PLC 通风机远程监控系统设计与应用

辛莉蓉

（晋能控股煤业集团永定庄煤业公司，山西 大同 037000）

煤矿通风系统采用2 台通风机，一用一备，2台设备都是采用单独的供电线路，系统的分散设备较多，采用就地控制方式，设备间隔较远，在突发情况下启动备用主通风机，在就地控制点之间来回切换造成操作速度慢，使风机启动时间延长，加上监控系统过于简单，通风机运行时的部分关键参数都是通过人工分析和处理，这样就大大降低了系统的准确性和时效性，存在一定的安全隐患[1-2]。因此，设计一种基于PLC 的通风机远程监控系统，通过PLC 对通风机的运行状态及参数进行监控，在出现故障时及时报警，保证通风系统的稳定性和可靠性。

1 系统整体组成

由于监控系统的传感器数量较多，如果不能及时更新会使信号滞后，导致操作人员对信息做出错误判断。因此，在进行系统设计时，要优先考虑系统的集成度，同时考虑控制权限的优先级，实现分散集中控制[3-4]。基于PLC 的自动监控系统包含远程管理监控层、设备控制层和现场设备层3 层，监控系统整体结构如图1。远程管理监控层主要是进行远程控制，上位机通过WinCC 实现远程管理、监视和报警；设备控制层主要采用PLC，通过输入/输出模块实现对现场设备的控制；现场设备层主要是进行数据采集，通过各类传感器实现对各类信号的采集和处理。

图1 监控系统整体结构图

2 监控系统硬件设计

远程监控系统的主控电路包含3 台电机，其中试验风门电机1 台，液压泵站电机2 台。风门电机的正反转是通过接触线圈KM1 和KM2 来控制的，液压泵站电机正反转是通过接触线圈KM3 和KM4来控制的，液压站加热是通过接触线圈KM5 来控制的。系统运行时，R3 电阻的功率可达5 kW。主控电路设计如图2。

图2 通风机监控系统主控电路设计

在主控制器的选型上，首先要确定传感器的数量以及巡检的路数，设计冗余，便于后续对监控系统进行拓展。此次选择S7-300 型PLC 控制器[5]，系统的硬件主要包括电源模块、CPU 模块、接口模块、输入输出模块、功能模块等。其中，外界动力系统的电压经电源模块转换成24 V 的直流电给CPU 和负载电路提供电源，CPU 采用SM313-2DP型，不含内置装载存储器，自带PROFIBUS-DP 通信接口，通过协议和其他的节点进行通讯。输入输出模块是联系CPU 和现场设备的桥梁，使不同级别的过程信号和PLC 内部信号之间的电平相匹配。由于通风系统的外围设备比较多，需要实时监控多个点的参数，因此，使用3 组8 路模拟量输入模块、3 组32 路数字输入模块和1 组32 路数字输出模块。

远程监控系统中使用的传感器类型较多，为了确保传感器的安全性，传感器都带有隔爆功能，压力传感器使用APG-LC100 型，温度传感器使用GWP100（D）型，振动传感器使用GB20 型，风量传感器使用KGF2 型[6-7]。各类传感器将检测到的信息实时传输到控制器中进行分析和处理，以判断当前通风机的状态是否在安全阈值内。

3 监控系统软件设计

3.1 下位机PLC 程序设计

对通风机监控系统的软件进行设计，系统启动后，首先进行参数初始化，上位机收集下位机采集到的数据，包括电力参数、故障处理参数、风机启停参数[8]。判断油位是否满足要求，如果不满足，立即启动油泵进行供油。油位满足要求后，再判断风门是否满足要求，如果不满足，立即下达指令开启风门；如果满足，启动风机正常工作，同时判断通风机是否存在故障，如果有故障及时进行处理。通风机监控系统的主程序流程图如图3。

图3 通风机监控系统主流程图

当主通风机出现故障时，要在第一时间内启动备用通风机，因此，备用通风机的启停控制程序就非常重要，控制程序流程图如图4。在判断主通风机停止工作后，开启备用通风机，对油站压力、油站液位、定子绕组温度、电机轴承温度等参数是否正常进行判断。在各个参数都正常后启动备用通风机。

图4 备用通风机监控系统启停控制流程图

主通风机和备用通风机在运行过程中，都要实时监测和采集状态数据。在远程监控系统中设置各类采集数据的安全范围，当监测到数据大于安全范围后，系统会自动判断通风机出现安全隐患和故障，并将故障问题显示在上位机上，发出警报。

3.2 上位机软件设计

要实现对通风机的远程监控，需要将PLC 与上位机进行通信。上位机使用WinCC 组态软件[9]，通过图形编辑器将采集的信息进行直观显示。系统接入上位机监控软件后，与上位工控机通信，使系统具有自动控制功能，实现通风机的无人值守。上位机监控界面如图5。

图5 上位机监控界面

4 效果分析

将设计的通风机监控系统在永定庄煤业公司进行实际应用，在通风机运行期间，共出现报警21 次，包括振动报警7 次，温度报警6 次，其他故障报警8 次。远程监控系统在运行过程中，能实现系统的自动切换，根据工作面实际通风情况，通过调整电机的转速调节系统通风量的大小，为企业节省能源消耗费用，保证通风系统的正常运行。在使用远程监控系统前，为了确保通风机运行的安全可靠性，需要专人值班看守通风机，在使用远程监控系统后，不需要专人看守通风机，只需巡逻人员对通风机进行巡逻即可，降低了人员数量。

5 结论

（1）所设计的通风机远程监控系统在总体上包含3 层，不同的层级有不同的作用，相互配合实现远程监控的各项功能。使用S7-300 型PLC 作为主控制器，通过各类隔爆型传感器对系统运行的状态参数进行实时监测，完成控制工作。

（2）远程监控系统在工作过程中，可以实现对通风机启停的精准控制，保障通风机系统运行的可靠性，对设备运行过程中安全隐患和故障进行判断，发现故障时及时显示在上位机上，并发出警报。

（3）将通风机远程监控系统进行实际应用，取得了较好的效果。在通风机运行期间，共出现报警21 次，包括振动报警7 次，温度报警6 次，其他故障报警8 次。远程监控系统大大提升了通风系统的可靠性，保障了矿井的安全，为企业节省了能源和人力成本，产生了一定的经济效益。