【正文】 基于 PLC 風(fēng)機自動控制及監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計方案 摘 要 可編程控制器 PLC 是一種以微處理器為核心綜合了計算機技術(shù)自動控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的通用工業(yè)控制裝置它具有使用方便維護容易可靠性好性能價格比高等特點廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的眾多領(lǐng)域 煤礦主通風(fēng)機是煤礦生產(chǎn)的重要設(shè)備通風(fēng)機能否正常工作直接影響煤礦的生產(chǎn)活動因此對主通風(fēng)機實現(xiàn)在線監(jiān)控有很重要的意義本文針對通風(fēng)機的工作環(huán)境和運行特點以 PLC為主控設(shè)備介紹了可編程序控制器 PLC在煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用探討了通風(fēng)機 實現(xiàn)自動控制系統(tǒng)的系統(tǒng)組成和設(shè)計涉及硬件設(shè)備的選型與組態(tài)編制了通風(fēng)機實現(xiàn)自動控制梯形圖并簡要介紹了 PLC 與其他智能裝置及個人計算機聯(lián)網(wǎng)組成的監(jiān)控系統(tǒng)本系統(tǒng)提高了主通風(fēng)機設(shè)備的自動化管理水平有力地保證了主通風(fēng)機設(shè)備的經(jīng)濟可靠運行為設(shè)備的管理和維修提供了可靠的科學(xué)依據(jù) 關(guān)鍵詞煤礦通風(fēng)機 PLC 在線監(jiān)控 ABSTRACT Programmable Logic Controller is a kind of universal industrial control apparatuswhich taking microprocessor as its core integrating information technologyautomation control technologyworking munication technology It is applied in more and more industry control fields with the characteristics such as easy application easy maintenance well reliability high performanceprice ratio Primary ventilators are the most important instruments of the collieryTheir working state can directly influence the coal producing processs Therefore online monitoring of the main fan there is of much significance this paper introduced the application of Programmable Logic Controller PLC in the coal mine ventilation system Discussed the system position and the design of ventilator realization automatic control system Included selection and configureation of hardware Established the LAD chart of the ventilator realization automatic control And briefly introduced the consisting of monitoring system the system including PLC and other intelligent installments and the personal puter working This system raised the automatic management level of the main fanner equipmentsguaranteeing the economy of the main fanner equipments circulate credibility For the management of the equipments and maintained this system can provide dependable scientific warranty Keywords Coal mine ventilator PLC Online monitoring 目 錄 1 緒論 1 11 煤礦通風(fēng)概況 1 12 PLC 的基本概念 1 121 PLC 的組成部分 2 