基于S7-300PLC的礦井壓風機自動控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

胡云濤，楊坤，閆曉嵐，王平利

（1.華洋通信科技股份有限公司，江蘇 徐州221116；2.平頂山天安煤業(yè)股份有限公司，河南 平頂山 467021)

基于S7-300PLC的礦井壓風機自動控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

胡云濤1，楊坤2，閆曉嵐2，王平利2

（1.華洋通信科技股份有限公司，江蘇 徐州221116；2.平頂山天安煤業(yè)股份有限公司，河南 平頂山 467021)

針對壓風機運行不均衡，總管壓力控制不穩(wěn)定，故障監(jiān)測、設(shè)備檢修耗時長，工作效率低、勞動強度大、不能實現(xiàn)遠程信息化監(jiān)控等現(xiàn)狀。研究出一種基于S7-300PLC和IFIX組態(tài)軟件的壓風機自動控制系統(tǒng)。系統(tǒng)投入運行后，實現(xiàn)了壓風機系統(tǒng)及配套水冷卻系統(tǒng)的實時監(jiān)測和全自動運行，大大提高了煤礦生產(chǎn)的自動化水平。

壓風機；S7-300PLC；自動化控制；組態(tài)軟件

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.092

1 引言

壓風機是礦井正常生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備之一，其運行情況對整個礦區(qū)的日常生產(chǎn)有著舉足輕重的影響。壓風機還是礦井井下風動設(shè)備的唯一動力源，它能夠完成礦井的壓縮空氣生產(chǎn)任務(wù)，為煤礦生產(chǎn)提供風動力，同時為壓風自救系統(tǒng)提供風源。綜上，及時全面地了解壓風機的運行狀態(tài)，將單獨運行的壓風機組成系統(tǒng)并根據(jù)運行數(shù)據(jù)實現(xiàn)系統(tǒng)的全自動運行，對提高礦井的生產(chǎn)效率，提升安全生產(chǎn)水平，提高礦井的自動化水平，節(jié)約能源都與有重要的現(xiàn)實意義。

2 現(xiàn)狀分析

十一礦西工區(qū)壓風機房現(xiàn)有4臺壓風機，為十一礦三水平提供動力風。壓風機為上海博萊特壓縮器有限公司生產(chǎn)的BLT-475W型壓風機。壓風機冷卻系統(tǒng)為水冷系統(tǒng)，配備兩臺立式水泵，為冷卻系統(tǒng)提供水循環(huán)動力。4臺壓風機獨立運行，各壓風機可實現(xiàn)對本機供氣壓力、供氣溫度等運行參數(shù)的監(jiān)測。壓風機聯(lián)動由人工實現(xiàn)，即：人工觀察總管壓力表，判斷井下用風量，總管壓力低于0.55MPa時，人工增加一臺壓風機運行；總管壓力長時間高于0.65MPa時，人工停止一臺壓風機；為避免設(shè)備頻繁啟動，保證至少一臺壓風機運行。綜上，壓風機的啟動、停止、倒機、排污等操作全由人工實現(xiàn)，工作效率低；設(shè)備的運行參數(shù)人工巡查，不能及時做出反應(yīng)，也不能有效發(fā)現(xiàn)潛在的故障。隨著十一礦向自動化信息化方向發(fā)展，設(shè)備已不適應(yīng)運行及管理要求，因此急需進行技術(shù)升級改造，實現(xiàn)壓風機系統(tǒng)的自動控制，提高生產(chǎn)效率，提升礦井的安全生產(chǎn)水平。

3 煤礦壓風機自動控制系統(tǒng)的研究

根據(jù)生產(chǎn)的需要，對現(xiàn)有設(shè)備進行升級改造，以實現(xiàn)以下功能：

1）要能實時監(jiān)測設(shè)備的各運行參數(shù)，主要包括：供氣壓力、供氣溫度、壓風機電流、冷卻水進水壓力、冷卻水出水壓力、冷卻水進水溫度、冷卻水出水溫度、風包壓力、風包溫度等，數(shù)據(jù)要自動生成報表，可自由查詢和打?。?/p>

2）要能實現(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)動：壓風機相關(guān)氣路閥門和相關(guān)冷卻系統(tǒng)的閥門聯(lián)動控制，按照程序自動執(zhí)行打開/關(guān)閉命令；

3）要具備檢修、手動、全自動3種控制方式，實現(xiàn)壓風機的檢修操作、一鍵啟停操作、全自動3種運行方式；

4）要實現(xiàn)壓風機網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，系統(tǒng)可根據(jù)井下用風量，通過檢測總管壓力自動調(diào)節(jié)壓風機啟動/停止，壓風機系統(tǒng)自動運行要遵守如下規(guī)則：

（1）全自動狀態(tài)，至少有一臺壓風機處于運行狀態(tài)。僅有一臺壓風機運行時，該壓風機發(fā)生故障停車，延時10min后，開啟一臺停車時間最長的壓風機。

