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基于S7-300 PLC的煤矿空压机联网监控系统

　　2.3 plc控制方式设计

　　（1）自动集控方式。系统具有多种控制方式。根据设置，该系统可以工作在集中方式plc根据设定的工作时间和工作压力值、总管当前实时压力值，自动判断当前投入/切除系统中的压风机台数，经特定的运算处理，以便对运行中的压风机进行加载或者卸荷或切除系统、投入系统工作。

　　（2） 就地控制方式。该工作模式为通过就地操作台上的触摸屏按钮或者操作台按钮来独立控制每台压风机的启动或停机。

　　（3）远程控制方式。在该模式下，通过上位计算机的操作来控制各压风机系统的运行。系统对操作员有权限管理，有一定的权限的操作员才可以进行远程操作。

3 软件系统设计

　　上位机监控由pc机和组态软件构成。pc机使用桌面电脑，组态软件选用北京亚控公司的组态王kingvie -w6.52。组态王6.52是一个具有丰富功能的hmi/scada软件。可用于工业自动化的过程控制和管理监控。组态王6.52为系统工程师提供了集成、灵活、易用的开发环境和广泛的功能，能够快速建立、测试和部署自动化应用，来连接、传递和记录实时信息。用户可以实时查看和控制工业生产过程。组态王还提供了一套全新的、集成的报表系统，内部提供丰富的报表函数，用户可以根据工程的需要任意改变报表的外观。组态王的web画面发布采用分组式发布，网站式浏览的形式，设计者和操作人员无需做更多的事情。web发布的安全管理分为两级，普通用户只能浏览画面，不能修改数据；而用户（调度中心，厂长办公室）则可以看到所有发布的画面，而且可以读写相关数据和操作原画面中的有权限设置的图素等。

　　上位机监控画面主要有5个功能界面组成，分别是主监控界面、实时报表界面、历史数据界面、报警查询界面、远程控制界面。它们分别对应着5个按钮，这5个按钮和一个系统退出按钮同时位于每个界面的下面，其位置是相对不变的。

　　下位机软件设计主要为plc监控软件的设计，在本系统中为重要软件设计部分。该系统软件的开发环境为siemens simatic step7 v5.3编程软件，用模块式结构程序方式编程，这样既可增强程序的可读性，方便调试和维护工作，又能使数据库结构统一。程序主要分为：通讯子程序、风机控制子程序、数据处理子程序、保护功能处理子程序等。风机控制子程序流程如图2所示。

　　图2 风机控制子程序流程

　　操作屏组态软件使用西门子公司的winccflexible2005组态软件。整个监控系统的界面布局分为静态区域和动态区域，静态区域在画面切换过程中是固定不变的，它位于整个界面的上部，放置了七个切换按钮，分别为：监控画面，实时报表，开关状态，报警查询，报警设置，运行设置和系统管理；静态部分下面就是动态部分，它们分别为七个切换按钮所对应的画面，随着点击不同的切换按钮可以变换不同的画面。

4 结束语

　　随着煤矿近年来现代化管理水平的迅速提高，信息化建设的步伐也在不断加快。同时为保障煤炭的安全生产、提高全矿的生产效益，必须保证供气系统的可靠、稳定、合理地运行，及时发现压风机运行系统中存在的隐患；对压风机系统实行数字化监控，为矿各级领导和职能管理部门及时、准确地掌握压风机系统的实时运行状态，对压风机系统实现集中监控具有十分的必要性和重要性。项目为信息化建设提供较好的建设平台。

1 引言

　　空压机作为煤矿生产的四大件设备之一，它的安全与高效运转是保证煤矿安全高效人性化工作的前提条件。根据《煤矿安全规程》法规，必须对空压机运转过程中主要技术参数进行实时监控与安全保护。空压机是煤矿大型共用耗电装备，各矿井用风设备包括井口绞车系统、井上下装卸载、井下巷道喷浆等，而且用风时间不统一，用风量不稳定，因此空压机必须连续运转，当用风量小时导致空压机长时间低压负荷运行，电能损耗增大并加剧了设备的磨损，增加了运行成本。如负荷小时将设备停机（或部分设备停机），将导致操作频繁，缩短设备寿命，而且会影响用风设备及风动工具的正常工作。

