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1、煤矿安全监控分站的PLC设计摘 要近年来国煤矿安全事故不断， 特别是井下瓦斯爆炸事故时有发生， 仅2003年， 煤矿瓦斯爆炸死亡10人以上事故就有数10起，煤矿安全监测监控是实现矿井安全生产预防事故的主要措施之一，也是现代化矿井管理水平的重要标志。通过对监测监控系统选型的研究，使煤矿监控系统的安全可靠性大大提高，对确保煤矿安全生产将起到一定的作用。煤矿安全监控分站的PLC设计是利用PLC对井下传感器传出的气体浓度、温度等数据的在线监测来获知井下分站的安全性。气体在线监测系统是对井下几种特征气体：氢气、一氧化碳、甲烷以与风速、温度进行在线取样、分析，将获得的数据传给地面中心站并接收中心站发送的各
2、种命令，以便与时地、准确地了解井下分站的安全状况，为安全隐患的预警和控制服务，有利于采取措施避免重大事故，提高井下作业的安全性。本文介绍了西门子S7-224可编程控制器在气体在线监测系统中的应用，主要阐述了利用PLC的高速计数器对8路通道进行数据采集。西门子公司的S7-200系列可编程序控制器(PLC)是继S5系列后的新产品。该系列PLC具有模拟量处理、通信联网、系统诊断、中断处理和高速计数等功能。它将模块式和一体式PLC的优点结合起来，即CPU本身自带一部分1/0，同时又具有扩展能力。编程软件STEP7-Micro为用户提供了界面友好而功能强大的开发工具。其配套EEPROM存储卡也使修改和调
3、试程序、设备维护十分方便和可靠。CPU214S7-200系列PLC中的典型产品，其基本单元有14点输入和10点输出，最多可支持7个附加的扩展I/O模块(包括模拟量模块)，最多可使用64个I/0点，有1个可接收2kHz脉冲输入的高速计数器以与2个可接收7kHz脉冲输入的高速计器，有藏的实时日历时钟。本文主要介绍了S7-224PLC的高速计数器对井下气体与温度、风速信号等进行采集。关键词：煤矿；PLC；安全监控；高速计数器目 录摘要IAbstractII目录IV1 概述11.1 我全监控发展现状11.2 煤矿安全生产监测工作的意义11.2.1煤矿安全监测工作的必要性21.2.2传统检测活动的局限性
4、21.2.3 安全监测工作的任务31.2.4安全监测技术发展前景31.3 我国煤矿安全监控系统的发展41.4 目前存在问题51.4.1 通信协议不规51.4.2井下信息传输设备物理接口协议不规51.4.3 传感器等质量不过关51.4.3现场管理和维护水平有待于加强62系统的整体基本状况72.1 井下分站在煤矿安全监控系统中的作用72.2 设计要求与特点72.2.1 监测信号种类72.2.2 控制容72.2.3 设计要求72.2.4 设计特点72.3 系统构成82.4 系统中心站82.5 局域网络92.6 井下分站功能92.7 系统配接的各种传感器控制器92.8 技术参数102.8.1 分站容量
5、102.8.2检测精度102.8.3通信数据传输率102.8.4其他电性能参数102.8.5工作环境102.9 系统特点102.9.1 PLC控制系统112.9.2 可编程序控制器(PLC)与其结构112.9.3 PLC的特点与发展132.10 CPU-224132.10.1 西门子S7-200D的简介142.10.2 S7-200系列的PLC的通信162.11 井下分站常见故障与其处理方法162.12 系抗干扰措施162.12.1 传输系统抗干扰措施162.12.2 分站与传感器抗干扰措施162.13 井下分站配接设备表163 硬件电路设计193.1 系统框图193.2 PLC系统硬件设计电
