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1、1验收资料之二山寨煤矿主扇风机控制系统改造项目简介华 亭 煤 业 集 团 有 限 责 任 公 司 山 寨 煤 矿二 一 四 年 十 一 月0目 录第一节 立项背景 .2第二节 项目研究内容 .2第三节 研究目标 .4第四节 主要解决的技术问题和关键技术 .5第五节 技术创新点 .6第六节 项目设计实施方案及功能特点 .6第七节 项目总结 .131第一节 立项背景主扇风机为矿井“四大运转”设备之一，它的作用是给井下工作人员输送足够的新鲜空气，稀释排出有害、有毒、爆炸性气体，调节井下空气的温度和湿度，改善工作环境，保证矿井安全生产。主通风机运行性能的优劣及其运行的可靠性直接关系到矿井的安全生产工作
2、及煤矿工人的人身安全，一旦发生故障，将会造成整个煤矿安全生产系统的瘫痪。因此，研制一种安全、可靠、节能的通风机控制系统，是确保矿井安全生产的必然要求。山寨煤矿在矿井改扩建时建成了主扇风机集中控制系统，但当时只设计安装了两台西门子 MICROMASTER430 132KW /380V型变频器，变频器与主扇风机前、后级电机实行“一拖二”控制，两台变频器一直处于带电运行状态，这样一旦其中只要有一台变频器出现故障，风机将无法在变频控制方式下进行，只能强迫切换到工频方式运行。因此，矿井主扇风机变频控制系统存在薄弱环节和安全隐患。2014 年元月份，山寨煤矿完成了主扇风机搬迁安装工作，对主扇风机集中控制系
3、统进行改造的条件已经成熟，因此，矿年初决定成立课题组，研究对主扇风机变频控制系统进行改造，以切实提高主扇风机运行的可靠性和安全性。第二节 项目研究内容1、设计增加安装两台西门子 MICROMASTER430 132KW /380V 型变频器柜，实现变频器与主扇风机前后级电机驱动“一2拖一控制”， 通过一号和二号变频器控制一号风机运行，三号和四号变频器控制二号风机运行。2、根据主扇风机集中控制系统功能要求配置 PLC 控制系统，主要包括以下研究内容：2.1、系统 I/O 点数统计，配置 I/O 模块；2.2、根据系统模拟量控制及监测数据要求，配置系统模拟量输入/输出模块；2.3、根据系统控制及远
4、程监控要求，设计系统通讯方式，配置通讯模块；2.4、确定以西门子 S7-300 可编程逻辑控制器作为控制架构，以西门子 STEP7 为编程软件，以 Wincc 为组态软件设计控制系统数据结构，编写控制程序。2.5、对原有的两台变频器柜交流接触器及继电控制线路进行改接和调整，已满足控制系统要求。2.6、完成现场接线及调试工作，调整传感器参数，确定主扇风机通风量与风机转速之间的闭环控制函数关系。2.7、完成 PLC 通信网络的组建，将主扇风机集中控制系统接入矿井现有以太环网，实现主扇风机运行远程控制及运行参数实时在线监测。第三节 研究目标通过对主扇风机集中控制系统进行改造，主要实现以下目标：31、
5、通过设计增加安装二台变频器柜，实现变频器与主扇风机前后级电机驱动“一拖一控制”，提高控制系统运行可靠性和安全性。2、实现对每台风机进行变频起动、变频运行及工频启动、工频运行两种控制方式。3、实现主扇风机就地和集中控制切换运行。在集中控制方式下，可通过矿方已形成的以太环网系统实现主扇风机运行远方控制，同时实现主扇风机运行状态及运行参数实时在线监测。 4、实时监测通风机的风量值，与设定的风量值进行比较，由所得结果来确定变频器的工作频率，从而调整风机的转速，达到调节风量的目的。5、实现风井温度、风速、CO、CH4 监测功能，同时实现风机运行负压、全压、振幅及电气参数等在线监测功能。6、实现对风机蝶阀
6、自动开停控制，同时能够显示蝶阀开启角度。7、完善系统保护功能，能够实现对风机电机及变频器的短路、过流、过压、欠压保护功能，同时实现风机电机三项绕组及前后级轴承温度监测及超温保护。8、实现系统事故报警及追忆功能。当风机运行状态及监测参数出现异常时,能发出报警信号,并存储故障信息。9、实现风机运行及反转运行“一键控制功能”。410、实现系统列表、储存、显示、报警、网络上传、远程检测、打印报表等功能。第四节 主要解决的技术问题和关键技术1、该项目解决的主要技术问题：1.1、根据主扇风机集中控制系统功能要求配置 PLC 控制系统。1.2、确定以西门子 S7-300 可编程逻辑控制器作为控制架构，以西门
7、子 STEP7 为编程软件，以 Wincc 为组态软件设计控制系统数据结构，编写控制程序。1.3、完成 PLC 通信网络的组建，将主扇风机集中控制系统接入矿井现有以太环网，实现主扇风机运行远程控制及运行参数实时在线监测。2、关键技术：2.1、确定主扇风机通风量与风机转速之间的闭环控制函数关系。2.2、采取针对性措施，提高系统抗干扰能力，确保控制系统稳定性。由于矿井主通风机工作的环境比较恶劣，控制系统容易受到变频器等外部信号的干扰，所以在设计安装时综合采取了抗干扰措施以保证系统的可靠性。2.2.1、选用了可靠性高、抗干扰能力强的西门子 S7300 型可编程控制器。52.2.2、由于传感器的输出信
