过综保装置可靠的传输到控制中心；风机本体振动速度、流量和负压由传感器监测，并需要把传感器的信息传输到控制中心；风机的轴温、风机电机的定子温度由测温仪来测量，因此需要把测温仪的信息传输到控制中心。风机系统的运行信息需传输到集控室，以便于及时进行调度管理。

系统的主要功能有：

1．实现风机运行参数的实时监测与风机主辅设备控制的一体化。 2．实时监测风机配用电机的电气参数：电流、电压、功率。

3. 实时监测设备的运行参数：电机和风机前后轴承温度、振动参数以及超限报警 4．显示当前运行机号、正反转信号，风机开停状态。

5. 实时监测通风机气动参数：负压、流量、全（静）压、全（静）压效率、轴功率。

6. 实现定子电压低于5.1KV报警，定子电流超过上下限报警。

7. 上述监测参数通过通信线路传送到集控室上位机，经上位机接入矿局域网。

6.2 通风机自动监控系统的技术指标

工作电压：~220V 环境温度：0-50监测精度： 流 量 2.5级

压 力 0.5级 电参数 0.25级 其他 1.5级 监测参数范围：按用户要求确定。

0c

6.3 通风机自动监控系统的整体结构

系统采用集中管理、分散控制的系统结构。整个系统分为三层，即现场测量控制层，中央控制层和远程监控层。系统结构配置图3.3所示。

现场测量层：

现场测量层主要实现风机变量参数的测量，主要采用的是开关柜的综保装置和测温仪和传感器装置。

中央控制层：

中央控制层由带有以太网接口的 西门子S7-200系列PLC组成，通过PLC完成对风机系统的实时监控和数据采集和数据处理，以及与控制中心的实时通信。

远程监控层：

远程监控层直接接入矿调度室，上位监控软件选择Wonderware公司的组态软件Intouch开发的监控软件，通过监控软件完成功能块之间的连接，实现风机系统的集中监控管理。在运行过程中，实时监测风机的运行状况，实现对风机的控制，同时还实现

报警、曲线和报表功能。

图6.1 风机自动化监控系统结构图

本设计主要进行的是现场测量层的传感器和中央控制层的PLC控制柜的设计与开发工作。

6.4 通风机自动监控系统运行方式

本系统共有三种运行方式可供选择，即“就地”，“远控”，“自动“；在触摸屏上我们可以选择就地或远控两种方式；

就地：

就地就是在现场的触摸屏上进行操作，因我们采用的是西门子的PLC与其触摸屏进行通讯，接口兼容性好并且稳定，所以此种操作方式最可靠；

远控：

远控就是在集控室中进行高低压开关的远程遥合、遥分，此种工作方式由于受到线路通讯及上位机软件的影响，反应时间上受到一定的影响，但是由于我们软件的稳定性很高，并且采用光缆进行信息的传输，所以还是可以保证风机正常的运行和操作，而且由于其远程控制，其方便性大大增强；

自动控制：

自动控制仍然是远控的一种，就是在无人操作的情况下，若是风机的运行出现了故障，能自动启动另一台风机，并且自动调整风量到设定的值，而不会由于停风而影响到煤矿的正常生产。

在我们的集控室的风机控制界面上有一个自动/半自动转换开关，当我们在触摸屏上设置了远控方式时，此开关才会有效，当我们选择自动时，风机进入自动运行状态，此时，不管是现场触摸屏，还是集控室，都不能进行控制，只能进行监测风机的运行参数；当我们选择半自动时，风机进入半自动运行方式，此时，可以用集控室的控制终端进行控制；当我们把现场触摸屏打到就地时，就只能进行现场的触摸控制。

7 矿井通风机自动监控系统硬件设计

7.1 系统的组成和特点

本系统以工业控制PLC为核心，主要由信号测取装置和传感（变送）器、上位机及通讯装置及其他设备组成。系统的组成主扇风机自动化监控系统的硬件组成如图8.1。

图7.1 风机自动化监控系统硬件系统图

主要特点如下：

1．采用了先进的计算机技术，功能强大，智能化程度高；以图形界面显示工作状态，画面丰富，直观生动。

2．采用模块化设计方案，各部分相对独立，留有备用通道，便于扩展。 3．采用了多种抗干扰措施，因此系统的抗干扰能力强，可靠性高，监测准确。 4．流量监测措施独特、新颖、可靠性好，精度高。

