PROFIBUS總線在FX2N—32MR控制下壓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)智能化改造的設(shè)計與實踐

周暢 劉斌 楊寶峰 張軍

摘要：該文分析了恒源煤礦壓風(fēng)機(jī)房工況現(xiàn)狀分析，根據(jù)智能化礦山建設(shè)的要求，確定了需增加的現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)和采集方法，制定了S7-300PLC與現(xiàn)場設(shè)備信號傳輸方案。完成了系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計和現(xiàn)場安裝調(diào)試，通過威倫觸摸屏操作實現(xiàn)了壓風(fēng)機(jī)現(xiàn)場就地操作，通過以太網(wǎng)傳信號傳輸?shù)降V環(huán)網(wǎng)，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控，達(dá)到了“自動化減人，機(jī)械化換人”目的，為設(shè)備檢修提供的基礎(chǔ)資料和參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：s7-300PLC；壓風(fēng)系統(tǒng)；遠(yuǎn)程監(jiān)測監(jiān)控；EB8000組態(tài)軟件

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2019）07-0270-03

壓風(fēng)自救系統(tǒng)是煤礦六大系統(tǒng)之一，既是礦井安全生產(chǎn)保障，也是礦井安全救險主要保證。壓風(fēng)系統(tǒng)中設(shè)備運行和節(jié)能狀況關(guān)系到礦井經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。根據(jù)《國家安全總局關(guān)于開展“機(jī)械化換人、自動化減人”科技專項行動的通知》和現(xiàn)代化礦井建設(shè)的要求，原有的人工操作、監(jiān)控，常常造成井下風(fēng)量不能滿足生產(chǎn)需求；檢修工對設(shè)備內(nèi)部運行參數(shù)檢修不到位，造成風(fēng)機(jī)失修和相關(guān)機(jī)械事故時有發(fā)生。為保證壓風(fēng)系統(tǒng)安全、可靠運行，設(shè)計基于PROFIBUS總線的現(xiàn)場數(shù)據(jù)信號采集系統(tǒng)，通過上位機(jī)實現(xiàn)設(shè)備在線監(jiān)控和就地操作；通過西門子信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與礦內(nèi)網(wǎng)絡(luò)互通，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，實時分析設(shè)備運行成本，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控?zé)o人化值守的管理方式；通過對設(shè)備運行數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)了設(shè)備在線診斷，給維修人員提供的維修依據(jù)，實現(xiàn)了預(yù)防性維修。

1 壓風(fēng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀和需完善的功能

1.1壓風(fēng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀

恒源煤礦壓風(fēng)機(jī)房共有6臺壓風(fēng)機(jī)、6個風(fēng)包，供風(fēng)距離達(dá)30公里。其中壓風(fēng)機(jī)為無錫壓縮機(jī)廠生產(chǎn)的LGFD250風(fēng)冷壓風(fēng)機(jī)2臺和上海復(fù)盛風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn) 的SA-250A-6K型壓壓機(jī)4臺，每臺壓風(fēng)機(jī)配置有三菱FX2N-32MRPLC中心控制單元，對風(fēng)包進(jìn)行溫度、壓力兩種參數(shù)采集，通過每臺風(fēng)機(jī)配置的操作屏，對單機(jī)參數(shù)設(shè)置，實現(xiàn)對風(fēng)機(jī)保護(hù)和就地控制，每臺風(fēng)機(jī)有防止自啟動功能。

1.2需要完善的功能

1）增加壓風(fēng)機(jī)出風(fēng)壓力、風(fēng)包壓力、潤滑油壓力、排氣壓力、出風(fēng)溫度、風(fēng)包溫度、電機(jī)軸承溫度、排氣溫度，潤滑油溫度測點，可以對故障進(jìn)行快速定位。

2）現(xiàn)場信號實現(xiàn)統(tǒng)一集中顯示，顯示各種工況信息，對每臺風(fēng)機(jī)的參數(shù)隨時進(jìn)行修改。

3）實現(xiàn)手動、遠(yuǎn)程、自行投入功能三種操作方式。

4）增加WEB發(fā)布和視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和無人巡查功能。

2 壓風(fēng)供風(fēng)系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制方案

2.1遠(yuǎn)程操作控制方案

根據(jù)煤礦壓風(fēng)機(jī)運行的特點、壓風(fēng)供風(fēng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀和要實現(xiàn)的功能，從安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、操作方便入手，采用了二級分布式集散式控制系統(tǒng)，由S7-300PLC西門子，通過DP總線對六臺壓風(fēng)機(jī)的設(shè)布的傳感器信號進(jìn)行采集和處理，組成的計算機(jī)，對壓風(fēng)機(jī)運行參數(shù)進(jìn)行檢測、顯示、控制、保護(hù)、報警和管理。即由操作站（以下簡稱為上位機(jī)）和現(xiàn)場控制站兩部分組成，現(xiàn)場控制站采用SIEMENS PLC組成。

2.2控制系統(tǒng)輸出輸入點

1） 單臺風(fēng)機(jī)需要控制的參數(shù)

根據(jù)恒源煤礦風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和冷卻形式，單臺風(fēng)機(jī)需要監(jiān)控其運行時間、前后軸承溫度與振動、閘閥的開關(guān)狀態(tài)與公位置、通訊完好狀態(tài)等參數(shù)。設(shè)計兩個數(shù)據(jù)塊DB21＼DB31，模擬量輸入20個I/O接口 17個 。

