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煤矿压风机远程自动化控制系统的研究与应用【摘要】本文主要围绕煤矿压风机远程自动化控制系统展开研究与应用。
在介绍了该系统的重要性、研究背景以及研究意义。
在详细讨论了系统的基本原理、应用现状分析、关键技术探讨、案例分析以及性能评价与优化。
最后在提出了系统未来发展的方向，总结了研究成果，并展望了未来研究的方向。
通过本文的研究，可以更好地了解煤矿压风机远程自动化控制系统的运行原理和优化方向，为矿山生产提供更高效、更安全的控制技术支持，具有重要的实践意义和推广价值。
【关键词】煤矿压风机、远程自动化控制系统、研究、应用、基本原理、现状分析、关键技术、案例分析、性能评价、优化、未来发展方向、结论总结、展望1. 引言1.1 煤矿压风机远程自动化控制系统的重要性煤矿压风机作为煤矿生产中不可或缺的设备，其正常运行直接关系到矿井的生产效率和安全性。
而远程自动化控制系统作为当今科技发展的一项重要成果，为煤矿压风机的运行管理提供了更加智能和便捷的方式。
煤矿压风机远程自动化控制系统的重要性不言而喻。
远程自动化控制系统可以实现对煤矿压风机的实时监测和控制，及时捕捉设备运行状态和参数变化，保障设备正常运行。
通过远程控制系统，工作人员可以远程操作设备，减少人员直接接触设备的风险，提高工作安全性。
远程自动化控制系统可以实现设备的智能调度和优化运行，提高生产效率和降低能耗成本。
系统还可以提供数据分析和预测功能，帮助管理人员做出科学决策，优化生产流程。
煤矿压风机远程自动化控制系统的引入不仅可以提升煤矿生产效率，降低人力成本，还可以提高安全性和稳定性，对于现代化煤矿的发展起到重要作用。
1.2 研究背景煤矿压风机在煤矿生产中起着至关重要的作用，它负责为地下煤矿提供所需的新鲜空气。
随着煤矿深入开采和生产规模的扩大，对压风机的控制要求也越来越高。
传统的手动控制方式已经无法满足生产的需要，因此远程自动化控制系统应运而生。
研究表明，采用远程自动化控制系统可以大大提高煤矿压风机的运行效率和安全性。
矿井压风系统的自动化监控的改造及应用摘要：采用PLC控制技术，结合先进的传感器检测技术，智能配电柜等，使得压风机房达到无人值守远方智能监控的目的，从而节省人工，提高系统的运行效率。
关键词：矿井压风自动化监控煤矿1前言随着国家对煤矿“六大系统”的完善，压风自救系统是煤矿“六大系统”之一，所以压风系统由原来的生产元素向安全元素方面倾斜，是矿井安全自救的一个重要环节，随着PLC在煤矿系统的应用，压风自动化的监控系统也逐渐应用于压风系统中。
采用PLC控制技术，结合先进的传感器检测技术，智能配电柜等，使得压风机房达到无人值守远方智能监控的目的，从而节省人工，提高系统的运行效率。
2自动化系统的总体设计方案2.1自动化方案东欢坨压风风机房共安装5台螺杆式压风机，3台工作，2台备用。
压风机型号为LU250W-8.5，功率为220kw，采用变频调速启动，利用一趟Φ273的管路向井下供风，工作压力为0.7MPa，冷却方式采用水冷方式所有空压机的冷却水都经过回流进入集水池，经过冷却后由供水循环泵供给工作的空压机。
循环水泵，两用两备，若一台水泵故障后自动切换到另一台循环泵。
增加无人监控系统后可实现在上位机对5台空压机进行基于管道压力的优化循环运行控制、空压机及变频器的运行参数远程监视、运行参数无纸化记录、空压机冷却水潜水泵的控制及监视、空压机房的整体情况视频监控等等。
2.2系统设备及组成（1）通讯线路压风机和视频监控摄像头以太网口接光网交换机，在调度中心用光网交换机转化为以太网信号，接入路由器，然后接入工控机网卡。
监控系统单路线路结构（2）PLC及传感器为了达到自动化远方监控的目的，需增加的传感器包括温度传感器、压力传感器、液位传感器。
温度传感器用来检测回水池温度以及空压机风包温度，压力传感器用来检测冷却水供水压力，气体流量用来检测每台空压机的供气量。
温度传感器采用精度较高的Pt1000；液位传感器采用一体投入式，直接投入水池；压力传感器直接通过螺纹连接到供水管道。