（2）運行參數(shù)可設(shè)定，正常情況下，系統(tǒng)風壓維持在0.55MPa和0.65MPa之間：

風壓低于0.55MPa，系統(tǒng)按設(shè)定延時加開一臺停車時間最長的壓風機；

正在運行的壓風機，連續(xù)加載時間超過設(shè)定時間，系統(tǒng)自動加開一臺停車時間最長的壓風機；

正在運行的壓風機，連續(xù)卸載時間大于設(shè)定時間，系統(tǒng)自動停止一臺運行時間最長的壓風機；

（3）僅有一臺壓風機運行時，該壓風機故障停車，延時10min后，開啟一臺停車時間最長的壓風機。

（4）倒車：系統(tǒng)按照設(shè)定時間倒車，啟動備用車后停止主用車，倒車停下來的壓風機，24h內(nèi)不再參與倒車。

（5）任何情況下，正常停止的壓風機20min內(nèi)不允許再次啟動。

（6）自動排污：運行的壓風機，每4h進行一次排污。

5）系統(tǒng)要具有網(wǎng)絡(luò)接口，能夠?qū)崿F(xiàn)遠程數(shù)據(jù)傳輸和操控，方便接入十一礦現(xiàn)有綜合自動化平臺，并且系統(tǒng)操作要簡單，運行維護要方便，可靠性要高，測量顯示數(shù)據(jù)要準確。

4 煤礦壓風機自動控制系統(tǒng)的組成

自動控制系統(tǒng)以西門子S7-315PLC及研華工控機為核心，內(nèi)裝有為壓風機系統(tǒng)自動控制而開發(fā)軟件程序，通過IFIX SCADA開發(fā)版軟件設(shè)計了控制系統(tǒng)的人機交互界面，直觀地顯示了系統(tǒng)運行狀況和各項主要參數(shù)。系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 自動控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能如下：

1）實現(xiàn)了實時監(jiān)測壓風機各項運行參數(shù)、水冷系統(tǒng)各項參數(shù)、總管壓力等重要數(shù)據(jù)。能通過組態(tài)軟件顯示風機模擬運行畫面，并能實時顯示、存儲、查詢、打印監(jiān)測數(shù)據(jù)和報表；

2）實現(xiàn)了根據(jù)網(wǎng)絡(luò)用風量，壓風機自動加車、減車，同時壓風機可自動倒車、自動排污；

3）具備遠程傳輸接口，能接入礦井綜合自動化平臺；

4）系統(tǒng)可根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)自動診斷壓風機、水冷泵狀態(tài)，發(fā)生故障時及時停車。

5 監(jiān)控畫面設(shè)計

監(jiān)控畫面主要供崗位司機和檢修人員使用，需要在畫面上給出每臺壓風機的詳細運行參數(shù)及故障報警等信息，以便崗位司機能夠從監(jiān)視屏幕上快速準確地判斷每臺壓風機的運行狀態(tài)以及故障信息。

6 結(jié)語

針對十一礦西工區(qū)壓風機，設(shè)計研究了壓風機自動控制系統(tǒng)：

1）建立了由西門子S7-300PLC和研華工控機為控制核心的壓風機控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了壓風機設(shè)備的自動化控制；

2）在IFIX組態(tài)軟件開發(fā)平臺上，設(shè)計了壓風機自動控制系統(tǒng)友好人機界面，更直觀地查看、處理設(shè)備運行數(shù)據(jù)，同時可上傳數(shù)據(jù)至礦井綜合自動化平臺；

3）合理使用4臺壓風機，提高了生產(chǎn)效率，延長了設(shè)備使用壽命。

該系統(tǒng)投運以來，運行可靠，實現(xiàn)了壓風機生產(chǎn)自動化，提高了生產(chǎn)管理水平、降低了勞動強度、節(jié)約了能源，提升了礦井綜合自動化信息化水平，符合十一礦自動化信息化發(fā)展方向。

【1】王衛(wèi)東，田金云，張成聯(lián).基于S7-300的煤礦壓風機控制系統(tǒng)[J].礦山機械，2010(21)：35-37.

【2】孫鵬.S7-300PLC在壓風機監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].工業(yè)技術(shù)，2008(8)：107-108.

查表知，45鋼的屈服強度σs=355MPa。

由計算公式所得的液壓缸的壁厚厚度很小，用經(jīng)驗法和安裝條件選取壁厚：δ=10mm。液壓缸缸體內(nèi)部的長度應(yīng)等于活塞的行程與活塞寬度的和。缸體外部尺寸還要考慮到兩端端蓋的厚度，一般液壓缸缸體的長度不應(yīng)大于缸體內(nèi)徑D的20～30倍。因此，缸體長取320mm。缸外徑D1=D+2δ=40+2×10=60mm。

5 結(jié)論

通過我們一系列的計算和研究，我們得出一個結(jié)論，那就是：曳引式電梯鋼繩張力自調(diào)均衡裝置是可行的。

【1】張莉.老舊電梯改造——專家專訪[J].中國標準導(dǎo)報，2015(7)：29.

【參考文獻】

【收稿日期】2016-5-16

Research and Application of Automatic Control System Based on S7-300 PLC in the Ming Air Compressors

HUYun-tao1，YANGKun2，YANXiao-lan2,WANGPing-li2
（1.HuayangCommunicationTechnologyCo.Ltd.,Xuzhou221116,China; 2.PingdingshanTiananCoalCorp.Ltd.,Pingdingshan467021,China）

In viewof the status quo of uneven pressure fan operation,unstable main pressure control, fault monitoring, equipment overhaul time consuming and lowworking efficiency, labor intensity big, can't achieve remote informationmonitoring . In this paper,we study a kind of automatic control systemofming aircompressors basedonS7-300PLCandIFIXconfigurationsoftware.Afterthesystemisputintooperation,thereal-timemonitoringand automatic operation of thefansystemandwatercoolingsystemarerealized,whichgreatlyimprovestheautomationlevelofthecoalmineproduction.

compressor;S7-300PLC;automationcontrol;configurationsoftware

TD72

A

1007-9467（2016）07-0144-02

2016-5-25

胡云濤（1987～），男，江蘇徐州人，從事礦井綜合自動化、信息化的應(yīng)用與研究，（電子信箱）247593232@qq.com。