基于wincc的矿山通风机在线监控系统设计郭维星

基于wincc的矿山通风机在线监控系统设计郭维星

郭维星

（山东金岭矿业股份有限公司山东淄博255081）

摘要：矿山的安全生产中，矿井通风系统起着极其重要的作用，它是矿山安全生产的关键环节。而矿井通风机又是矿井通风系统的主要设备之一，因此对其进行在线监控系统的设计和研究，不仅可以大大提高矿山生产的机械化、自动化水平，还能提高矿山生产的安全性经济性，具有较高的社会效益和经济效益。矿山通风机在线监控系统主要包括风机性能检测和环境参数的检测两部分。本文以一台矿山通风机为控制对象，结合PLC控制技术和wincc组态监控技术，通过网络与PLC进行通讯，实现了对矿山通风机在线监控系统的设计。

关键词：通风机；监控系统；WINCC；PLC

通风机是矿山的主要固定设备之一，它担负着向井下输送新鲜空气、排出粉尘和污浊气流的重任，具有“矿井肺腑”之称。由于井下工作环境恶劣，通风机工作电压较高，电流较大，出现故障的概率也较大。一旦发生故障，将会对整个矿区的生产和安全造成重大影响。因此，有必要建立一套功能完善的自动监控系统，实现矿井主通风机性能及状态的在线实时监测，以便在生产过程中及时掌握主通风机的运行参数和状态，这也是主通风机控制系统的发展方向。随着矿山生产规模的扩大、生产效率的提高，井下通风系统对通风设备的监测监控也必须提出了更高的要求。利用设备在线监测监控等相关技术，实时调节风机运行状态，及早发现故障隐患十分必要。智能控制技术、传感器技术、现场总线技术以及工业以太网技术的迅速发展，为满足矿山生产的上述要求提供了可能。本监控系统就是在此背景下提出的。

矿井通风在线监控系统的设计，主要从以下几点考虑：

1、通风机实时的运行状态。

系统通过对风机参数的监测，实时准确了解风机运行情况，包括风机的运行状态、故障状态、负压、流量、轴承振动、轴承温度、定子温度、电压、电流、功率、效率等。

2、可靠的报警功能。

系统可具体设置参数阙值，对电机电流、轴承温度、风机振动等参数超过这一值时，及时给出声光报警信号，便于及时处理。

3、提高设备管理水平

系统及时了解风机运行等情况，为有效避免设备故障提供可靠的技术保障。及时统计用电情况，为生产部门及成本核算部门拟定计划提供第一手可靠的信息。

我矿通风系统由两台井下主通风机组成，分别安装在井下-165米和-340米，两级串行通风方式，风机参数如下：

由于基本控制原理较为简单，为了降低成本，我们采用西门子S7-200PLC及扩展模块作为现场控制单元，通过PLC实现对风机运行的控制，各种运行参数的采样。

1、CPU226数字量输入输出模块：主要用于低压柜控制方式及开关状态、电动机接触器及热继电器状态，并控制低压柜开关的分合闸、电动机的正转/反转和主通风机启动。

2、EM245模拟量输入输出模块：主要对风机负压、电动机温度和振动、电机运行电流、低压柜电压等进行AD转换。

传感器与PLC模块的连接如图：

3、CP243-1通信模块：负责与各各控制点PLC控制器、上位机进行通信。通风机参数在线监控PLC通过通讯模块配备的RJ45以太网接口，wincc上位机软件接口OPC协议，通过矿井地面光纤主干环网向矿井信息与自动化系统上传信息，实现远方对风机设备实行监测、监控、数据共享等功能。

上位机监控系统功能如下：

1、监测主风机、电机的运行状态（运行、备用、检修、故障），监测电机的轴承温度、电机定子温度。监测风道气流的静压、全压、风量、风速、温度。监测电机的电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数、有功电度、无功电度。

2、对电机前后轴承温度、电机定子温度、电机电压、电机电流、静压、全压、振动、风流中有毒有害气体浓度等参数提供历史信息的查询，重要参数超限时实时报警，可由用户设置报警上下限。

3、可实时记录风机开关传感器状态，以及每个主电机实施开停动作的具体时刻，并且可根据要求生成报表。

4、监测高压柜电压、电流、有功功率等参数，监测断路器、接触器、操作状态转换开关、保护动作信号等参数。模拟量传感器检测参数、主电机电压、电流等动态参数按合理的时间密度记录，并生成趋势曲线图。

5、监测数据能够按不同的条件查询，并且便于打印输出，授权的网络终端用户能够远程查看监测数据。

6、提供程序及数据安全管理功能，不同的用户可设置不同的权限，防止未授权用户修改监控系统参数。

7、可实现风机的遥控自动启停、自动倒换和遥控“反风”运行功能。可实现多种控制方式：本地手动、本地自动、远程手动、远程自动。

系统建设总结：

我矿通风机在线监控系统，实现了对通风机各种运行参数的实时监测控制，出现故障能及时报警，并通知调度人员，同时能及时反映矿井通风机的运行状况能，为准确的掌握风机运行故障，做到事前维护维修提供了强有力的技术支持，可有效避免通风机的停运事故，确保了我矿通风系统安全可靠运行，实现通风机远程在线监测后，达到了我矿通风机的无人值守。

参考文献：

[1]王永华.现代电气控制及PLC应用技术（第二版）.北京：北京航空航天大学出版社，2008.2

[2]全国煤炭技工教材编审委员会.矿井通风与安全.北京：煤炭工业出版社，2003

[3]钱德群.矿井通风安全仪器及监控系统.北京：煤炭工业出版社，1992

[4]陈士玮等.矿井主通风机在线监测监控现状及展望.矿业安全与环保，2000