矿井通风机系统设计论文

摘要：针对当前矿井通风机监控系统集成化和智能化程度不高的现状，为保证通风机的安全、稳定、高效运行，设计了一种基于PLC和组态软件的通风机监控系统。今天小编为大家推荐《矿井通风机系统设计论文(精选3篇)》，仅供参考，大家一起来看看吧。

矿井通风机系统设计论文 篇1：

矿井通风机系统的构成及主要参数的监测系统设计

摘 要：矿井主通风机主要担负着整个矿井或矿井某一区域的通风任务，由于主通风机需要保持长期持续的运转状态，如果出现问题直接影响煤矿的安全，所以，必须通过对风机、温度、振动参数等各种参数采集与监测以达到控制风机正常运转的目的，主要包括根据实际情况对风机的选型、温度传感器的选择、风量的监测方法和风机振动情况的监测等。

关键词：风机 参数 监测

1 矿井通风系统的基本构成

该系统的主通风机有两台，它们之间没有主次之分，两台通风机轮流使用，这样就能够保证一旦主通风机出现故障时，这个通风机系统不至于瘫痪，既能使设备得到及时的保养，又能使系统可靠运行，这种结构就是双冗余结构。风压、温度、瓦斯浓度等数据是该系统控制的重要依据。

该系统主要由两部分构成，即上位机系统和下位机系统。西门子公司WinCC组态软件是上位机系统的控制软件。西门子s7-300作为下位机的处理核心，负责完成各种任务，如数据采集、数据输出和控制算法等，适用于大量的信息处理和高实时性的煤矿通风机监控系统。其中有4个变频器，主要作用是接受指令，调节风机旋转频率，达到控制目的；6个EM277扩展模块，主要作用是将数字量转化为模拟量的模拟量输入模块；两个风压传感器，主要作用是测量矿井下风量的大小；两个温度传感器，主要作用是测量电机的轴承温度和整个运行环境的温度；两个瓦斯传感器，监测巷道内的瓦斯浓度。

2 矿井主通风机的选择

2.1 按气体流动方向的不同，通风机的分类

（1）离心式风机：空气流入风机叶轮，离心力使其被轴向压缩，然后径向流动。

（2）轴流式风机：气体沿着主承轴进入到叶片通道，在旋转的过程中，形成圆柱形的气流，气体在其上面流动。

（3）混流式风机：气体在进入叶道时，不与主轴平行，而是有一定角度，这样在旋转式就形成锥形气流。

（4）横流式风机：气体以垂直于主轴的方向进入叶道，旋转时气体受到叶片作用产生压力。

对于我国的大中型矿井来说，采用较多的还是轴流式通风机，主要是原因是该系列风机具有结构简单，稳固可靠、噪声小和功能选择范围广等特点。

2.2 对旋式轴流风机具有的优缺点为：

（1）传动的效率十分高。

（2）对旋轴流式风机最高压力点值较高。

（3）静压力的效率高。

（4）对旋式轴流风机能够逆向送风。

2.3 矿井主通风机的有关参数的计算和处理

2.3.1 风量

通风机风量就是在单位时间内，气体流入通风机的体积。

2.3.2 风压

在通风机系统中，风压就是单位体积内，空气所具有的势能。风压可分为全压、动压和静压。

2.4 风机的特性曲线

随着通风机内气体流量的变化，通风的效率、风压和轴功率也发生变化，它们之间存在一定的关联。由此得到的曲线就是通风机的特性曲线（图1）。

3 矿井主通风机主要传感器的选择

能够确保煤矿生产一直处于一个安全稳定的条件下，即风机运行过程中的，必须实时监测，主要包括风机的后轴承温度、负压的大小、风速的大小等。

3.1 温度传感器

在整个煤矿通风机监测系统中，对温度的监测是其中一项参数指标。铂热电阻是热电阻中应用比较广泛的，它在复杂环境下和高温状态下工作稳定，铂热电阻制成标准温度的基准仪，其温度测量区间在-200 ℃～+600 ℃。Ptl00是该系统选用的温度传感器。

