基于S7-300PLC的矿井压风机自动控制系统的研究与应用

胡云涛，杨坤，闫晓岚，王平利

（1.华洋通信科技股份有限公司，江苏 徐州221116；2.平顶山天安煤业股份有限公司，河南 平顶山 467021)

基于S7-300PLC的矿井压风机自动控制系统的研究与应用

胡云涛1，杨坤2，闫晓岚2，王平利2

（1.华洋通信科技股份有限公司，江苏 徐州221116；2.平顶山天安煤业股份有限公司，河南 平顶山 467021)

针对压风机运行不均衡，总管压力控制不稳定，故障监测、设备检修耗时长，工作效率低、劳动强度大、不能实现远程信息化监控等现状。研究出一种基于S7-300PLC和IFIX组态软件的压风机自动控制系统。系统投入运行后，实现了压风机系统及配套水冷却系统的实时监测和全自动运行，大大提高了煤矿生产的自动化水平。

压风机；S7-300PLC；自动化控制；组态软件

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

1 引言

压风机是矿井正常生产关键设备之一，其运行情况对整个矿区的日常生产有着举足轻重的影响。压风机还是矿井井下风动设备的唯一动力源，它能够完成矿井的压缩空气生产任务，为煤矿生产提供风动力，同时为压风自救系统提供风源。综上，及时全面地了解压风机的运行状态，将单独运行的压风机组成系统并根据运行数据实现系统的全自动运行，对提高矿井的生产效率，提升安全生产水平，提高矿井的自动化水平，节约能源都与有重要的现实意义。

2 现状分析

十一矿西工区压风机房现有4台压风机，为十一矿三水平提供动力风。压风机为上海博莱特压缩器有限公司生产的BLT-475W型压风机。压风机冷却系统为水冷系统，配备两台立式水泵，为冷却系统提供水循环动力。4台压风机独立运行，各压风机可实现对本机供气压力、供气温度等运行参数的监测。压风机联动由人工实现，即：人工观察总管压力表，判断井下用风量，总管压力低于0.55MPa时，人工增加一台压风机运行；总管压力长时间高于0.65MPa时，人工停止一台压风机；为避免设备频繁启动，保证至少一台压风机运行。综上，压风机的启动、停止、倒机、排污等操作全由人工实现，工作效率低；设备的运行参数人工巡查，不能及时做出反应，也不能有效发现潜在的故障。随着十一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，实现压风机系统的自动控制，提高生产效率，提升矿井的安全生产水平。

3 煤矿压风机自动控制系统的研究

根据生产的需要，对现有设备进行升级改造，以实现以下功能：

1）要能实时监测设备的各运行参数，主要包括：供气压力、供气温度、压风机电流、冷却水进水压力、冷却水出水压力、冷却水进水温度、冷却水出水温度、风包压力、风包温度等，数据要自动生成报表，可自由查询和打印；

2）要能实现系统联动：压风机相关气路阀门和相关冷却系统的阀门联动控制，按照程序自动执行打开/关闭命令；

3）要具备检修、手动、全自动3种控制方式，实现压风机的检修操作、一键启停操作、全自动3种运行方式；

4）要实现压风机网络监控，系统可根据井下用风量，通过检测总管压力自动调节压风机启动/停止，压风机系统自动运行要遵守如下规则：

（1）全自动状态，至少有一台压风机处于运行状态。仅有一台压风机运行时，该压风机发生故障停车，延时10min后，开启一台停车时间最长的压风机。

（2）运行参数可设定，正常情况下，系统风压维持在0.55MPa和0.65MPa之间：

风压低于0.55MPa，系统按设定延时加开一台停车时间最长的压风机；

正在运行的压风机，连续加载时间超过设定时间，系统自动加开一台停车时间最长的压风机；

正在运行的压风机，连续卸载时间大于设定时间，系统自动停止一台运行时间最长的压风机；

（3）仅有一台压风机运行时，该压风机故障停车，延时10min后，开启一台停车时间最长的压风机。

（4）倒车：系统按照设定时间倒车，启动备用车后停止主用车，倒车停下来的压风机，24h内不再参与倒车。

（5）任何情况下，正常停止的压风机20min内不允许再次启动。

（6）自动排污：运行的压风机，每4h进行一次排污。

5）系统要具有网络接口，能够实现远程数据传输和操控，方便接入十一矿现有综合自动化平台，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。

4 煤矿压风机自动控制系统的组成

自动控制系统以西门子S7-315PLC及研华工控机为核心，内装有为压风机系统自动控制而开发软件程序，通过IFIX SCADA开发版软件设计了控制系统的人机交互界面，直观地显示了系统运行状况和各项主要参数。系统图如图1所示。

图1 自动控制系统总体结构图

系统实现的主要功能如下：

1）实现了实时监测压风机各项运行参数、水冷系统各项参数、总管压力等重要数据。能通过组态软件显示风机模拟运行画面，并能实时显示、存储、查询、打印监测数据和报表；

2）实现了根据网络用风量，压风机自动加车、减车，同时压风机可自动倒车、自动排污；

3）具备远程传输接口，能接入矿井综合自动化平台；

4）系统可根据传感器数据自动诊断压风机、水冷泵状态，发生故障时及时停车。

5 监控画面设计

监控画面主要供岗位司机和检修人员使用，需要在画面上给出每台压风机的详细运行参数及故障报警等信息，以便岗位司机能够从监视屏幕上快速准确地判断每台压风机的运行状态以及故障信息。

6 结语

针对十一矿西工区压风机，设计研究了压风机自动控制系统：

1）建立了由西门子S7-300PLC和研华工控机为控制核心的压风机控制系统，实现了压风机设备的自动化控制；

2）在IFIX组态软件开发平台上，设计了压风机自动控制系统友好人机界面，更直观地查看、处理设备运行数据，同时可上传数据至矿井综合自动化平台；

3）合理使用4台压风机，提高了生产效率，延长了设备使用寿命。

该系统投运以来，运行可靠，实现了压风机生产自动化，提高了生产管理水平、降低了劳动强度、节约了能源，提升了矿井综合自动化信息化水平，符合十一矿自动化信息化发展方向。

【1】王卫东，田金云，张成联.基于S7-300的煤矿压风机控制系统[J].矿山机械，2010(21)：35-37.

【2】孙鹏.S7-300PLC在压风机监控系统中的应用[J].工业技术，2008(8)：107-108.

查表知，45钢的屈服强度σs=355MPa。

由计算公式所得的液压缸的壁厚厚度很小，用经验法和安装条件选取壁厚：δ=10mm。液压缸缸体内部的长度应等于活塞的行程与活塞宽度的和。缸体外部尺寸还要考虑到两端端盖的厚度，一般液压缸缸体的长度不应大于缸体内径D的20～30倍。因此，缸体长取320mm。缸外径D1=D+2δ=40+2×10=60mm。

5 结论

通过我们一系列的计算和研究，我们得出一个结论，那就是：曳引式电梯钢绳张力自调均衡装置是可行的。

【1】张莉.老旧电梯改造——专家专访[J].中国标准导报，2015(7)：29.

【参考文献】

【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

胡云涛（1987～），男，江苏徐州人，从事矿井综合自动化、信息化的应用与研究，（电子信箱）247593232@qq.com。