　　例如某煤矿案例，有四台压缩机现在各自独立操作运行，并具有监测本压风机各个运行环节的主要参数作用，在控制供风压力方面各台压风机均以本机的监测为主，这种控制方法在独立供气管道运行时可以使用，但是在多台机器同时并网工作时出现一些不合理的运行状况：在多台压风机设定工作压力一致时，常出现一台或多台连续运行不卸荷，而另一台长期不运行或不加载的状况，同时还会出现多台同时投入加载运行或同时卸载的状况。单纯靠人工开停机也不能很好控制压风机的运行时间均等，很难保证压缩空气的供气质量，也不利于对压风机的维护管理，同时加大了操作维护人员的工作量。对压风机的使用寿命也有很大的影响，为此有必要将多台并网运行的压风机集中控制联网，充分发挥各压风机的性能，使系统在保证供气质量的前提下，实现大限度的节能与运行时间的均等，延长压风机的使用寿命，有利于压风机的维护。

2 控制系统方案

　　2.1 控制系统硬件结构

　　压风机集中控制系统组成系统图如图1所示，有上位工控机系统、plc下位机、传感器、触摸屏等组成。上位工控机系统由工业控制计算机、后备电源（ups）、打印机等组成；其主要完成压风机远程参数的监控、运行参数设置及其数据处理、查询等功能。plc下位机系统：现场plc控制系统选用西门子s7-300系列可编程序控制器作为监控核心。充分利用可编程序控制器能适应各种恶劣现场条件，现场抗干扰能力强的特点，且安装维护方便，其模块化结构，配置相应的通讯接口与各压风机控制器通讯；与上位计算机进行通讯可以采用profibus或工业以太网；系统配置合理，技术可行，完全可以满足现场使用要求。该部分主要是根据设定的操作方式，实时采集总管空气压力，自动控制各台压风机运行及保护功能。现场传感器实时采集现场物理量信号，并将其转换为标准电信号传送给cpu。本系统现场使用的传感器较多，如压力、温度、电流、电压、功率、电量等等。为减少传输误差，提高检测精度，均选用带变送器，性能可靠，寿命长，输出标准电流信号4-20ma的传感器，直接采集现场信号，并配以二线制rvvp电缆单独传送，以进一步提高整套系统的可靠性。

　　压力变送器采用gpt系列变送器，作为一种能够将压力信号直接转换为4-20ma标准电流输出的压力变送单元，其核心传感器采用了经激光烧刻补偿技术制造的扩散硅进口器件，由传感器生成的电信号经过变送电路完成放大、线性修正、温度补偿、电流转换，终形成与被测压力成正比的4-20ma标准输出。该变送器采用独特的一体化全不锈钢免维护结构，具有良好的密封、散热和抗震、耐腐蚀性能，加上输出传送方式具有长线抗干扰能力，使变送器能够在测量现场恶劣环境下长期在线工作。

　　2.2 系统功能设计

　　（1） 能够自动采集、显示压风机的各种运行参数，控制压风机运行。

　　（2） 能够根据检测到的信号判断压风机的工作情况，故障时能及时发出报警信号，并根据故障类型停止压风机。

　　（3） 有启动、停止、正常停车、故障停车、紧急停车、预告、保护及故障报警功能。

　　（4） 系统通过plc及控制网络可方便地采集现场设备开/停及故障状态、电机电流等实时数据。

　　（5）实现自动（动态）恒压供风。当系统在自动集控工作方式时，系统根据设定的供气压力值，自动控制卸荷或加载。当压力值当风压达到设定值时，自动停机（卸荷）；风压降到低值时，自动启动或关闭卸荷阀。

　　（6）安全可靠地报警保护。每台压风机均可具有：出气压力超限保护、出气超温保护、吸气阻力过大保护、润滑油超温保护、润滑油量不足保护、主电机超载保护、冷却风机超载保护等功能

基于PLC控制系统的自动寻迹运输车设计

　　速度控制：直流电机转速的控制采用PWM(脉宽调制)调速方法。为进一步**控制运输车速度，还需要引入闭环速度控制。利用位置传感器、速度传感器和避障传感器检测到的实时信息与期望速度之间的比较来确定输出到直流电机的PWM信号，从而确定加速或减速强度的大小。

　　4、结论

　　本系统采用PLC作为核心控制器，采用机电一体化设计，已完成了样机制作，可实现物料的自动运输，目前处于程序优化阶段。相对于国内常见的轨道运输系统，本系统体积较小、安装方便，轨道铺设简单，根据生产工序粘贴轨道纸便可实现无人驾驶；生产工序改变时，无需重新铺设铁轨，不破坏路面，从而确保了自动运输车的平稳运行。该系统基于光学引导的思路实现简单，导向可靠，可以大幅度降低生产成本，有利于更加广泛推广和应用。该系统采用触摸屏对自动寻迹运输车进行控制，直接选择屏幕上的菜单，便可操作运输车。该系统配备了自动检测、报警及避障装置，更加安全可靠，大大减少了不安全事故的发生