5．选用了可靠性好、精度高的传感（变送）器。 6．软件设计安全性高。 7．操作简单、维护方便。

7.2 风机参数的监测

该系统以工业控制PLC配以各种外围设备组成，在软件的控制下，完成数据的采集、分析等工作，以图表等多种形式显示在显示器上，并传输到指定地点。

通风机性能监测原理：

通风机的性能参数主要有流量、全（静）压、轴功率、全（静）压效率、转速等。配套电机的主要参数有电流、电压、功率等。根据流体机械的原理有：

Q——流量 A——流量测量截面积

V——流量测量截面积的平均流速 P——风机全压 P

PPd2dI2

——风机出口静压

——风机出口动压 PI——风机入口静压 ——风机入口动压 Pj——风机静压 ——风机轴功率 Nd——电机有功功率

N

??d——电机效率、由损耗分析法求得。 ——传动效率 ——风机静压效率

c?——风机全压效率

?J通过以上的分析可知，为了达到主通风机性能在线监测的目的，应实时在线监测以下主要参数：矿井负压、风机的流量、电机有功功率、电流、电压、风机的振动参数、温度参数等。根据以上参数可求得风机的各项性能指标，再根据相似原理换算至规定状态下即可绘制通风机的性能曲线。各参数的监测原理如下。

7.3 风机监控系统所需监控的输入输出量

在风机监控系统中，我们需要实时监测风机的前后轴温、三相定子温度、风机电动机的振动参数，电机电流、电压、有功、无功功率等一系列的参数。通过对这些参数的监测，得到风机实际的工作情况，为通风机的安全运行和及时报警提供可靠的保证。下表为风机监控系统所需的输入输出量。

表7.2 风机监控系统输入与输出量

监测量 遥测量 开关柜电气参数 数量 140 温度 振动参数 压力参数 高压部分 低压部分 遥控量 高压部分 低压部分 开关状态 保护信息 开关状态 22 16 3 26 50 19 20 32 遥信量 其中，开关柜的电气参数是通过一个CP340和南瑞的综保进行串行通讯得到所有高压柜的电流、电压、功率以及高压柜的断路器状态等所有信息。

振动参数包括四台电机的前水平，前垂直，后水平，后垂直的振动参数。传感器选择的是电磁式振动传感器，输出的是交流电压，经过振动变送器变送后，编成0～20mA的电流信号，送入PLC的AI模块，其振动测量范围是0～20mm。

温度参数包括风机四台电机前后轴温，三相定子温度和两个风道的流体温度。其中，电机的前后轴温和三相定子温度是由装在风机内部的PT100测量得到的。流体温度由装在风道内的由汇博自动化仪表公司生产的WB系列温度变送器。输出的电流都是4～20mA的电流。全部送到PLC柜内安装的由汇博自动化仪表公司生产的带有485串口通信能力的16路温度巡监仪。通过S7-300的CP340通讯模块将温度值送入PLC进行处理。

在通风机的日常生产中，通风的流量是一个十分重要的参数，所以在本设计中，使用了专门的风量测量的装置，通过由汇博自动化仪表公司生产的HB1151系列电容式差压/压力/绝压变送器将风道差压信号和绝压信号转换成4～20mA的电流信号送入PLC。

总 结

利用 PLC变频器和离心机通风系统进行节能技术改造，不仅简化了系统，提高了设备的可靠性和稳定性，设备的操作和维护方便，节省能耗，同时也大大地提高了煤矿生产的安全系数。另外还可以根据需要配置相应的通信模块，很方便地组成集散式控制系统，进行远程监控现场设备的运行状态，提高了企业的生产效率和经济效益，具有一定的推广价值。

主扇风机是煤矿的四大固定设备之一，担负着向井下输送新鲜空气，排出粉尘和污浊气流的重任。本设计采用西门子S7－200 PLC设计矿井主扇风机自动化监控系统。采用先进、可靠的传感器和先进的矿井主通风机流量监测方法,实时监测通风机的性能参数和状态参数、电机的电气参数并能实现远程通讯。通过计算机技术实现了主通风机性能及状态的在线实时监测。

本设计提高了主扇风机设备的自动化管理水平，有力地保证了主扇风机设备的经济、可靠运行，为设备的管理和维修提供了可靠的科学依据。在设计中以风机房为实施对象，实现了风机房的无人值守自动化监控和管理的设计和改造。

通过使用工业以太网和高可靠性的工控PLC，本设计实现了风机的在线监测和远程