通风机电机运行时的轴承温度，它的实时数据也是必须采集的一种参数。整个温度数据采集的过程，先由温度传感器测量温度，将采集来的数据转化成可传输的信号，经过信号整定，再将模拟量转化为数据量，最后传给PLC。

3.2 风机振动参数的测量

在风机运行过程中产生振动，如果振动轻微，不会对系统产生影响。但振动的幅度太大或者振动不规律，就可能造成风机停机或损坏。在测量振动时，要选取合理的测量量，如振动位移、振动加速度和振动速度等。

根据系统的要求，选取风机主轴承的振动速度作为反映测量振动参数好坏的依据。振动速度快则噪音大，振动速度慢则噪音小。在通风机监控系统中，对风机主轴承振动的测量，分为水平和垂直振动两种。

通过历史使用经验法可以知道，如果用振动位移作为测量参量，就应该使用电涡流式传感器；如果用振动速度作为测量参量，就应该使用速度式传感器；如果用振动加速度值作为测量参量，就应该使用加速度式传感器。

3.3 风机风量的测量

风量是监测通风机运行状况好坏的一个重要指标。要测量风量主要有两个途径，一个是通过风速来测量风量，另一个是通过测压管来测量风量。

3.3.1 风速监测风量

通过测量风速的大小来确定风量的大小，所以要得到风量的测量值，只要测量出风速的大小就可以了，这样就需要使用风速传感器。

在矿井中需要测量风速的地方主要有：通风机的井口、每一个巷道和各种风口等处。这些地方的风速大小都是通过GFWl5风速传感器测量出来的，最后通过这些测量数据来计算风量的大小，调整矿井通风机的运行状态，保证矿井的安全。

3.3.2 测压管监测风量

应用测压管监测风量，其原理是只要能够测出管内一点的动压值，根据下面的计算公式就能够算出这一点的风速。这是一种十分简便可行的方法。

计算公式如下：

4 結语

该文主要介绍了矿井主通风机的主要结构特点，通过对通风机性能特性的比较，选择了对旋式轴流通风机作为该系统的矿井主通风机。该文还详细了介绍了实时监测方法的特点和功能，分析了矿井主通风机的各种实时运行参数的监测方法，选取合理的传感器构成整个风机系统。

参考文献

[1] 安赛，林柏泉.主要通风机远程监测系统的设计[J].工矿自动化，2012（1）：4-7.

[2] 张红.热电偶测温系统误差剖析及处理对策[J].安徽工程科技学院学报：自然科学版，2010（2）：63-66.

作者：丛高影

矿井通风机系统设计论文 篇2：

基于PLC和组态软件的通风机监控系统设计

摘要：针对当前矿井通风机监控系统集成化和智能化程度不高的现状，为保证通风机的安全、稳定、高效运行，设计了一种基于PLC和组态软件的通风机监控系统。该系统利用西门子S7-300 PLC，结合相应传感器，实现对流量、风压、振动等参数的实时监测，并通过组态王软件实现数据的远程集中监测与控制，大大提升了系统运行的稳定性，提高了系统的自动化程度，具有广阔的应用前景。

关键词：矿井通风机;PLC;组态软件;监控

0 引言

矿井通风机在煤矿井下起着至关重要的作用，类似于矿井生产系统的“肺”，其主要功能是持续不断地为煤矿输送新鲜空气，从而保证矿下工作人员的正常呼吸，并改善矿下环境，稀释矿下瓦斯浓度，使瓦斯浓度维持在安全范围内。矿井通风机能否安全、稳定运行是能否保证煤矿企业安全、稳定生产的基本保证，一旦通风设备发生故障，将会给矿下生产带来安全隐患。因此，实现对矿井通风机的在线监测显得尤为重要。