8、号都是弱电信号，容易受到各种干扰，所以选择抗干扰能力较强的电流型传感器，同时选用抗干扰屏蔽矿用控制电缆。2.2.3、为了确保供电系统的安全运行，工控机采用了 UPS 稳压供电系统。第五节 技术创新点1、完成 PLC 通信网络的组建，将主扇风机集中控制系统接入矿井现有以太环网，实现主扇风机运行远程控制及运行参数实时在线监测。2、为确保监测参数的准确性，避免变频器对系统采集数据的干扰，对所有采集模拟量均经过隔离栅输入 PLC 系统 A/D 转换模块。第六节 项目设计实施方案及功能特点1、项目设计实施方案：1.1、保留原控制系统两台变频器控制柜，根据控制功能要求对两台变频器柜的交流接触器及继电控制线
9、路进行改接和调整。1.2、设计增加安装两台西门子 MICROMASTER430 132KW /380V 型变频器柜，并在控制柜内设计安装安装变频器供电及运行交流接触器，同时安装工频正、反转运行交流接触器。在变频器控制面板设计安装就地起停、故障、复位按钮及状态指示灯。61.3、根据控制功能及监测数据要求，配置控制系统结构，确定控制系统组成部分。设计控制系统数据结构，编写控制程序1.3.1、控制系统核心为西门子 S7-300 系列 PLC，整个控制系统由监控层、设备层和执行层组成。上位机采用工业控制计算机，安装组态软件，通过上位机实现主扇风机远程监控及运行参数实时在线检测。下位机采用了 PLC 可
10、编程控制器，通过传感器实时采集风井及主扇风机运行参数，并向执行层发出控制指令，同时接受执行层的反馈信息。1.3.2、控制系统组成：系统控制柜、操作台、监测传感器、工业交换机、工控机、UPS 电源、控制软件、组态软件及控制缆线灯组成。71.3.3、控制系统软件：该系统是以西门子 STEP7 为编程软件，以 Wincc 为组态软件编写控制系统程序。1.4、委托厂家按矿方技术方案要求完成系统设计集成工作。1.5、对原控制系统高低压配电系统、变频器柜进行改造，完成控制系统的安装调试工作。2、控制系统功能特点：2.1、实现变频器与主扇风机前后级电机驱动“一拖一”控制功能。2.2、实时监测通风机的风量值，
11、与设定的风量值进行比较，8由所得结果来确定变频器的工作频率，从而调整风机的转速，达到调节风量的目的。2.3、实现风井温度、风速、CO、CH4 等监测功能，同时实现风机运行负压、全压、振幅及电气参数等在线监测功能。2.4、实现风机启动、停机及两台风机切换过程中蝶阀及其他辅助设备的自动控制。2.5、实现主扇风机就地和集中控制切换运行。在集中控制方式下，可通过矿方已形成的以太环网系统实现主扇风机运行远方控制，同时实现主扇风机运行状态及运行参数远程监测。2.6、系统保护功能完善，能够实现对风机电机及变频器的短路、过流、过压、欠压保护功能，同时实现风机电机三项绕组及前后级轴承温度监测及超温保护。2.7、
12、实时的输出风机运行参数的各种特性曲线。2.8、系统具有列表、储存、显示、报警、网络上传、远程检测、打印报表等功能。2.9、实现系统事故报警及追忆功能。当风机运行状态及监测参数出现异常时,能发出报警信号,并存储故障信息。2.10、实现风机运行及反转运行“一键控制功能”。3、监控界面3.1 主画面93.2、风机监测3.3、曲线103.4、报表113.5、报警信息123.6、模拟试验第七节 项目总结1、实施效果1.1、实现变频器与主扇风机前后级电机驱动“一拖一”控制功能。1.2、该项目以西门子 S7300 PLC 为核心设计矿井主扇风机变频控制系统，采用先进、可靠的传感器实时监测风井及通风机运行主要
13、参数。1.3、通过实施该项目，提高了主扇风机设备的自动化管理水平，保证了主扇风机设备的经济、可靠运行，为设备的管理和维护提供了可靠的科学依据。131.4、通过实施该项目，实现了矿井通风量与主扇风机转速之间的闭环控制关系，确保了矿井通风系统的稳定性。1.5、通过使用工业以太网和高可靠性的工控 PLC，实现了风机运行参数的在线监测和远程控制。2、经济和社会效益分析：2.1、通过实施该项目，实现了变频器与主扇风机前后级电机“一拖一”控制，实现主扇风机一套变频系统运行，另一套变频系统处于备用状态，确保矿井通风系统的可靠性和安全性。2.2、通过实施该项目，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，为设备的管理和维护提供了可靠的科学依据。2.3、通过实施该项目，实现了矿井通风量与主扇风机转速之间的闭环控制关系，确保了矿井通风系统的稳定性。2.4、通过实施该项目，借助矿井以太环网，可通过设在矿调度室的上位机实现主扇风机远程控制及运行参数在线监测，从而为数字化、网络化矿井建设作出贡献。
