煤矿主扇风机自动化控制系统建设方案Word文档下载推荐.docx

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系统软件和硬件配置及系统结构具有前瞻性。

一方面，在考虑配置时，为系统今后的完善、提高留有充裕的扩展容量；

另一方面，系统具有灵活的网络结构。

将来系统的扩展在本期系统的基础上增加部分设备即可实现，无须变更本期系统的软件、硬件，不影响本期系统的运行。

高性价比

一是在进行系统结构设计和设备选型时多做比较分析，从而使得系统结构、设备选型、系统整体性能具有高性价比。

二是在保证系统功能的前提下，充分利用现有设施和资源（如配电装置，控制箱，线缆，仪表，传感器等）,以减少改造投资费用，缩短系统施工周期。

灵活性

系统的总体设计便于工程的分步实施，确保系统的改造、升级不影响正常生产，有利于实现老系统向新系统的平稳过渡。

依据煤矿生产现状，需要总体设计，分步实施，缩短影响生产时间，保证煤矿生产的连续性。

1.2设计依据

本设计方案中电控设备采用下列技术标准、规范及依据：

《煤矿安全规程》（最新版）；

GB3836.1-2010爆炸性气体环境用电气设备第1部分通用要求；

GB3836.2-2010爆炸性气体环境用电气设备第2部分隔爆型“d”；

GB3836.4-2010爆炸性气体环境用电气设备第4部分本质安全型“i”；

《煤炭工业智能化矿井设计标准》GB/T51272-2018

《矿用现场总线》MT/T1130

《矿用以太网》MT/T1131

GB50215--94煤炭工业矿井设计规范。

第二节技术参数

2.1系统适用环境

环境温度-10—40℃（使用时）

环境湿度33%-85%RH（不结露）（使用时）

绝缘电阻5MΩ以上

使用环境无腐蚀性气体

海拔高度-1000-1400m

2.2技术参数

抗振JISCO911标准

耐压AC1500V1min

绝缘电阻5MΩ以上

接地第三种接地，不接地时也可浮空

输入电压DC24V

抗干扰性局电子设备1.2m处发粗的电磁和射频干扰（频率400~500MHz，功率5W），不影响其正常工作。

保护等级IP54

输入工作电压AC1140V（-25%～+10%）；

最大工作电流≤1A；

最大传输距离无中继1.2km，加中继可达10Km；

第三节系统主要特性

3.1灵活性

1、适应性好：

可编程控制器简称PLC是通过程序实现控制的。

当控制要求发生变化时，只需改变程序即可。

因此能灵活方便地进行系统配置，组成不同规模、不同功能的控制系统，适应能力非常强，即可控制一台单机，又可控制一条生产线，既可现场控制，又可远距离控制。

2、功能强大：

PLC内部有丰富的软元件供您使用，可以很方便的进行程序修改，调整计时器、计数器的值来适应现场设备运行的要求。

3.2维护的简易性

1、PLC的程序直观、简单，面向用户，面向现场。

程序编写简单易学，能够使具有一般电工知识的维护人员在很短时间内掌握。

2、PLC的基本免维护性，使工人从以前集成电路繁锁的检修、维护中解脱出来，使生产效率明显提高。

3、PLC为标准型号，在国内的许多大公司都有经销，价格比较统一，为今后的备件的配备提供了方便，用户可以摆脱以前那种以集成电路控制为主，以备件形成独家供应的被动局面（价格垄断），降低了维护成本。

3.3设备的扩展性

PLC有很强的组网和扩展能力，今后可以很方便添加新设备和风机控制,从而避免了以前上一套设备需更换一套控制设备的弊端，节省了大量人力和财力，并方便以后并入矿井综合自动化系统网络。

第四节系统建设

4.1系统概述及组成

通风机在线监控系统由PLC监控柜、集中控制操作台、上位机监控站、视频监控系统、现场传感器及网络通讯系统等组成，基于工业可编程控制和智能数据采集、网络通讯等先进技术，实现煤矿主扇风机在线监测、逻辑控制、远程监控等功能一体化，并作为煤矿安全生产监控系统的一个子系统，既可自成独立的子系统运行，也可以监测分站的形式接入安全生产监控系统作为一个子功能集中统一管理运行。