2）系統(tǒng)所用輸出輸入點表

3 硬件設(shè)計與選型

1）壓風(fēng)系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)硬件選用

2）控制系統(tǒng)硬件與地址

4 通訊系統(tǒng)設(shè)計與優(yōu)化

1）系統(tǒng)通訊

系統(tǒng)設(shè)備之間采用西門子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議DP/MPI通訊，與礦環(huán)網(wǎng)通訊采用以太網(wǎng)CP343-1 LEAN模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

2）西門子PLC與三菱PLC之間的通訊

S7-300plc適用的通信模式有OPC、以太網(wǎng)、DP、PROFIBUS/MPI，原有壓風(fēng)機(jī)所用三菱PLCFX2N-2MR PLC只有一個232接口，且與操作面板上顯示屏相通訊，為擴(kuò)展通訊端口，外加一全FX-485-BD通訊模塊。通過專用的485-DP模塊與S7-300通訊

485-DP轉(zhuǎn)換模塊通訊格式設(shè)置為：接口模式ROUTER_FX，無校驗，波特率9600。

5 軟件設(shè)計

根據(jù)智能化礦山監(jiān)控中心的要求，設(shè)備既能進(jìn)行自動控制，又要能實現(xiàn)就地控制和遠(yuǎn)程控制。在軟件設(shè)計上采用模塊設(shè)計，數(shù)據(jù)采集和處理對過PROFIBUSDP總線從現(xiàn)場傳輸?shù)絇LC控制單元，再通過以太網(wǎng)輸出到上位機(jī)和控制中心。

1）西門子控制中心單元程序設(shè)計

西門子300PLC控制單元程序設(shè)計共設(shè)計遠(yuǎn)程控制、模式選擇、外部模擬量轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)化、壓風(fēng)機(jī)參數(shù)設(shè)置、故障報警處理等。設(shè)計的數(shù)據(jù)塊用于外部傳感器報警、屏與上位機(jī)組態(tài)用、自接模擬量故障用。

2）上位機(jī)控制程序設(shè)計

上位機(jī)程序控制設(shè)計包括就地控制觸摸屏控制和集控中心控制，兩者實現(xiàn)的功能一樣。考慮到集控中心的功能多樣性。就地控制上位機(jī)采用觸摸屏，觸摸屏能夠顯示壓風(fēng)系統(tǒng)工藝參數(shù)表包括風(fēng)包溫度、排氣壓力、排氣溫度、總管壓力、震動量、運行總時間、加載時間等重要參數(shù)的實時數(shù)據(jù)；

設(shè)備運行狀態(tài)（工作、停止、故障）、電動閘閥與電動球閥的開啟、關(guān)閉、動作狀態(tài)；壓風(fēng)機(jī)的運行加載、運行空載、通信故障、設(shè)備停機(jī)狀態(tài)。以及報警參數(shù)表等。

電氣參數(shù)包括電機(jī)電流、供電電壓、軸承振動量等

觸摸屏能夠自動建立數(shù)據(jù)庫，對于重要的工藝參數(shù)、電氣參數(shù)自動生成趨勢曲線。當(dāng)運行風(fēng)機(jī)發(fā)生故障時，利用運行記錄的曲線對故障進(jìn)行分析和判斷。

控制中心上位機(jī)要求既能對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，又能對設(shè)備進(jìn)行操作。根據(jù) 礦井井下用風(fēng)情況和設(shè)備運行狀態(tài)，確定設(shè)備投入臺次。

6 結(jié)論

本文結(jié)合礦壓風(fēng)機(jī)的具體使用、功能原理和智能化礦井建設(shè)的要求，使用S7-300PLC對現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過以太網(wǎng)協(xié)議傳輸并入礦環(huán)網(wǎng)中，達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控和就地監(jiān)控的目的。主要結(jié)論如下：

1）系統(tǒng)投入后，對壓風(fēng)機(jī)的所有參數(shù)實現(xiàn)遠(yuǎn)程中心與現(xiàn)場數(shù)據(jù)完全同步，實現(xiàn)的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)控的目的

2）添加的煙霧保證和軸承振動保護(hù)，增加了設(shè)備運行參數(shù)監(jiān)測點。

3）遠(yuǎn)程控制中心根據(jù)系統(tǒng)管網(wǎng)壓力和設(shè)備運行故障，為檢修人員提供了檢修依據(jù)，尤其是對電機(jī)軸承的檢修由原來的拆檢改成數(shù)據(jù)分析，減少了拆栓次數(shù)，保證了設(shè)備運行磨合連續(xù)性。年減少設(shè)備次數(shù)6臺次，節(jié)約工數(shù)360工時，節(jié)約人員費3.6萬元，材料費用3萬元。

4）實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控后，減少現(xiàn)場監(jiān)護(hù)人員5人/月，年節(jié)約工資5.2萬元/人/年*5=26萬元/年。

參考文獻(xiàn)：

[1] 崔堅.西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信指南[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[2] 郭瓊.現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[3] 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.煤礦安全規(guī)程[M]，北京：煤炭工業(yè)出版社，2011.

【通聯(lián)編輯：張薇】