风机监测系统

孟盛楠 张 立

（1.肥城矿业集团 菏泽聚隆能源有限公司，山东 菏泽274000；2.肥城曹庄煤矿有限公司，山东 肥城271601）

0 概述

煤矿主通风机是实现矿井通风的作业的重要的设备，它担负着向煤矿井下生产及生产辅助系统输送新鲜空气，并将粉尘和污浊风流抛弃出地面、为井下生产现场的工作人员创造较好的气候条件，使他们能保持良好的精神状态，提高生产效率，确保矿井安全生产。

西门子风机监测系统可以对风机起到“健康检查”的作用，还可以及时了解其“健康”状况，掌握其“病症”，预测发展趋势及危害程度风扇运行维护人员可根据风机监测结果进行综合判断，确定检修时间。 这样就可以按照风机运行实际状况合理安排检修工作，实现所谓的“预知”维修。 避免了风机因突然发生事故而停机所带的损失，同时也可以减轻维修人员的工作量。

1 系统背景

西门子最先提出了全集成自动化TIA 的概念，SIMATIC S7-300PLC 不仅在控制功能上表现出色，而且具备强大的通讯功能，作为模块化的PLC 产品，采用紧凑的、无物理槽位限制的模块结构，电源模块（PS）、处理模块（CPU）、通信模块（CP）、信号模块（SM）以及功能模块（FM）都以相同的方式安装在导轨上。 安装的过程非常简单， 只需要将模块钩放在DIN 标准导轨上，然后用螺栓锁紧即可。 机架的逻辑槽位由左至右分别为1 号至11 号， 其中电源模块总是放在导轨的最左边，CPU 模块紧靠电源模块。 如果有接口模块，则其应安排在CPU 模块的右侧。

2 风机自动化监控系统运行方式

本系统共有三种运行方式可供选择，即“就地”、“远控”、“自动”；在触摸屏上我们可以选择就地或远控两种方式。

在我们的集控室风机供电界面上有一个自动/半自动转换开关，当我们在触摸屏上设置了远控方式时，此开关才会有效，当我们选择自动时，风机进入自动运行状态，此时，不管是现场触摸屏，还是集控室，都不能进行控制，只能进行监测风机的运行参数:当我们选择半自动时，风机进入半自动运行方式，此时，可以用集控室的控制终端进行控制；当我们把现场触摸屏打到就地时，就只能进行现场的触摸控制。

3 风机监测系统的硬件设计

3.1 通风机自动控制原理

监测系统由各类传感器、电量变送器、工控机和其他外围设备组成，系统结构如下所示，各环节的设计充分考虑矿井含尘、潮湿、气流脉动的恶劣通风环境，以及其他电器设备的电磁干扰。 在各类传感器选型除了满足精度的基础上，也极其注重设备的抗干扰性能。

3.2 风机参数的监测

通过以上的分析可知，为了达到主通风机性能在线监测的目的，应实时在线监测以下主要参数：平均流速、矿井负压、风机入口静压、电机有功功率、电流、电压、气体密度，转速等。 根据以上参数可求得风机的各项性能指标，再根据相似原理换算至规定状态下即可绘制通风机的性能曲线。

4 风机监测系统的软件设计

4.1 可编程逻辑控制器的风机自动监控设计

整个系统按照功能可以分为三大部分： 信号检测部分、数据采集处理部分、上位机和触摸屏部分。

电机振动参数由安装在风机轴承上的速度传感器及变换器传送至PLC 的模拟量模块。

温度监测部分是由内置在电机的PT100 热电阻传感器和变送器、智能仪表(温度巡检仪)构成，多路电机温度参数在控制柜巡回显示，同时温度巡检仪与PLC 进行通信，将参数上传。

压差参数是由相应的压差和负压传感器传送给PLC 的模拟量模块进行处理。

电气参数由安装在各开关柜内的智能综保单元与PLC以通讯的方式进行信息传送，同时对电机的控制命令也经由综保单元实现，传送的电气参数有电压、电流、功率、功率因数、频率等多种参数。

4.2 PLC 模块软件设计

PLC 的监控程序包括系统监控程序和用户监控程序两部分。 由于考虑到风机运行的重要性，采用了三级操作模式，即手动操作开关、就地触摸屏控制、上位机遥控操作，其中对于风机的启停操作也运用了两种方式，一种通过CP340 给综保装置发遥控命令，利用综保装置的遥信状态当作反校模式； 另一种是通过DO 模块直接接线到高压开关的合分向继电器线圈，这样确保了风机高压开关操作的可靠性。

CP340 模块与多台综保装置通过RS485 接口利用其自定义的协议进行问答式通讯，考虑到电气量的特殊性，我们在设置相隔150M 与每台综保装置循环进行通信； 另一块CP340 模块也通过RS485 接口利用其自定义协议与温度巡检仪进行通信， 考虑到温度参数变化的迟缓性及合理分配CUP 的资源，设置循环通信时间为5 分钟。 整个系统中延时及分析判断的中间状态都在PLC 内部完成，充分利用了PLC的内部资源。

4.3 用PLC 实现风机的自动控制

本系统采用了分块程序结构编程，分块程序是指把一个工程的全部任务分成多个任务模块，每个模块的控制任务则根据具体情况编写相应的子程序进行处理，在程序执行过程中，CPU 不断扫描主程序OB1 碰到子程序调用指令就转移到相应的子程序中执行。 分块程序虽然结构复杂一点，但是可以把一个复杂的控制任务分解成多个简单的控制任务，分块程序有利于程序员编写，而且程序调试起来也比较简单。

5 结论

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。 采用西门子S7-300PLC 矿井主扇风机自动化监控系统可实时监测通风机的性能参数和状态参数、 电机的电气参数并能实现远程通讯。通过计算机技术实现了主通风机性能及状态的在线实时监测。 提高了主通风机设备的自动化管理水平，有力地保证了主通风机设备的经济、可靠运行，为设备的管理和维修提供了可靠的科学依据。

［1］刘锴,周海.深入浅出西门子S7-300PLC[M].北京航空航天大学出版社,2004-8-1.