PROFIBUS总线在FX2N—32MR控制下压风机系统智能化改造的设计与实践

周畅 刘斌 杨宝峰 张军

摘要：该文分析了恒源煤矿压风机房工况现状分析，根据智能化矿山建设的要求，确定了需增加的现场采集数据和采集方法，制定了S7-300PLC与现场设备信号传输方案。完成了系统软硬件的设计和现场安装调试，通过威伦触摸屏操作实现了压风机现场就地操作，通过以太网传信号传输到矿环网，实现了远程监控，达到了“自动化减人，机械化换人”目的，为设备检修提供的基础资料和参考依据。

关键词：s7-300PLC；压风系统；远程监测监控；EB8000组态软件

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2019）07-0270-03

压风自救系统是煤矿六大系统之一，既是矿井安全生产保障，也是矿井安全救险主要保证。压风系统中设备运行和节能状况关系到矿井经济指标。根据《国家安全总局关于开展“机械化换人、自动化减人”科技专项行动的通知》和现代化矿井建设的要求，原有的人工操作、监控，常常造成井下风量不能满足生产需求；检修工对设备内部运行参数检修不到位，造成风机失修和相关机械事故时有发生。为保证压风系统安全、可靠运行，设计基于PROFIBUS总线的现场数据信号采集系统，通过上位机实现设备在线监控和就地操作；通过西门子信号转换系统与矿内网络互通，实现数据共享，实时分析设备运行成本，实现了远程监控无人化值守的管理方式；通过对设备运行数据分析，实现了设备在线诊断，给维修人员提供的维修依据，实现了预防性维修。

1 压风系统的现状和需完善的功能

1.1压风系统的现状

恒源煤矿压风机房共有6台压风机、6个风包，供风距离达30公里。其中压风机为无锡压缩机厂生产的LGFD250风冷压风机2台和上海复盛风机厂生产 的SA-250A-6K型压压机4台，每台压风机配置有三菱FX2N-32MRPLC中心控制单元，对风包进行温度、压力两种参数采集，通过每台风机配置的操作屏，对单机参数设置，实现对风机保护和就地控制，每台风机有防止自启动功能。

1.2需要完善的功能

1）增加压风机出风压力、风包压力、润滑油压力、排气压力、出风温度、风包温度、电机轴承温度、排氣温度，润滑油温度测点，可以对故障进行快速定位。

2）现场信号实现统一集中显示，显示各种工况信息，对每台风机的参数随时进行修改。

3）实现手动、远程、自行投入功能三种操作方式。

4）增加WEB发布和视频监控系统，实现数据共享和无人巡查功能。

2 压风供风系统远程控制方案

2.1远程操作控制方案

根据煤矿压风机运行的特点、压风供风系统的现状和要实现的功能，从安全、可靠、经济、操作方便入手，采用了二级分布式集散式控制系统，由S7-300PLC西门子，通过DP总线对六台压风机的设布的传感器信号进行采集和处理，组成的计算机，对压风机运行参数进行检测、显示、控制、保护、报警和管理。即由操作站（以下简称为上位机）和现场控制站两部分组成，现场控制站采用SIEMENS PLC组成。

2.2控制系统输出输入点

1） 单台风机需要控制的参数

根据恒源煤矿风机的结构和冷却形式，单台风机需要监控其运行时间、前后轴承温度与振动、闸阀的开关状态与公位置、通讯完好状态等参数。设计两个数据块DB21＼DB31，模拟量输入20个I/O接口 17个 。

2）系统所用输出输入点表

3 硬件设计与选型

1）压风系统远程控制系统硬件选用

2）控制系统硬件与地址

4 通讯系统设计与优化

1）系统通讯

系统设备之间采用西门子标准协议DP/MPI通讯，与矿环网通讯采用以太网CP343-1 LEAN模块实现数据传输。

2）西门子PLC与三菱PLC之间的通讯

S7-300plc适用的通信模式有OPC、以太网、DP、PROFIBUS/MPI，原有压风机所用三菱PLCFX2N-2MR PLC只有一个232接口，且与操作面板上显示屏相通讯，为扩展通讯端口，外加一全FX-485-BD通讯模块。通过专用的485-DP模块与S7-300通讯

485-DP转换模块通讯格式设置为：接口模式ROUTER_FX，无校验，波特率9600。

5 软件设计

根据智能化矿山监控中心的要求，设备既能进行自动控制，又要能实现就地控制和远程控制。在软件设计上采用模块设计，数据采集和处理对过PROFIBUSDP总线从现场传输到PLC控制单元，再通过以太网输出到上位机和控制中心。

1）西门子控制中心单元程序设计

西门子300PLC控制单元程序设计共设计远程控制、模式选择、外部模拟量转换标准化、压风机参数设置、故障报警处理等。设计的数据块用于外部传感器报警、屏与上位机组态用、自接模拟量故障用。

2）上位机控制程序设计

上位机程序控制设计包括就地控制触摸屏控制和集控中心控制，两者实现的功能一样。考虑到集控中心的功能多样性。就地控制上位机采用触摸屏，触摸屏能够显示压风系统工艺参数表包括风包温度、排气压力、排气温度、总管压力、震动量、运行总时间、加载时间等重要参数的实时数据；

设备运行状态（工作、停止、故障）、电动闸阀与电动球阀的开启、关闭、动作状态；压风机的运行加载、运行空载、通信故障、设备停机状态。以及报警参数表等。

电气参数包括电机电流、供电电压、轴承振动量等

触摸屏能够自动建立数据库，对于重要的工艺参数、电气参数自动生成趋势曲线。当运行风机发生故障时，利用运行记录的曲线对故障进行分析和判断。

控制中心上位机要求既能对设备进行监控，又能对设备进行操作。根据 矿井井下用风情况和设备运行状态，确定设备投入台次。

6 结论

本文结合矿压风机的具体使用、功能原理和智能化矿井建设的要求，使用S7-300PLC对现场采集的数据进行处理，通过以太网协议传输并入矿环网中，达到远程监控和就地监控的目的。主要结论如下：

1）系统投入后，对压风机的所有参数实现远程中心与现场数据完全同步，实现的远程控制和监控的目的

2）添加的烟雾保证和轴承振动保护，增加了设备运行参数监测点。

3）远程控制中心根据系统管网压力和设备运行故障，为检修人员提供了检修依据，尤其是对电机轴承的检修由原来的拆检改成数据分析，减少了拆栓次数，保证了设备运行磨合连续性。年减少设备次数6台次，节约工数360工时，节约人员费3.6万元，材料费用3万元。

4）实现远程监控后，减少现场监护人员5人/月，年节约工资5.2万元/人/年*5=26万元/年。

参考文献：

[1] 崔坚.西门子工业网络通信指南[M].北京：机械工业出版社，2004.

[2] 郭琼.现场总线技术及其应用[M].北京：机械工业出版社，2011.

[3] 国家安全生产监督管理总局.煤矿安全规程[M]，北京：煤炭工业出版社，2011.

【通联编辑：张薇】