系统组成示意图如下：

4.2系统建设要求

4.2.1系统验收要求

主要通风机具备无级调节功能；

主要通风机集中监控，不设专职司机，实行巡检制度；

在线监测主要通风机的运行参数，相关数据可以存储、查询；

4.2.2系统技术指标

通风子系统控制范围包括主通风机及附属设施。

系统具备工业以太网通讯接口。

系统应具备就地/集中控制选择功能，可实现控制设备无人值守。

系统应自动监测主通风机的运行状态以及相关参数，包括静压、振动、风量、风速、电机电压、电流、功率、电机定子绕组温度、电机轴承温度等。

主通风机监控应显示压力曲线、风量曲线、工况运行曲线及效率曲线等。

系统应具备调度监控中心集中控制功能。

能够实现主通风机一键启停和一键倒机运行及反风远程自动控制。

主要通风机宜具备无级调节功能。

系统具备报警以及报警参数设置功能。

系可提供报警信息查询功能及历史数据查询功能。

系统具备分级用户管理功能。

系统配置备用电源。

电网停电后，备用电源应当能保证系统连续监控时间不小于2小时。

误码率：

不大于10-8。

系统最大巡检周期、响应时间应满足相关标准的要求。

4.2.3系统技术要求

用于井下的设备应具有煤矿安全标志证书。

主通风机配置PLC控制柜，主通风机控制柜具备控制、显示及参数设置功能。

每台主通风机设置1台温度巡检仪（现场已安装），用于采集通风机电机温度参数。

每台主通风机配置振动传感器，用于监测通风机的振动参数。

每台主通风机上安装压力传感器，监测通风机静压。

系统应配置风量监测传感器，用于监测主通风机风量。

应监测每台主通风电机的电压、电流、功率等参数。

主通风机配备变频器，变频器应提供通用标准通讯接口（由矿方提供通讯协议）。

模拟量输入处理误差不大于1.0%。

系统I/O点裕量不少于10%。

具有RS485方式、TCP/IP电缆以太网传输方式和TCP/IP光缆以太网传输方式等通讯接口。

采用PLC作为现场控制设备。

应采用国内有良好使用业绩，可靠性、稳定性强的产品（如西门子、瑞联、ABB等）。

4.3系统改造方案

整个系统PLC采用S7-1200CPU，

1台操作站与PLC通过TCP/IP以太网进行通讯，主要完成风机集中操作、监视和控制功能。

通过计算机操作可进行系统功能组态、监视报警、控制参数在线修改和调整，同PLC进行数据传输、通讯，同时通过485通讯接口，进行电力参数采集，采集风机监测信息、运行状态和工艺参数，并进行汇总、运算、处理、报警、故障分析，最终完成对风机的优化控制。

