基于PLC的煤矿主通风机监控系统硬件设计.doc

1、摘 要本文首先分析了该课题的研究意义，矿井主通风机的主要作用是排除井下各种有害、有毒的气休和粉尘，输送新鲜的空气来保障矿井和工人的健康和安全，因此它安全、可靠的运行是煤矿正常生产工作的必要保证。然后我简要介绍了煤矿主通风机的国内外研究现状，其次对煤矿的通风系统进行了阐述以及讲解了各种参数的检测原理。在此基础上我对本系统进行了需求分析，确定了系统的点位，进而进行系统的硬件选型，主要包括传感器、PLC、输入输出模块等部件。本文针对通风机的工作环境和运行特点，设计了以S7-200PLC为主控设备的控制系统，硬件简单、安全，软件通俗易懂、便于学习、方便调试和维修。S7-200PLC控制系统减少了传统继

2、电器机械接触点多、控制方法固定等缺点，极大的提高了系统的灵活性、可靠性。本文通过S7-200PLC和各种传感器的结合，对通风机的各种信号进行采集和处理。本设计旨在提高主通风机设备的自动化管理水平，有力地保证主通风机设备的经济、可靠运行，为设备的管理和维修提供了可靠的科学依据。关键词：煤矿主通风机； S7-200 PLC； 监控系统ABSTRACTThe main role of the main mine fan is excluded underground harmful, toxic gas and dust off, transporting fresh air to protect

3、the mines and workers health and safety, so it is safe, reliable operation of the coal mine work necessary to ensure normal production . Since the main mine fan is dirty pool for long-term continuous work flow, so the probability of failure is large, but the traditional long-term main fan control mo

4、de at full power run, but also by many subjective factors, such as poor reliability , energy consumption, operation complexity and other shortcomings, therefore need to study a safe, reliable, energy efficient, low noise, intelligent surveillance systems.In this paper, fan working environment and op

5、erational characteristics to S7-200PLC as master control system, the hardware is simple, safe, software, easy to understand, easy to learn, easy commissioning and maintenance. In this paper, the combination of PLC and various sensors on various fan signal acquisition, and sent to the PC for display.

6、 Reducing the traditional mechanical contact relay points, the control method of fixed and other shortcomings, which greatly improves the systems flexibility and reliability. Another article also describes the programmable logic controller (PLC) in the mine ventilation system application; explores t

7、he ventilator to achieve automatic control system, system components and design; involving hardware equipment selection and configuration; and briefly describes the PLC and other intelligent devices and personal computers networked to form a monitoring system. The system improves the main ventilator

8、 management level of automation equipment, effectively guaranteed the main ventilator equipment economical, reliable operation, management and maintenance of the equipment to provide a reliable scientific basis.Keywords：Mine main fan; S7-200 PLC; control system目 录1 绪论11.1课题背景11.2 国内外研究现状及发展趋势11.2.1国

9、内外研究现状11.2.2发展趋势21.3 本论文主要内容及安排21.4本章小结32 PLC概述42.1 PLC定义及分类42.1.1 PLC定义42.1.2 PLC分类42.2 基本结构及特点52.2.1基本结构52.2.2特点62.3 PLC的工作原理62.4本章小结73 主通风机选型与风门设计83.1设计的整体思路83.2通风机选型及概述83.2.1通风机选型83.2.2通风机特点93.2.3主通风机性能参数确定93.3风门的设计方案103.4本章小结114 主通风机安全检测124.1安全检测思路124.2温度检测134.2.1温度传感器选型134.2.2 PT100传感器工作原理144.

10、2.3温度超限报警分析144.3通风机风压风量监测154.3.1风压风量传感器的选择154.3.2 AFC-1传感器工作原理154.3.3风压与风量报警分析174.4振动参数的检测174.4.1振动传感器选型174.4.2一体化振动变送器工作原理184.4.3振动报警方案184.5瓦斯浓度的检测194.5.1瓦斯传感器选型194.5.2甲烷传感器工作原理204.5.3瓦斯报警方案204.6风门位置检测204.6.1位置传感器选型204.6.2 GFK40传感器工作原理214.7风机起/停信号检测224.7.1起停检测传感器选型224.7.2 KGT-L传感器工作原理224.8电参数的检测234

