现对通风风量、负压、风机轴承温度，配套电机的启停、正反转，电机电参数、定子温度和风门的开闭状态等基本参数的在线实时监测；为满足风机故障诊断的需要，增加对轴承故障敏感的振动信号和噪声的监测，利用信号分析方法进行故障判断。系统所选测控设备如压力变送器（精度0.5级）、流量计（精度2.5级）、温度计（精度0.5级）、电压表（精度0.25级）、电流表（精度0.25级）都为高精度高可靠性元件，保证测量数据的准确性，以防出现因测量单元测量问题影响风机的安全运行。数据在采集后送入PLC进行处理，并和工控机交换数据，通过组态软件最终直观显示，便于观察和存储，生成报表和历史数据。2.2、监

6、控系统的控制功能研究监控系统的控制功能要实现风机的启动、停止，风门开、闭等集中控制，能进行自动倒机、故障状态下的备用通风机自动投入，并能实现远程操控。依据专家诊断系统的分析，实现在线状态检修，消除以往定期检修超前或滞后存在的弊端，提高设备可靠运行水平。2.3、不停风自动控制倒机的实现要想实现不停风，其前提就是不停机，不能失去通风动力，为了保持通风动力持续供应，就要从对通风机的风量调节的角度来开展倒机控制系统方案的研究和设计。采用在通风机入口处加装对空风门的倒机方案是最佳的实用方法【2】，即：在主通风机的入口处将原来的风门改造成2 个联动的风门，一个为水平对空风门,另一个为立式挂网风门。如下图1

7、所示，通过水平对空风门，可以降低原“停机倒机”模式下风机启动风阻，提高风机启动的成功率。风路切换由四个百叶窗调节风门联合动作来完成（可在40S以内完成），利用其切换快速灵活的特点，通过一定的控制策略，很好的实现了通风机倒机期间的通风稳定，杜绝了倒机期间可能出现的瓦斯超限问题。图1 改造后的风门布置图倒机过程如下（假设1号风机向2号风机倒机）：（1）1号风机正常运转中，打开2号水平对空短路风门，开启2号风机。（此时2号风机风流从水平对空短路风门进，出风口出，实现开机前的热备用。）（2）经检查（专家系统自检）2号风机运转正常后，切换风门系统。由系统控制打开1号水平对空风门，同时关闭1号立式挂网风门

8、，同时打开2号立式挂网风门，关闭2号水平对空风门，使原运行1号风机过渡到空运转状态，使2号风机过渡到正常带载状态。（3）经检查2号风机挂网运转正常后，停下原运转1号风机，倒机完成。针对风机运行过程中容易出现突然停转现象及由此引发的严重后果，系统加入专家诊断功能，实现了风机运行故障的自动识别，并保证在2分钟内完成向备用风机的切换，可以有效遏制因风机本身故障引发的通风系统事故的扩大。3、在线监控系统的组成监控系统以西门子S7-314PLC及研华工控机为核心，内装有为不停风倒机而专门开发的风机故障专家诊断系统及热备用倒机软件程序，通过组态王6.5软件设计了监控系统的人机交互，直观的显示了系统运行状况

9、和各项主要参数。通过自动倒机程序和在线监控装置，实现远程操控，此外还配备高可靠性、高精度的传感器、信号测取装置、通讯装置、输出及显示装置等，系统图如下图2所示。图2 在线监控系统总体结构图系统实现的主要功能如下：（1）实现了不停风状况下两台风机的切换控制，达到一键式倒机。（2）实现了在线监测风机的负压、风量、轴功率、电机电流、电压、功率、轴承温度、径向轴向振动、电机绕组温度等参数；风机振动、风机开停信号、正反风信号、风门开闭信号。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。（3）具备远程传输接口，能接入矿井生产调度系统。（4）专家系统可以在风机运行出现不正

10、常状态时进行故障判断，输出报警信号和诊断结果；在发生故障停机时，根据故障状态提示司机进行处理，并能在故障时自动倒机。4、监控系统的安装与应用4.1、监控系统的安装在经过现场测量和技术培训后，在2011年6月，制定安装方案：先改造1号风机风门及监控系统，再改造2号风门及监控系统。主要施工内容有：（1）破除1号风机水平对空风门所在的位置基础，安装水平对空风门1套，并安装就地控制操控机构；（2）破除立式挂网风门所在的位置基础，安装立式挂网风门1套，并安装就地控制操控机构；（3）安装操控柜、自动倒机监控计算机系统1套，安装各种测控单元并接线，进行调试。（4）2号风机施工与1号风机施工内容相同。单台施工

11、工期15天，共计一个月时间完成安装工作，安装全过程没有影响风机的安全运行。4.2、监控系统的应用在施工完成后，进行系统接线并调试软硬件，达到要求后，工控机监控界面如下图3所示：图3 监控系统界面从图中可以看出，监控系统可监测到风井负压、风门开闭状态、风机运行状态、轴承温度、电机电压、电流、功率、功率因数等状态参数，系统在安装完成后于9月进行第一次试验倒机，倒机用时1分40秒，运行可靠，监测数据精确。4、结语十矿三水平风井主通风机在线监控系统采用先进、可靠、精确的传感器测量现场数据，使用S7300PLC与现场的操控可靠的配合，不仅实现了对煤矿主通风机不停风倒机过程的精确控制；杜绝了因倒机期间通风中断可能造成的瓦斯积聚、超限现象，消除了安全隐患，同时实现了对通风系统的风量、负压、通风机性能参数、配套电机工作参数及起停状态、风门状态的在线实时监测。改变了通风设备传统“定期维修”管理方式为“状态检修