矿井通风机的主要监测对象包括风量、气体流量、振动、运行温度、电压、电流等参数。通过对以上数据的实时采集，并传送到远程的上位机，实现对矿井通风机的实时监测，从而保证通风机能够长期安全稳定运行，防止危险事故的发生。但是由于矿井通风机硬件及自动化技术、智能化程度落后，因此运行时仍然需要专业人员定期进行巡检，不能保证实时性和智能性。本文针对当前矿井通风系统和煤矿安全生产的实际需要，为了及时监测矿井通风机的运行状态，设计了一种基于PLC和组态软件的通风机在线监测系统。

1 系统总体方案设计

本系统采用西门子S7-300 PLC作为系统的主控制器，采用冗余设计思想进行系统设计与优化。为提高系统的安全性与稳定性，采用一用一备形式的双控制系统，正常运行时两个系统互不干扰，能够通过S7-300 PLC独立实现数据采集、传输与反馈等功能。当系统正常运行时，主CPU工作，实现对系统运行的监测与控制，备用CPU处于休眠准备状态，当主CPU发生故障时，备用CPU迅速切换，进行实时监测与控制。

采用冗余设计思想能够确保通风机的正常运行与监测，需要两台通风机一用一备，交替运行。矿井通风机对控制器的稳定性和兼容性要求较高，因此将S7-300 PLC作为主控制器，并通过工业以太网实现数据传输。上位机通过北京亚控公司的组态王软件实现，通过工业以太网实现控制中心和监控主站上位机的实时通信，实时获取风量、气体流量、振动、运行温度、电压、电流等参数。系统默认处于自动运行状态，当发生故障时，可切换调整为手动状态，方便及时发现与处理问题。系统整体设计方案如图1所示。

2 系统硬件设计

系统硬件主要包含S7-300 PLC和各类系统监测用传感器。结合系统监测的实际需要，选取合适的风量与负压传感器、温度巡检仪、振动传感器和电参数模块等，另外为了保证参数的实时采集与转换，仍然需要应用开关量采集模块（EDA9050）和模拟量采集模块（EDA9015）。

负压和风量传感器选用矿用防爆型，供电电压为24 V，输出信号为4～20 mA的标准电流，数据传输采用两线制，通过电源线和信号线构建回路，通过压差实现风量计算。

温度巡检仪则是通过配备热敏电阻Pt100，实现对电机定子温度与轴承温度的实时获取，并且保证任何一路都可通过温度探头采集并获取相应信号。

振动传感器用于获取风道振动程度参数，分别从风筒的垂直轴线和水平轴线进行安装，并通过变送器转换为4～20 mA的电流信号。

电参数是通过电流互感器和电压互感器获取相应的电流、电压信号数据，将相关信号转换为4～20 mA的标准电流信号。

系统选用的传感器型号及参数如表1所示。

PLC根据实际系统要求，选用西门子S7-300 CPU315-2DP，该模块包含64K字节存储空间，I/O可扩展至1 024点，带1个Profibus-DP接口;电源模块选用PS307-1B，可提供DC24 V/2 A电源;为了保证能够处理温度巡检仪采集的信号，需要配置CP340-1C，RS422/RS485接口;为了保证工业以太网的信息传输，配置了CP343-1通信模块。

3 系统软件设计

3.1    PLC程序设计

系統工作时，首先对系统进行初始化，根据情况选择运行模式，然后PLC对各类运行参数进行采集，并与设定阈值进行比较，若超限则报警，与此同时，实时与上位机组态软件进行数据交换。

3.2    上位机软件设计

系统上位机软件采用北京亚控公司的组态王软件，该组态软件使用方便，并提供常用的PLC及智能器件的驱动。系统选择符合实际要求的工控机作为上位机，将现场控制器S7-300 PLC作为下位机，两者可通过工业以太网实现数据交换。组态王对PLC获取并传输的数据进行处理，对监控现场的风机风量、气体流量、振动、运行温度、电压、电流等参数进行实时采集并处理，同时具有画面直接显示、动画显示、实时曲线显示、报警界面和各类报表打印等功能，通过多种方式解决通风机运行监控系统的各类问题。

4 结语

基于PLC和组态软件的通风机监控系统，实现了对井下通风机的远程集中控制，大大提高了风机运行的自动化和智能化程度，从而保障通风机的安全、稳定、高效运行，降低了矿下安全事故的发生概率。该系统通过现场PLC及传感器，实现对现场通风机运行数据的采集，上位机组态软件实现对现场获取数据的显示、处理及存储，实现对矿井通风机的集中监控。运行结果表明，该系统可较好地实现对通风机的监控，具有良好的应用和推广价值。

[参考文献]

[1] 霍海波.PLC控制技术通风机在线监控系统应用探讨[J].电脑知识与技术，2020，16（2）：236-237.

