基于s7300的矿井通风机在线监测系统的研究与应用1.docx

基于S7-300PLC的煤矿通风机在线监控系统的研究与应用
摘要：针对平煤十矿三水平风井传统停风倒机模式下井下出现短暂停风，倒机时间较长，可能引起瓦斯超限，不能实时了解系统运行状况、不能实现远程信息化监控等现状。研究利用热备用倒机和网络信息化技术，以高性能的S7-300PLC和工控机为核心，配以高精度的传感器，来实现矿井主通风机在线监控。应用表明，该在线监控系统不仅实现了在线监测和远程控制，而且能够可靠完成不停风自动倒台，缩短了倒机时间，杜绝了因风机正常倒机可能引起的瓦斯超限事故，大大提升了矿井主通风系统的运行管理水平。
关键词：主通风机；在线监控；不停风倒机；应用
中图分类号：TD635文献标识码：A
据统计，中国煤矿事故中近60%以上是由于通风系统管理不善、瓦斯浓度过高引起的[1]。平煤十矿作为瓦斯突出矿井，曾经多次出现局扇停风2分钟采面瓦斯超限事故，因此主通风机安全可靠运行对十矿意义重大。当前，十矿三水平风井仍采用传统停风倒机方式，正常倒机一次用时较长且井下会出现短暂停风，严重影响着十矿的安全生产，且系统存在不能实时显示系统工作状况、不能实现远程信息化监控、不能进行主要运行参数的在线监测等缺点，亟需进行技术改造，来提升安全可靠运行水平和自动化水平。
1、现状分析
十矿三水平风井担负着戊组中区、东区的通风任务。风机为南阳防爆电机厂生产的BDK618—8—NO.30对旋风机，配用电机型号为YBF630—8，电压：6KV，功率：4×500KW。采用传统倒机模式进行倒机操作，即：停止运转主通风机—关闭运转主通风机闸板风门，开启备用通风机闸板风门—启动备用通风机—倒机完成，正常情况下倒机一次需时约7分钟，虽未超过规程规定的10分钟时间，但井下会出现约3分钟的停风，对瓦斯涌出量为110.14m3/min的十矿来说，是很大的安全隐患。另外风机操作全为人工操作，倒台一次需用7人；监测系统只监测电压、电流、负压、温度，且分散显示，故障警铃报警；司机每小时巡查一次，记录主要运行参数，但不能有效发现潜在的故障。随着十矿向自动化信息化方向发展，设备已不适应运行及管理要求，因此急需进行技术升级改造，实现风机的在线监控，提升矿井的安全生产水平。
2、煤矿通风机在线监控系统的研究
根据生产的需要，通风机在线监控系统必须具有以下功能：
（1）要能完成正常情况下的自动不停风倒机和故障情况下的倒机操作，且要运行平稳可靠；
（2）新安设备要与原系统有一定的独立性，要能够实现远程操控和就地控制功能的转换；
（3）要能实现直观可见的系统主要参数在线监测和故障预警报警，并加入专家诊断系统，能够实现故障预测，变定期检修为状态检修，更好的保证通风机安全运行；
（4）系统要具有网络接口，能够实现远程数据传输和操控，方便远程控制，并且系统操作要简单，运行维护要方便，可靠性要高，测量显示数据要准确。
2.1、监测功能研究
作为在线监控的核心功能，监测功能需实现对通风风量、负压、风机轴承温度，配套电机的启停、正反转，电机电参数、定子温度和风门的开闭状态等基本参数的在线实时监测；为满足风机故障诊断的需要，增加对轴承故障敏感的振动信号和噪声的监测，利用信号分析方法进行故障判断。
系统所选测控设备如压力变送器（精度0.5级）、流量计（精度2.5级）、温度计（精度0.5级）、电压表（精度0.25级）、电流表（精度0.25级）都为高精度高可靠性元件，保证测量数据的准确性，以防出现因测量单元测量问题影响风机的安全运行。数据在采集后送入PLC进行处理，并和工控机交换数据，通过组态软件最终直观显示，便于观察和存储，生成报表和历史数据。
2.2、监控系统的控制功能研究
监控系统的控制功能要实现风机的启动、停止，风门开、闭等集中控制，能进行自动倒机、故障状态下的备用通风机自动投入，并能实现远程操控。依据专家诊断系统的分析，实现在线状态检修，消除以往定期检修超前或滞后存在的弊端，提高设备可靠运行水平。
2.3、不停风自动控制倒机的实现
要想实现不停风，其前提就是不停机，不能失去通风动力，为了保持通风动力持续供应，就要从对通风机的风量调节的角度来开展倒机控制系统方案的研究和设计。采用在通风机入口处加装对空风门的倒机方案是最佳的实用方法【2】，即：在主通风机的入口处将原来的风门改造成2个联动的风门，一个为水平对空风门,另一个为立式挂网风门。如下图1所示，通过水平对空风门，可以降低原“停机倒机”模式下风机启动风阻，提高风机启动的成功率。风路切换由四个百叶窗调节风门联合动作来完成（可在40S以内完成），利用其切换快速灵活的特点，通过一定的控制策略，很好的实现了通风机倒机期间的通风稳定，杜绝了倒机期间可能出现的瓦斯超限问题。

图1改造后的风门布置图
倒机过程如下（假设1号风机向2号风机倒机）：
（1）1号