122 S7300 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 3 123 PLC 的循環(huán)處理過程 3 124 S7300 的編程語言 4 125 PLC 的供電及接地抗干擾問題 5 13 目前國內(nèi)外的通風(fēng)機監(jiān)控狀況 5 14 本設(shè)計所作的工作 6 2 礦井主通風(fēng)機系統(tǒng) 8 21 主通風(fēng)機概述 8 211 主通風(fēng)機性能參數(shù) 8 212 對旋軸流式風(fēng)機的結(jié)構(gòu)和工 作原理 9 22 風(fēng)門 10 23 反風(fēng)方法 10 3 主通風(fēng)機自動監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計 12 31 系統(tǒng)的組成和特點 12 32 主通風(fēng)機在線監(jiān)控的運行方式的設(shè)計 13 33 風(fēng)機參數(shù)的檢測 14 34 該系統(tǒng)的輸入輸出統(tǒng)計配置 15 341 數(shù)字模擬輸入點統(tǒng)計及模塊選擇 16 342 數(shù)字模擬量輸出點統(tǒng)計及模塊選擇 19 343 PLC 其它硬件模塊統(tǒng)計 22 344 數(shù)字量輸入輸出模塊接線圖 24 4 主通風(fēng)機自動化監(jiān)控系統(tǒng)的軟件系統(tǒng) 28 41 本設(shè)計所用 STEP7 編程器的相關(guān)知識 28 42 本監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)流程圖 29 421 風(fēng)機的啟動流程圖 29 422 自動控制方式流程圖 30 423 反風(fēng)控制流程圖 31 43 主通風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)的程序設(shè)計 32 5 結(jié)論 53 參考文獻 54 6 翻譯部分 56 英文原文 56 中文譯文 68 致 謝 78 1 緒論 11 煤礦通風(fēng)概況 據(jù)統(tǒng)計我國煤礦事故因瓦斯爆炸死亡人數(shù)是世界上主要采煤國家死亡總?cè)藬?shù)的 4倍百萬噸煤死亡率是美國的近 20倍印度的 12倍地面空氣進入井下后因發(fā)生物理和化學(xué)兩種變化使其混入了有毒性窒息性和爆炸性的氣體和粉塵為創(chuàng)造井下良好的工作環(huán)境防止各種傷害和爆炸事故保障井下人 員身體健康和生命安全對通風(fēng)設(shè)施進行系統(tǒng)化管理和監(jiān)控的工作顯得尤為重要礦井通風(fēng)系統(tǒng)主要是為了解決礦井內(nèi)空氣的流通問題使在井下作業(yè)的礦工能夠正常工作并使有害氣體能夠及時地疏散到礦外大氣中去 煤礦主通風(fēng)機是實現(xiàn)礦井通風(fēng)的作業(yè)的重要的設(shè)備它擔(dān)負著向煤礦井下生產(chǎn)及生產(chǎn)輔助系統(tǒng)輸送新鮮空氣并將粉塵和污濁風(fēng)流拋棄出地面為井下生產(chǎn)現(xiàn)場的工作人員創(chuàng)造較好的氣候條件使他們能保持良好的精神狀態(tài)提高生產(chǎn)效率確保礦井安全生產(chǎn) 礦井的氣候條件常用風(fēng)流的溫度濕度及風(fēng)速三個參數(shù)進行綜合評價井下工作地點最適宜的氣候條件是空氣溫度為 1520℃ 空氣相對濕度是 50％～ 60％風(fēng)速的大小應(yīng)根據(jù)氣溫的高低而定無提升設(shè)備的風(fēng)硐其最高風(fēng)速為 15ms 這三個參數(shù)是影響人體散熱的主要因素風(fēng)速對人體散熱及人體舒適又重要影響風(fēng)速還對礦塵懸浮瓦斯集聚井巷通風(fēng)阻力等有較大影響因此為了改善礦井氣候條件防止瓦斯集聚要求井巷風(fēng)速不能太低為了防止井巷中落塵飛揚產(chǎn)生較大的通風(fēng)阻力等要求風(fēng)速也不能過大在氣候條件三要素中濕度與溫度密切相關(guān)但由于濕度控制比較困難故改善氣候條件的重點就是將井下特別是采掘工作面的氣溫和風(fēng)速進行適當(dāng)調(diào)節(jié)為采掘一線工作人員創(chuàng)造良好的工作環(huán)境通過風(fēng)量調(diào)節(jié)實現(xiàn)按需 分風(fēng)決定各工作面的風(fēng)量所以對礦井主通風(fēng)機的在線監(jiān)控在煤礦安全生產(chǎn)中起著重要的核心作用 12 PLC 的基本概念 