基于NX和PLC的煤矿主扇风机虚拟仿真系统

朱红星

【摘 要】本文用NX仿真软件建立煤矿主扇风机的三维仿真模型，并通过OPC协议连接KepServer，再将KepServer和西门子S7-1200PLC进行通讯，实现了主扇风机模型的半实物仿真控制。

【关键词】虚拟仿真；PLC；OPC

中图分类号： TM571.61-2；G712 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）35-0238-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.35.103

Virtual simulation system of main fan in Coal Mine Based on NX and PLC

ZHU Hong-xing

（Chen silou coal mine of Henan Energy Co.，Ltd.Henan Yongcheng 476600，China）

【Abstract】In this paper， the three-dimensional simulation model of main fan in coal mine is established by NX simulation software. It is connected to KepServer through OPC protocol.Then KepServer and Siemens S7-1200 PLC are communicated to realize the hardware-in-the-loop simulation control of main fan model.

【Key words】Virtual simulation；PLC；OPC

0 引言

煤矿主扇风机作为煤矿安全生产最主要的运转设备之一，担负着井下排除粉尘、浑浊气流和传送新鲜气体的责任。随着煤矿自动化程度的不断提高，目前绝大部分煤矿主扇风机已实现基于PLC的在线监控系统。在线监控系统的广泛应用对值班人员、运维人员的技术水平提出了更高的要求，急需方便、快捷的培训方式。但是由于主扇风机运行的重要性，通常一个月左右才进行一次风机倒换，且对倒换时间有严格要求，因此其在线监控系统无法进行日常培训。

为提高主扇风机运维人员技术水平和运维效率，本文设计了一套基于NX和PLC的煤矿主扇风机虚拟仿真系统。

1 系统设计

1.1 系统需求

（1）控制功能

手动控制功能：PLC能够对单一设备进行单独控制，分别是PLC输出点能够对风机前轴电机、后轴电机进行开停控制；PLC输出点能够对风道风门进行开、停、关控制；PLC输出点能够对进线柜、母联柜进行分合闸控制。

一键启停控制功能：在此模式下，可以在虚拟模型上实现一键启停功能，PLC能够按照操作规程自动控制进线柜、电机、风门等设备控制。

一键倒风机控制功能：在此模式下，可以实现一键切换2台风机的倒换功能。

（2）状态量模拟功能

实时模拟通风机（设备）性能参数：矿井负压、流量、风速、全/静压等。

实时模拟风机的电量参数：电流、电压、功率等。

实时模拟设备的状态参数：振动烈度、定子及轴承温度。

实时模拟风门位置。

1.2 系统设计

虚拟仿真系统整体结构分为主控制器、虚拟对象、监控终端等三部分。

主控制器：选用西门子S7-200Smart系列PLC作为主控制器，型号为ST20 DC/DC/DC。

被控对象：矿井风机虚拟仿真模型

监控终端：笔记本电脑

整个控制系统设备及设备清单如表1所示。

2 仿真模拟

2.1 仿真模拟原理

本方案采用西门子NX进行建模及机电概念设计，通过KEPserver将NX中机电概念设计模块与西门子PLC S7-200Smart连接，实现了PLC模块控制三维模型运动及一些主要功能，主要配置流程如图2所示。

2.2 建立三维模型

本系统采用西门子NX12.0软件对三维模型仿真设计，将设计阶段所需要的矿井风机各种设备在仿真环境里建立起来，如图3所示。建立基本机电对象并设置运动副、约束等，接着进行外部信号配置及信号映射。

3 结论

本文介绍了基于西门子PLC和NX三维软件的矿井通风机虚拟仿真系统。系统能够实现真实PLC对虚拟通风机各种执行机构的控制，并能模拟通风机各种关键参数。本系统具有结构简单、可靠性高、功能齐全等特点，其应用能够大大提高矿井通风机运维人员的专业技能。

【参考文献】

[1]邢学快.基于MCD的包裝流水线虚拟仿真及监控系统设计[D].2016.

[2]其木格，严翼飞，朱爱民.基于NX的虚拟机床运动学建模与仿真[J].智能制造，2009（9）：46-48.