[2] 王晓阳.基于PLC的矿井通风机在线监控技术研究[J].水力采煤与管道运输，2019（4）：84-86.

[3] 张红利.基于PLC软冗余的通风机监控系统的研究[J].西部探矿工程，2019（9）：171-173.

[4] 张文杰.基于PLC的煤矿通风机监控系统研究[J].机电工程技术，2019，48（8）：74-75.

[5] 张志江.基于PLC控制的矿用通风机监控系统改进研究[J].矿业装备，2019（4）：76-77.

[6] 乔江波.基于PLC的煤矿通风机在线监控系统研究[J].机电工程技术，2019，48（6）：174-175.

[7] 张彪.基于PLC的煤矿主要通风机监控系统研究[J].当代化工研究，2019（5）：127-128.

[8] 梁凯.基于PLC和LabVIEW的矿井通风机监控系统设计[J].机械管理开发，2018（9）：262-264.

收稿日期：2020-05-26

作者简介：底伟（1971—），男，河北新乐人，工程师，研究方向：电气控制。

作者：底伟

矿井通风机系统设计论文 篇3：

矿井主通风机自动化控制系统的研究

摘 要：矿井的通风机是用来交换矿井中与矿井外空气的，并向矿井中输送新鲜的空气，排除有害的气体，这样矿井的安全生产才能得到保证。但是国内外的通风机都是靠人工对其进行监测，由于人工难免出现失误，所以研究如何把自动化的技术应用于通风机中是十分必要的。

关键词：矿井；主通风机；自动化；控制系统

1自动化控制技术原理

煤矿主通风机自动化控制系统主要由传感器系统、通风系统和中央控制系统三大部分组成。传感器系统包括风压传感器、风量传感器、温度传感器、有毒气体浓度传感器、分量调节单元等传感器组成，传感器在信号传输的过程中可以采用时分制和频分制两种不同的方式。在煤矿上可以通过改变风门的角度来调节通风机的风量，风门开度的大小通过地面控制室来控制。通风系统还可以通过变频器改变通风机电机的转速来实现矿井内风速和风量的自动调节。在国外还可以通过传感器对矿井内局部温度或者气体浓度的检测来控制局部通风机的运转。中央控制系统则是采用微型计算机完成对监控站的数据进行采集和整理，并根据矿井的需要动态控制通风量。计算机具有接口多，扩展能力强等一系列优点，在煤矿风机的自动化控制过程中具有反映速度快，控制精度高的特点。

2矿井主通风机工作原理

2.1轴流式通风机

一般是由流线体、扩散筒、叶轮、集流器、传动部件和机壳等部分组成，叶轮是风机的主要部件，叶片数目一般为2～24，均匀分布在轮毂上，叶片安装角通常控制在10°～45°，并随着叶片数量的增多风压逐渐升高；轴流式通风机采用钢板焊接或铆接，动力机驱动叶轮通常是在圆筒形机壳内不断旋转，从而使气体从集流器进入，叶轮能量一般是从速度和压力的提高中获得，最后沿轴向排出。

2.2离心式通风机

离心式通风机组成部分包括机壳、叶轮，小型通风机的叶轮一般会安装到电动机上，而对于中、大型通风机一般需要借助联轴器或皮带与电动机相连。通常情况下，离心式通风机一般单侧进气，选择单级叶轮子。如果流量比较大时，会选择双侧进气。离心式通风机的工作原理是借助传动装置来带动叶轮持续性旋转，叶片流道间的空气会在叶片旋转过程中获得离心力，然后通过叶端被抛出叶轮，最终进入机壳。在一定的压差作用下，进风口的风流自叶根流入叶道，在叶端流出，从而形成连续的流动。