风机在线监测系统设计方案XXXXXXX有限公司一、系统设计参照标准本系统设计依据煤矿风井主扇风机现场实际情况制定；振动状态监测部分参照GB/T 19873.1-2005/ISO 13373-1:2002《机器状态监测与诊断振动状态监测》；有关电气装置的实施参照GB50255-96《电气装置安装工程施工及验收规范》；有关自动化仪表实施参照GB50093-2002《自动化仪表工程施工及验收规范》及DLJ 279-90《电力建设施工及验收技术规范》（热工仪表及控制装置篇）；风机性能测试满足GB/T1236-2000《工业通风机用标准化风道进行性能试验》和MT421(煤炭行业标准)“煤矿用主通风机现场性能参数测定方法“。
二、系统设计的主要内容2．1系统概况根据煤矿企业的生产特点，风井两台主扇风机是全矿生产中的特大型重要负荷关键设备。
它的正常运行是矿井得以连续安全生产的最根本保证。
主通风机经常由于超负荷运转、设备累计运行时间过长和安装质量等问题而发生很多故障，风机系统在运行中存在着多种故障,它们是隐性的,不可预测的，对生产存在严重的威胁。
这些存在的故障隐患,严重影响到全矿运行的经济性和安全性。
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX的"风机在线故障监控系统"充分利用传感器检测,信号处理,计算机技术,数据通讯技术和风机的有关技术, 全面地对矿井总回风中的风压（负压、静压、动压、全压及其效率）、风速、风量、瓦斯浓度、出口气体温度、主通风机前后轴承温度、运行状态、正反转状态、电机定子温度和轴承温度等通风机性能参数，主通风机设备振动位移、速度、加速度、振动主频、频率分量及其烈度等振动参数，电机三相电压、电流、有功无功电度、有功无功功率、总有功功率、总无功功率视在功率、功率因数、频率等电量参数进行实时在线监测，在机组的运行过程中,判别机组性能劣化趋势,使运行,维护,管理人员心中有数。
系统具有数据窗口显示和存储报表打印、趋势曲线显示、越限声光报警和历史报警摘要显示查询、工况点合理范围分析、风产分析、设备故障诊断和手自动控制、报警阀值设定、用户及权限管理、操作记录、日志查询、在线联机帮助、风机房视频监控和数据远距离传输等丰富功能。
编号：（）字号本科生毕业设计（论文）煤矿螺杆式压风机控制系统设计题目：姓名：学号：班级：中国矿业大学本科生毕业设计姓名：学号：学院：专业：设计题目：煤矿螺杆式压风机控制系统设计专题：指导教师：职称：2010年6月徐州中国矿业大学毕业设计任务书毕业设计题目：煤矿螺杆式压风机控制系统设计毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要求：1 掌握矿井螺杆式压风机的运行工艺和控制方法；2 设计一种应用PLC作为控制器的螺杆式压风机监控系统；3 掌握所用传感器的工作原理及使用方法；4 设计系统原理图；5 用PLC语言编制控制系统软件；6 翻译电气自动化方面专业外文资料约3000字。
院长签字：指导教师签字：中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：指导教师签字：年月日中国矿业大学毕业论文评阅教师评阅书评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；④工作量的大小；⑤取得的主要成果及创新点；⑥写作的规范程度；⑦总体评价及建议成绩；⑧存在问题；⑨是否同意答辩等）：成绩：评阅教师签字：年月日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩摘要空气压缩机(简称空压机)是一种将机械能转变为气体的能量用来给气体增压并输送气体的流体机械。
螺杆式空压机控制方式简单，运行数据显示及时、准确，并且有些还能够根据单台空压机排气压力的变化自动的加载和卸载，大大改善了操作过程。
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控制核心。