11、.9本章小结245 PLC的I/O统计与模块选择255.1数字/模拟输入点统计及模块选择255.2数字/模拟量输出点统计及模块选择275.3中间标志位统计285.4本章小结286 主通风机监控系统的PLC软件设计296.1PLC监控系统流程图296.2A/D 转换原理306.3报警方案306.3.1温度报警306.3.2风压报警316.3.3风量报警316.3.4振动报警326.3.5瓦斯报警326.4风门控制336.5本章小结347 结论35参考文献36翻译部分37英文原文37中文译文46致 谢551 绪论1.1课题背景我认为要着手本设计，首先要搞清楚研究这个设计题目的意义，即搞明白为什么要

12、对矿井主通风机进行监控，经过前期对矿井主通风机以及煤矿通风系统相关书籍的借阅和学习，我对本设计题目有了一些浅显的理解。首先矿井通风为矿井各用风场所提供足够的新鲜风量，保证作业空间良好的气候条件，冲淡或稀释有毒有害气体和矿尘等。因此，矿井通风系统是矿井生产系统中的重要组成部分，为矿井安全生产提供了重要保障。经过我对资料的阅读和学习也发现，目前矿井通风机使用存在以下几点问题：1.长期低效运行，不能在高效区工作。2.浪费严重，出现“大马拉小车”的现象，通风机一般处于全开的状态。3.运行的效率很低而且制造的质量差。4.由于通风机的施工和设计不符合要求使得通风机运行效率很低。5.拖动电机的效率很低使得通

13、风机效率很低。 在阅读了学习了一些相关书籍后，我认为矿井主通风机控制系统的研究方向是采用先进的测量方法和传感器、高可靠性的PLC 和计算机控制技术实现主通风机性能及状态的实时监测，并具有控制功能，切实提高主通风机设备的自动化管理水平，保障主通风机安全、可靠、经济地运行。 矿井通风机作为煤矿生产中的主要设备，对其运行状况进行监控，可全方位了解和判断设备运行状况，如发现缺陷，及时采取适当的措施，以保证煤矿生产的安全。因此对其进行有效地自动监控是十分必要的。所以，本课题将针对这一问题开展煤矿主通风机监控系统的研究。1.2 国内外研究现状及发展趋势1.2.1国内外研究现状国内一些企业和科研单位对矿用主

14、通风机监控系统也进行了深入的研究，1994年，江西煤炭工业研究所研究了能够集中监测通风机运行相关参数的“KFC一型通风机监测仪”。1998年，煤炭总院重庆分院研究了核心是8051单片机，能够实现监测和故障报警的“FJZ型矿井主要通风机在线监测与故障诊断仪”，1999年，中国矿业大学研究了可以将采集、处理、显示融为一体的控制系统即“KJZ-型矿井主通风机在线监测与通讯系统”，2000年，又研究出了具有软硬件及采集振动、电流、瓦斯浓度、电压和轴温的特点。同时具有提供各个曲线及报表功能的“KJZ-2型矿井主通风机在线监测与通讯系统”。控制系统的发展，由原来的单一化控制向现在的融合有多种控制算法的控制

15、系统发展。 国内对通风机在线监控系统的研究起步于1996年，针对矿井通风监测环境恶劣的现象，在试验研究的基础上提出了风道局变环节差压风量监测的方法，解决了矿井主要通风机监测的关键技术难题风量的在线监测。当前，国内煤矿主要通风机在线监控系统设计合理、保护齐全。系统结构历经以工控机为核心的集中监控模式向以PLC为核心的分布式监控模式的转变。监控系统所配备的在线式UPS可以在正常供电的情况下，对电源整形、滤除有害成分，提供洁净、稳定的电源；在系统供电突然中断的情况下迅速投入，保证供电的可靠性。监测系统选配的多级防雷模块可以实现从信号级到电源级的保护，遏制高电压的引入，保证监控系统自身的工作安全。国内监控系统投放现场的实际应用表明，监控系统可靠性提高，自身的故障率逐渐降低。国外对通风机在线监控系统的研究起步较早，技术相对成熟，系统的可靠性高。典型代表为法国HDR280-69型动叶可调轴流通风机、德国矿用轴流通风机和丹麦Howden Variax轴流式通风机所配套的在线监控系统。其中HDR280-