S7-300PLC在压风机监控系统中的应用
摘要：使用S7-300PLC对压风机系统实行数字化监控，从控制系统结构，主要功能特点，软件配置三个方面阐述。
关键词：PLC；压风机
在压风机房承担着矿井的压缩空气生产任务，为煤炭生产过程中提供风动力。某煤矿现有的四台螺杆式压风机，这四台压缩机现在各自独立操作运行，并具有监测本压风机各个运行环节的主要参数作用。在控制供风压力方面各台压风机均以本机的监测为主，这种控制方法在独立供气管道运行时可以使用，但是在多台机器同时并网工作时出现一些不合理的运行状况：在多台压风机设定工作压力一致时，常出现一台或多台连续运行不卸荷，而另一台长期不运行或不加载的状况，同时还会出现多台同时投入加载运行或同时卸载的状况，单纯靠人工开停机也不能很好控制压风机的运行时间均等，很难保证压缩空气的供气质量，也不利于对压风机的维护管理，同时加大了操作维护人员的工作量。对压风机的使用寿命也有很大的影响，为此有必要将多台并网运行的压风机集中控制联网，充分发挥各压风机的性能，使系统在保证供气质量的前提下，实现最大限度的节能与运行时间的均等，延长压风机的使用寿命，有利于压风机的维护。
同时现在压风机的操作显示均为英文显示，显示的运行状态、故障报警信息不直观，不便于现场操作人员的管理操作，维护人员也不便于检修，因此也有必要将现有压风机运行的各种参数、报警故障等提示信息在计算机上集中显示出来，并且采用中文的界面。
同时随着煤矿近年来现代化管理水平的迅速提高，信息化建设的步伐也在不断加快。同时为保障煤炭的安全生产、提高全矿的生产效益，必须保证供气系统的可靠、稳定、合理地运行，及时发现压风机运行系统中存在的隐患；对压风机系统实行数字化监控，为矿各级领导和职能管理部门及时、准确地掌握压风机系统的实时运行状态，对压风机系统实现集中监控具有十分的必要性和重要性，为信息化建设提供较好的建设平台。
根据压风机现有的状况，现对压风机的联网控制提出下列方案。
1、控制系统结构
压风机集中控制系统组成系统图如图1所示，有上位工控机系统、PLC下位机、传感器、触摸屏等组成。
上位工控机系统由工业控制计算机、后备电源(UPS)、打印机等组成；其主要完成压风机远程参数的监控、运行参数设置及其数据处理、查询等功能。
PLC下位机系统：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监控核心。充分利用可编程序控制器能适应各种恶劣现场条件，现场抗干扰能力强的特点，且安装维护方便，其模块化结构，配置相应的通讯接口与各压风机控制器通讯；与上位计算机进行通讯可以采用Profibus或工业以态网；系统配置合理，技术可行，完全可以满足现场使用要求。该部分主要是根据设定的操作方式，实时采集总管空气压力自动控制各台压风机运行及保护功能。
现场传感器实时采集现场物理量信号，并将其转换为标准电信号传送给CPU。
本系统现场使用的传感器较多，如压力、温度、电流、电压、功率、电量等等。为减少传输误差，提高检测精度，均选用带变送器，性能可靠，寿命长，输出标准电流信号4—20mA的传感器，直接采集现场信号，并配以二线制RVVP电缆单独传送，以进一步提高整套系统的可靠性。
压力变送器采用GPT系列变送器，作为一种能够将压力信号直接转换为4—20mA标准电流输出的压力变送单元，其核心传感器采用了经激光烧刻补偿技术制造的扩散硅进口器件，由传感器生成的电信号经过变送电路完成放大、线性修正、温度补偿、电流转换，最终形成与被测压力成正比的4-20mA标准输出。该变送器采用独特的一体化全不锈钢免维护结构，具有良好的密封、散热和抗震、耐腐蚀性能，加上输出传送方式具有长线抗干扰能力，使变送器能够在测量现场恶劣环境下长期在线工作。
2、系统主要功能特点
2.1能够自动采集、显示压风机的各种运行参数，控制压风机运行。
2.2能够根据检测到的信号判断压风机的工作情况，故障时能及时发出报警信号，并根据故障类型停止压风机。
2.3有启动功能、停止功能、正常停车功能、故障停车功能、紧急停车功能、预告功能、保护及故障报警功能
2.4系统通过PLC及控制网络可方便地采集现场设备开/停及故障状态、电机电流等实时数据。
2.5具有多种控制方式
根据设置，该系统可以工作在以下集中方式下：
PLC自动集控方式：
在该模式下PLC根据设定的工作时间和工作压力值、总管当前实时压力值，自动判断当前投入/切除系统中的压风机台数，经特定的运算处理，以便对运行中的压风机进行加载或者卸荷或切除系统、投入系统工作。
就地控制方式
该工作模式为通过就地操作台上的触摸屏按钮或者操作台按钮来独立控制每台压风机的启动或停机。
远程控制方式
在该模式下，通过上位计算机的.操作来控制各压风机系统的运行。系统对操作员有权限管理，有一定的权限的操作员才可以进行远程操作。
2.6实现自动（动态）恒压供风。
当系统在自动集控工作方式时，系统根据设定的供气压力值，自动控制卸荷或加载。当压力值当风压达到设定值时，自动停机（卸荷）；风压降到低值时，自动启动或关闭卸荷阀。
2.7安全可靠地报警保护
每台压风机均可具有：出气压力超限保护、出气超温保护、吸气阻力过大保护、润滑油超温保护、润滑油量不足保护、主电机超载保护、冷却风机超载保护等功能。
3、软件配置、编程
本系统的上位机监控软件工作环境采用Win2000 Pro或WIN xp操作系统，采用组态王组态软件。实现数据的传输、处理，并满足各种画面、曲线、报表打印、自动告警的功能要求。并在软件编程上采取相应的措施，进一步提高系统运行的可靠性。
下位机软件设计主要为PLC监控软件的设计,在本系统中为重要软件设计部分。该系统软件的开发环境为SIEMENS SIMATIC STEP7 V4.0编程软件，用模块式结构程序方式编程，这样既可增强程序的可读性，方便调试和维护工作，又能使数据库结构统一，方便KINGVIEW组态时变量标签的统一编制和设备状态的统一。程序主要分为:通讯子程序、风机控制子程序、数据处理子程序、保护功能处理子程序等。
4、结束语
本控制系统投入运行来，一直稳定可靠，故障率低，维修量小，并具有如下的优点：
①自动化程度高，同时具有多种控制方式, 多种方式互为备用。
②合理的使用4台风机，使其循环工作，在保证有备用的情况下，延长了每台风机的使用寿命。
③设备有完善的故障判断功能，可为操作人员迅速排除故障提供方便。
④系统的输出数据完整，准确，极大的方便了管理。
参考文献：
[1]廖常初，S7-300/400 PLC 应用技术[M]，北京：机械工业出版社，2005
[2]崔坚，西门子工业网络通信指南[M]，北京：机械工业出版社，2004
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