设计采用螺杆空压机3台作为核心，另有水泵和冷却塔为压风机提供冷却循环水，三台空压机的加载和卸载控制都是自动完成的，其控制原理是根据总管压力(即三台空压机的总出口压力，它会随着井下用风量的变化而变化的变化依据约定好的排序方式实现三台空压机的轮换加载和卸载，真正实现空压机运行的自动控制。
风机控制箱设计4个监视模块和1个控制器风机控制箱是一种用于控制和监视风机运行的设备，它由四个监视模块和一个控制器组成。
这些模块和控制器相互配合，确保风机的正常运行和安全操作。
下面将详细介绍这四个监视模块和一个控制器的功能和作用。
第一个监视模块是温度监视模块。
它用于监测风机运行时的温度变化。
通过传感器感知到的温度数据，可以及时发现风机运行过程中的过热问题，以避免设备损坏和安全隐患。
控制器会根据温度监视模块的反馈信息，自动调节风机的运行状态，确保温度在安全范围内。
第二个监视模块是压力监视模块。
它用于监测风机运行时的压力变化。
通过传感器感知到的压力数据，可以及时发现风机运行过程中的压力异常，以避免设备过载和损坏。
控制器会根据压力监视模块的反馈信息，自动调节风机的转速和负荷，确保压力在正常范围内。
第三个监视模块是电流监视模块。
它用于监测风机运行时的电流变化。
通过传感器感知到的电流数据，可以及时发现风机运行过程中的电流异常，以避免设备故障和电气火灾。
控制器会根据电流监视模块的反馈信息，自动切断电源或调整电流输出，确保电流在安全范围内。
第四个监视模块是振动监视模块。
它用于监测风机运行时的振动情况。
通过传感器感知到的振动数据，可以及时发现风机运行过程中的振动异常，以避免设备损坏和噪音污染。
控制器会根据振动监视模块的反馈信息，自动调整风机的平衡和轴向位置，确保振动在可接受范围内。
这些监视模块通过控制器进行数据的采集、处理和分析，实现对风机运行状态的监控和控制。
控制器可以根据监视模块的反馈信息，自动调节风机的运行参数，如转速、负荷和电流输出等，以保证风机的安全运行和高效运行。
除了以上四个监视模块，控制器还具有一些额外的功能。
例如，它可以实现风机的远程监控和远程控制，通过网络或无线通信技术，将风机的运行状态传输到远程终端，并可以通过远程终端对风机进行控制和调整。
此外，控制器还可以记录和存储风机的运行数据，以供后续分析和评估使用。
第一章概述
1.1：现场概况
本次设计的课题是平顶山煤业（集团）香山多种经营公司矿用压风机监控系统，其现况如下：
平顶山煤业（集团）香山多种经营公司,位于平顶山市郊香山脚下,是国家中二型企业, 全国100家最大煤炭采选企业之一。
现有固定资产2266.3万元,流动资金1949万元，工业占地16.4万平方米，职工2080人，其中工程技术人员74人，高级职称的30多人，年产值4207万元。
为祖国的煤炭事业做出了较大贡献，煤的正常运行离不开设备的正常运转，矿用压风机是为煤矿的采煤设备提供动力的主要设备之一，它的正常运转关系到煤矿生产的正常安全运行。
香山公司空压机房有四台压风机，它有异步电机、低压缸、高压缸、活塞和风包等主要部分组成，还包括水冷系统和润滑系统两大辅助设备系统，这两个系统的正常运行是保证压风机正常工作的重要条件。
压风机在工作过程中，压缩气体的过程中被压缩的气体会产生大量的热，温度过高会影响压风机的正常运行，甚至损坏压风机。
这就需要通过水冷来降低压风机的高压缸和低压缸的温度，防止温度过高对机器的运行带来的不便。
润滑系统是通过一个注油泵将润滑油送到压风机的机械运动部位，降低机械摩擦，延长机器寿命。
此系统运行的好坏直接关系着压风机能否正常运行。
矿用压风机的工作过程如下：
一：通过往复式活塞将空气压入低压缸，此时的空气还不能满足应用的要求，还要通过进一步的压缩。
二：通过二级压缩，将低压缸的压缩气体送入高压缸，此时的气体将变成高压的气体。
三：经管道送入高压风包，高压的气体就可以直接送给矿上的风动力设备，通过气体压力来带动设备做功。
1.2：存在问题
通过我们对现场的调查，我们知道压风机在运转的过程中应注意对表1-1的一些参数进行监测：
参数正常温度/压力最高温度/压力最低温度/压
力
冷却水进水压力0.2MPa 0.3MPa 0.1MPa
润滑油压力0.2MPa 0.3MPa0.1MPa