6、路原理19S7-224203.3 控制系统与外围系统错误！未定义书签。3.3.1频率选通模块203.3.2 分站箱外部插头座213.3.3电源箱的设计223.3.4 分站系统显示模块硬件电路224 系统软件流程图244.1系统主程序流程图244.2 检测子程序流程图254.2.1 子程序1流程图254.2.2 模拟检测量检测子程序2274.2.3 数字待测量检测子程序3284.2.4 频率计数子程序4294.3 通讯程序设计305 结论与展望34参考文献35致36 / 1 概 述1.1 我全监控发展现状我国监测监控技术应用较晚，80年代初，从波兰、法国、德国、英国和美国等（如DAN6400、T
7、F200、MINOS和Senturion-200）引进了一批安全监控系统，装备了部分煤矿；在引进的同时，通过消化、吸收并结合我国煤矿的实际情况，先后研制出KJ2、KJ4、KJ8、KJ10、KJ13、KJ19、KJ38、KJ66、KJ75、KJ80、KJ92等监控系统，在我国煤矿已大量使用。实践表明，安全监控系统为煤矿安全生产和管理起到了十分重要的作用，各局矿已作为一项重大安全装备。由于当时相当一部分监控系统由于技术水平低、功能和扩展性能差、现场维修维护和技术服务跟不上等原因，或者已淘汰、或者停产。因此造成相当一部分矿井无法继续正常使用已装备的系统。特别是近年来由于老系统服务年限将至，已无继续维
8、修维护的必要，系统面临更新改造的机遇。 随着电子技术、计算机软硬件技术的迅猛发展和企业自身发展的需要，国各主要科研单位和生产厂家又相继推出了KJ90、KJ95、KJ101、KJF2000、KJ4/KJ2000和KJG2000等监控系统，以与MSNM、WEBGIS等煤矿安全综合化和数字化网络监测管理系统。同时，在“以风定产，先抽后采，监测监控”十二字方针和煤矿安全规程有关条款指导下，规定了我国各大、中、小煤矿的高瓦斯或瓦斯突出矿井必须装备矿井监测监控系统。因此，大大小小的系统生产厂家如雨后春笋般的不断出现，为用户提供了更多的选择机会、也促进了各厂家在市场竞争条件下不断提高产品质量和服务意识。 自
9、2000年以来，随着国家对煤矿企业安全生产要求的不断提高和企业自身发展的需要，我国各大、中、小煤矿陆续在装备矿井监测监控系统。系统的装备大大提高了矿井安全生产水平和安全生产管理效率，同时也为该技术的正确选择、使用、维护和企业安全生产信息化管理提出了更高的要求。1.2 煤矿安全生产监测工作的意义加强劳动保护，实现安全生产，是党和国家的一贯方针，是社会主义企业管理的一项基本原则。煤矿自然灾害较多，每个矿井都有发生冒顶，瓦斯爆炸的危险，一定数量的矿井还存在有煤与瓦斯突出，自然发火，煤尘爆炸，水患等自然灾害的威胁；另外机电运输事故，也严重地影响着矿井的安全生产。从根本上改善煤矿安全生产状况，是关系煤炭
10、工业发展的大事，是保障煤炭工业持续，稳定，健康发展的重要前提。为了贯彻落实安全第一的方针，除了加强管理和安全技术培训外，安全监测工作现代化也是 加强安全工作的重要物质技术保证。它是防止各类事故发生，实现煤矿管理现代化的必要手段，也是一项不容忽视的安全技术基础工作。1.2.1煤矿安全监测工作的必要性 1）井安全生产的重要保证条件煤矿井下生产工艺流程复杂，作业环境条件特殊；机器设备的数量，品种繁多，各生产环节需要相互衔接和紧密配合。这些客观实际因素，使井下发生灾变事故的几率一直高于其它行业，事故发生的随即性也很强。为确保矿井安全生产，必须全面，系统地掌握作业环境和机器设备的工作状况，以实现有效控制