隨著微處理器計算機和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展計算機控制已經(jīng)廣泛幾乎所有的工業(yè)領(lǐng)域現(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場需求作出迅速的響應(yīng)生產(chǎn)出小批量多品種多規(guī)格低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品為了滿足這一要求生產(chǎn)設(shè)備和自動生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈活性可編程控制器正是順應(yīng)這一要求出現(xiàn)的它是以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置 121 PLC 的組成部分 可編程控制器簡稱為 PLC 它的應(yīng)用廣泛功能強大使用方便已經(jīng)成為當(dāng)代 工業(yè)自動化的主要支柱之一在工業(yè)生產(chǎn)的所有領(lǐng)域得到了廣泛的使用 它具有以下特點編程簡單易學(xué)功能強性價比高硬件配套齊全可靠性高抗干擾能力強系統(tǒng)的設(shè)計安裝工作量少維修方便體積小功耗低 本設(shè)計使用的是西門子 S7300 它是模塊化的中小型 PLC 適用于中等性能的控制要求它有以下幾部分組成 中央處理單元 CPU 圖 11 掃描過程 124 S7300 的編程語言 STEP 7 是 S7300 系列 PLC 的編程軟件梯形圖語句表和功能圖是這個軟件包中的 3 中基本編程語言這 3 種語言可以在 STEP 7 中相互轉(zhuǎn)換在本設(shè)計中我采用了梯形圖編程 語言 梯形圖由觸點線圈和用方框表示的指令框組成觸點代表邏輯輸入條件線圈通常代表邏輯運算的結(jié)果指令框用來表示定時器計數(shù)器或者數(shù)學(xué)運算等附加指令觸點和線圈等組成的獨立電路稱為網(wǎng)絡(luò)梯形圖種的觸點和線圈可以使用物理地址如果用符號表定義了某些地址的符號可以用符號地址來代替物理地址可以使程序易于閱讀和理解如果沒有跳轉(zhuǎn)指令程序段內(nèi)的邏輯運算按從左往右執(zhí)行與能流的方向一致程序段之間按從上到下的順序執(zhí)行執(zhí)行完所有的程序段后下一次返回最上面的程序段 1 重新開始執(zhí)行 125 PLC 的供電及接地抗干擾問題 可編程控制系統(tǒng)組成的控制系 統(tǒng)以交流 220V 作為基本的工作電壓電源開關(guān)選擇的是兩相單開關(guān)然后通過隔離變壓器和交流穩(wěn)壓器或 UPS 電源通過交流穩(wěn)壓器輸出的電源分為兩路一路為 PLC電源模塊供電另一路為 PLC的輸入輸出模塊現(xiàn)場檢測單元執(zhí)行機構(gòu)供電采用隔離變壓器可以隔離掉供電電源中的各種干擾信號從而提高系統(tǒng)的抗干擾性能 PLC 的控制部分供電包括 PLC 的 CPU 工作電源各種 IO 模塊的控制回路工作電源各種接口模塊和通信智能模塊的工作電源這些工作電源都是由電源模塊供電一般 PLC 的電源模塊都有三個進線端子分別用 L1NPE 表示其中 L1 和 N 為交流220V進線 端子 PE為系統(tǒng)接地并與機殼相連它的接地端應(yīng)選擇銅導(dǎo)體并盡可能短的與交流穩(wěn)壓器 UPS 電源隔離變壓器和系統(tǒng)接地相連 在實際控制系統(tǒng)中接地是抑制干擾是系統(tǒng)可靠工作的主要方法接地設(shè)計有兩個基本目的消除各電路電流流經(jīng)公共地線阻抗所產(chǎn)生的噪聲電壓和避免磁場與電位差的影響使其不形成地環(huán)路對于 PLC 的控制系統(tǒng)接地電阻一般不小于 4同時要保證足夠的強度并有耐腐蝕及防腐處理 PLC 組成的系統(tǒng)要單獨設(shè)計接地 13 目前國內(nèi)外的通風(fēng)機監(jiān)控狀況 最近 20 年各國煤礦通風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展迅速為預(yù)防事故起了重要的作用現(xiàn)在我們先來看一下各國通風(fēng)監(jiān)測 系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r 1 英國 MINOS 監(jiān)測系統(tǒng) MINOS 監(jiān)測系統(tǒng)是英國有代表性的先進的監(jiān)測系統(tǒng)他能對井下環(huán)境進行連續(xù)監(jiān)測包括①低濃度瓦斯②高濃度瓦斯③瓦斯抽放系統(tǒng)的負壓④風(fēng)速⑤風(fēng)壓⑥煙霧及粉塵 2 德國 TF200 瓦斯監(jiān)測系統(tǒng) TF200 系統(tǒng)是 YF24 系統(tǒng)的更新產(chǎn)品功能擴大傳輸通道由 24 個增加到 52 個主要傳感器高濃度瓦斯低濃度瓦斯 CO 風(fēng)速等傳感器主要設(shè)備為計算機打印機記錄儀模擬盤傳輸系統(tǒng)的傳輸方式為調(diào)頻 3 波蘭 CMM20m瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)適合于小煤礦可配接 20個測點可用循環(huán)方式監(jiān)測各測點的參數(shù)包括瓦斯?jié)?度和風(fēng)速 4 美國 SCADA 監(jiān)測系統(tǒng)是