低压缸压力0.22MPa 0.7MPa
低压缸温度55℃160℃
高压缸压力0.68MPa 0.7MPa
高压缸温度43℃160℃
1-1
欲使压风机正常运行，上表的检测量就必须不能超出他们各自的限制，因此必须对压风机的各个技术指标进行实时监控，能对这些检测量实时查询、显示、越限报警。
以便工作人员查看记录并做出相应处理。
香山公司现在用的温度、压力检测是以表式检测系统，该系统通过仪表来显示温度、压力值，仪表上设置越限报警值，当温度、压力达到越限值时，仪表的两触点闭合，接通触电器来触发报警装置。
但该系统的显示精度太低，常出现显示不准，甚至有时还会出现仪表失控的现象；还有一点就是仪表太分散，给工作人员查看、记录说据带来很大的不便；有时出现故障不能引起报警或响应，仅凭工人的工作经验去处理，这必然会造成错误，影响压风机的正常运行。
所以，采用压风机监控系统势在必行。
1.3方案初想
通过前两节的介绍分析，我们知道压风机监控的主要监测量是：冷却水进水压力、润滑油压力、低压缸压力、高压缸压力、低压缸温度、高压缸温度；而且要能对这些检测量进行实时查询，便于工作人员记录数据；且当这些参数超出他们各自的范围时，要有报警，以便维修人员及时处理，保证压风机系统的正常工作。
如何实现上述功能呢？
首先，我想到了单片机，单片机控制操作简单，且价格便宜，用单片机完全能满足其要求。
本设计还要用到键盘查询，LED显示，键盘输入、输出显示8279能自动扫描键盘的键值，用8279就不需对键盘扫描进行特意的编程。
本设计是针对平顶山煤业（集团）香山多种经营公司矿用压风机房的现实情况而设计的，此压风机房共四台压风机，每台压风机有六个检测量，设计共有二十四个检测参数。
一般情况下四台压风机是两开两备，有时也可根据需风情况增减压风机开启台数。
这些待测量都是连续变化的模拟量，而单片机处理的是数字量，所以还需用A/D转换器。
ADC0809是八模拟通道，设计用三片ADC0809恰巧满足设计
需要。
还要有个报警装置，本设计采用声光报警，当有被检测量超限制时，单片机给报警电路一个高电平信号，报警电路就发出声光报警。
由于压风机的六个检测量都是变化缓慢的参数，其A/D转换前不必加采样保持器；也不必对这些参数监测的周期那么短，因此在设计中加了一个延时子程序。
第二章：总体方案的确定
2.1 设计要求
1.采用单片机对压风机的温度、压力参数进行检测、显示、超限报警。
2.能对各检测量进行实时查询。
3.在设计时综合考虑其经济性、技术性等性能指标。
2.2 系统方案的选择
2.2.1 单片机的确定
目前，国内矿用压风机的监控系统主要是仪表式检测，在功能和测量精度上都达不到要求。
对本设计来讲，我们希望实现自动化监控，如数据转换、计算、显示等，用单片机都不难实现，所以决定采用单片机构成压风机监控系统来实现上述功能。
随着计算机技术的不断发展微机在自控系统中的应用，使得控制系统的性能更加稳定，精度更高，速度更快，功能更强。
单板机开发应用更加促进了为微机在控制系统的应用，它是控制系统的体积进一步缩小，使用更加方便，而单片机的出现使控制系统的体积更小，功耗更低，扩展更加方便。
单片机技术的应用给现代工业测控技术领域带来了一次新的技术革命，目前，单片机以其高可靠性、高性能价格比，在工业控制系统、数据采集系统，智能化仪表、办公自动化等诸多领域得到广泛的应用。
在一个应用系统中，应用最多的方式是只使用一个单片机。
由于单片机技术在各个领域正得到越来越多的应用，世界上许多集成电路生产厂家相继推出了各种类型的单片机。
单片机分为专用和通用两大类，专用单片机是针对各种特殊场合而专门设计的芯片，其应用范围受到限制；通用单片机适应性强，应用较广泛。
目前流行的通用单片机主要有MCS-48系列、MCS-51系列和MCS-96系列产品。
他们都是由美国INTEL公司于1976年以来陆续推出的产品。
其中MCS-96系列是1983年以后推出的16位新产品，性能较MCS-48系列、MCS-51系列强，价格也高，主要用于要求很高的实时控制。
MCS-48系列、MCS-51系列的单片机是最适合于一般工业控制的8位微机品种，。