11、。因此，矿井安全生产必须首先作好测试与监控工作。2) 煤矿管理现代化的重要技术手段现代化矿井，必然有现代化的机器设备，作业方法和工艺系统。为了有效地发挥现代化装备的效能，就必须建立相应的安全生产监测体系。3) 煤炭生产发展的需要随着煤炭生产的发展，煤炭产量和机械化程度不断提高，井型越来越大，开采深度日益增加。这样，多数矿井瓦斯涌出量增加，环境温度不断上升，通风网络日益复杂；一些有自然发火危险的矿井，火灾威胁日趋严重。此外，机电运输环节增多，机电运输事故也大大上升。各种事故因素也伴随生产的发展而复杂化，因而，必须采取相应的对策加以控制和预防。安全监测工作就是预防事故发生的前提，是为各项安全防御措
12、施提供决策数据的必要手段，所以，安全监测工作现代化是煤炭生产发展的需要。1.2.2传统检测活动的局限性多年来，矿井安全检测工作的传统作法是依靠少量的简单仪器，由少数检测人员进行间断地，孤立地检查个别作业环境参数，主要是检查瓦斯。这种做法有很大的局限性。1) 主观性。选择检测时间和检测地点时，主要依靠检测人员的自身素质和以往的经验，因而，存在较大的主观随意性。2) 间断性。检测手段主要依靠携带是仪器或仪表，随检测人员流动，因而，所检测的数据是间断的，无法反映参数的动态变化。3) 单一性。因为检测手段过于简单，一般只限单一参数，不能实现多参数同时监测，所以，无法全面反映各测点的实际情况。4) 滞后
13、性。由于信息反馈手段大多靠表报，面对面汇报或通讯，使信息的处理，传输，控制和调整，在时间上远远落后于参数的实际变化，无法实现实时监控与调整。 由于传统监测的局限性，无法适应现代化生产的需要，就迫使人们不断研制新型监测装备。目前，时间上各主要产煤国都十分重视矿井监测技术的发展，并已形成了各自的监测装备体系。 我国在矿井监测技术装备的研制方面，已具有相当的规模和水平，无论是便携式，固定式和系统式监测仪器，均已广泛应用于各大，中，小型矿井中。1.2.3 安全监测工作的任务1) 提供信息。它为各级生产指挥和业务部门提供安全状况和工作状况动态信息，以便指挥生产。2) 探测和预报灾害事故。通过被测参数的比
14、较和分析，为预防灾害事故提供重要技术数据，以便提前采取预防措施。3) 制止灾害事故发生。通过对测试参数适时有效控制，与时实现自动报警，断电和 闭锁，以制止事故的发生或扩大。4) 设施的自动调控。通过对生产工艺活动的饿动态监测分析，实现各种设施的自动调控，如：通风网络系统调控，运输系统调控等。为救灾提供决策信息。在发生事故的情况下，能与时指示最佳救灾和避灾路线，为抢救和疏散人员，器材提供决策信息。1.2.4安全监测技术发展前景1) 安全监测系统应具备的主要功能其主要功能有：A 图形与数据显示；B 打印记录；C 报警，断电和闭锁；D 被测参数发展趋势的比较和预测；E 数据长期存储；F 反馈指令和自
15、动调控。2) 发展前景可实现：A 全面地系统监测；B 多参数连续的动态监测；C 预测发展趋势，力争达到超前调整与控制；D 实时检测与控制，使功能动作时间与参数实际发生时间的时差，趋近于零；E 矿井生产全面自动化。一个现代化矿井，其监测手段必须现代化，可以说，安全监测工作现代化是实现矿井生产现代化的基础之一。所以，安全监测技术的发展与普遍应用，对煤炭事业的发展具有重大的意义。1.3 我国煤矿安全监控系统的发展矿井安全监控系统是以矿山井上，井下各主要生产和辅助生产环节的作业环境条件和作业状况为监控对象，并以各种类型传感器为参数数据收集元件，以数字信息处理为技术基础，用计算机进行信息处理的.一种实现分散和集中监测，控制的自动化系统。它是矿山实现遥测，遥讯，遥控和全面自动化的一个与其重要的组成部分。 目前，安全监测系统主要侧重与环境参数的集中监测，如:检测氧，甲烷(沼气)，一氧化碳，烟尘，温度与通讯网络参数等，同时.部分设备的工况监测也开始纳入矿井安全监测系统之中。本世纪70年代末国际上开始应用矿井监测系统，进入80年代初期，日本，美国，波兰，法国，德国等国家先后研制并使用了十余种安全监测系统，在