3通风机主系统自动化控制的方式

3.1开关的相应指令

这种方式采用的是继电器节点与PLC连接在一起，从而获取运行状态。通过获得控制变频器进行活动的数据对电机的启停进行控制，同时变频器输出频率改变也是很重要的因素。同时因为变频器的输出频率事先就是设定好的，均为固定的数值，无法对异步电机进行控制，而这种方式仅仅适用于不需要电机进行连续变换速度的场合。

3.2模拟量的控制方式

变频器的输入信号是不相同的，分为数字信号以及模拟信号两种，并且模式信号可以通过A/D模块进行转换从而输出0～10V的电压或者是4～20mA的电流。将信号传输到变频器的输入端，再对控制器的频率控制使得其成为模拟数据的控制方式。这种方式也有它自身的缺点，它只能在PLC与变频器距离较近的情况之下使用，因而不适应矿井的通风系统的要求。

4系统具有的功能以及运行方式

4.1系统的功能

第一个功能是可以对通风机运行状态的特性以及运行过程中所产生的参数进行显示，同时应用监控模拟系统相应的工作的界面。第二个功能是当发生故障时要进行分辨是故障报警还是因为停电故障，同时发生指令，在警报故障之后还应该对故障进行记录，以便以后使用。第三个功能是有着现在的运行时的参数和历史的运行参数的相应的记录，并且提供打印的功能，在发生故障的时候可以自己自动地打印故障原因的记录。第四个功能是有两种方式对机器进行开关机的行为，即为可以手动也可以自动进行开关机，高压柜和励磁柜还能够被遥控。第五个功能是风道的风门在开机后可自动进行倒换的行为。第六个功能是在进行在线巡查的时候能正确显示各个倒机风门绞车、反风风门绞车的运行的情况。第七个功能是依靠自身判断励磁电流和励磁点烟是否準确，在出现开车指示的时候，可以进行手动或者是自动的开车行为。第八个功能是系统具有强大的自控功能，如果现在运行的风机出现了相应的故障，备用的风机能够在10s之内就启动起来。第九个功能是自动控制系统具有远程网络的接口，可以通过因特网直接连接到煤矿控制中心，远程监测以及控制功能就此实现。

4.2系统的运行方式

本系统可以采用的运行方式分为以下三种。第一种是就地控制方式，可以在现场利用触摸屏进行相应的操作，这种方式因为其具有很好的稳定性，所以它是最可靠的运行的方式。第二种是远程控制方式，这种方式可以在另外一个地方对电机进行遥控，但是这种方式受到线路的影响，在反应时间上比上一种方式要慢，但是系统稳定性好，若采用的电线是光缆的电线来进行信息的传递，是可以保证风机的正常运行的。第三种是自动控制方式，这种方式从本质上来说也是远程控制的一种，但是这种方式是在无人操作的情况之下，而且在PLC技术所监控的通风机是具有自动运行的能力的。在这种方式下，若是风机出现了故障，就能够自动对其发出停止的指令，并且启用备用的风机，是一种很方便的操作方式。

5结论

通风系统在煤矿生产中占有重要的地位，通风系统设计的好坏直接影响了矿井承受灾害的能力以及相应的经济效益。把自动化的技术应用到矿井通风系统中，可以对矿井的温度以及湿度和有毒的气体进行检测，调控通风机的风量与风的压强，实现了对于风的调控，从而保障了矿井安全。

参考文献：

[1]李健波.矿井主通风机自动化控制系统的研究[J].科技传播，2014，04：78+82.

[2]李贺.矿井主通风机自动化与信息化改造[J].矿山机械，2008，15：30-32.

[3]王利华，王小松，魏广金.矿井主通风机自动监控系统的设计[J].工矿自动化，2010，12：95-99.

[4]廖丽，李翠华.我国矿井主通风机设备的现状及发展[J].煤炭工程，2004，09：71-73.

作者：何光建