本方案利用计算机及PLC等控制技术完成对主通风机的起停控制，并对通风机工作状态、性能参数、故障诊断进行在线监测。

PLC控制系统设置两套冗余的S7-1200CPU,分别对应两套风机的控制以及与变频器的通讯。

系统主要由工控机、触摸屏、UPS、PLC控制系统、PLC操作面板、通讯网络、在线监测现场传感器等组成。

（1）控制方式

上位机操作方式

上位机操作方式下有单动和联动两种操作方法：

单动方式下，操作员在操作站的工控组态软件运行窗口，选择哪台设备，启动哪台设备，设备之间无闭锁关系。

联动方式下，操作员可以通过操作台自动“起动/停止”按钮，起停处于远控待命状态的本台风机。

整个起停过程由自动运行程序控制，此时手动操作按钮无效。

上位机操作方式下，自动监测风机的运行状态，如有异常先报警，若在规定的时间内不能排除故障，系统将自动进入风机切换程序。

此工作方式完全在计算机监控下进行（包括参数检测和设备连锁控制）。

操作台操作方式

操作台操作方式下也有单控和联动两种操作方法：

就地控制方式下，风机的启动由人工手动在风机操作台上完成，此时PLC仅负责数据的采集、显示、故障报警。

在单控方式下，风机转速需通过手动设定与调节。

通过现场采集传感器采集风硐负压、风量及风速，根据设定值及实际值，调节电机达到适当的转速；

以满足用风量的要求。

当监测回路测得风筒负压值、风速值、风量值等参数值不正常时，首先报警，然后人工配合风机监测参数判断故障所在，如果故障不能排除，则人为切换风机，开始检修故障风机。

在就地方式下，操作人员（或检修人员）根据风机操作规程分步进行操作，在非闭锁的情况下，单独对风机或风机的相关设备进行启动、停止操作。

（2）工艺过程控制

工艺控制过程分为三种：

正常启动过程、风机切换过程和反风过程。

正常启动

确定启动那一台风机（以一号风机为例）。

控制系统发出指令打开风门，但风门状态信号要反馈到控制系统，从而调节起动时间。

首先，上位机、PLC发出指令，合上变频器输入侧开关，其他开关打开，如果变频器、电机均正常，则起动条件成立。

随后启动变频器，变频器带动电机开始工作，其输出频率从0Hz逐步升到50Hz。

其间，根据工艺的要求，在0～50Hz范围内的任何频率点，可以进行长时间运行。

变频器输出的Hz数，是根据上位机采集的现场数据及输入的数据进行比较处理后，来控制变频器对其输出进行调整，使风机的输出风量达到规定的值。

风机切换过程

分为正常切换和故障切换，正常切换时人为选择风机，正常起停控制实现风机切换；

故障时为系统自动切换。

切换过程如下：

降低正在使用1＃风机的变频器输出频率，使之按照设定曲线降速，同时启动2＃风机变频器，使2＃系统处于检测状态准备启动。

待风机转速降到一定程度，开始关闭1＃系统的风道风门，启动2＃风机系统低速运转。

开始开启2号风道风门，1号风门关闭，2号变频开始加速，按照事先规定的曲线启动风机。

反复观察监测参数，确认风机运行是否正常，风机启动过程完成。

以上过程必须在十分钟内完成。

如果是全自动控制，以上过程完全由上位机或PLC来完成。

反风过程

降低正在使用风机的输出频率，使之按照设定曲线尽快降速至停止。

调整该台风机变频器至反转状态，启动风机（调整启动曲线，使之尽快完成启动过程）。

反复观察监测参数，确认风机运行是否正常，反风过程完成。

4.4系统实现功能

（1）风机在线监测功能

在线监测参数包括2台风机的电机功率、电流、电压、电机轴承温度、电机各绕组温度、风机轴承温度、风机振动、高压开关柜的投切信号、正反风信号、风机开停信号以及所有风机及其附助设备的运行监测信号的报警值和断电值及各保护的投切。

同时监测风筒风压、风量、瓦斯浓度等通风工艺参数。

可在计算机上直观的显示。

采集参数如下：

风机轴承温度，电机轴承温度，电机三相绕组温度，润滑油温。

当温度超过报警极限值时，系统发出报警并停机，切换到下一台风机。

各台风机的开停状态及其附属设备的运行状态。

风机振动、喘振。

风压、风速、风量、瓦斯浓度。

风门开启状态和到位状态信号。

（2）保护功能：

①喘振保护：

喘振会产生压力或流量损失，并且引起邻近的导管和机械部件频繁震动，持续失速将会折断风机叶片，在叶片两侧监测其压力，如果叶片两侧的压力差大于500Pa，同时检测风筒压力、流量及电机电流值，如果出现不停波动，则很可能风机进入喘振区，此时系统报警，如果喘振继续存在并超过120s，系统跳闸断电来保护风机。

②风机温度保护：

当风机主轴承温度大于85℃时系统报警，温度大于100℃时系统跳闸断电保护动作。

③电机温度保护：

电机轴承温度大于85℃时系统报警，温度大于90℃时系统跳闸断电。

电机定子每相绕组温度大于130℃时系统报警，温度大于140℃时系统跳闸断电保护动作。

④振动信号保护：

监测风机的水平和垂直振动信号，当超出限值时首先进行报警提示，并可选择延时跳闸断电保护动作。