1、本科毕业论文（20 届）井下风机安全分布式监控系统的设计所在学院 专业班级 矿山机电 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 辽宁工程技术大学毕业设计（论文）I摘要随着我国经济的发展，煤矿安全生产日益被重视，保障安全生产成为煤矿的首要任务。煤矿通风系统是保障煤矿安全生产的核心部分，煤矿通风机作为通风系统的核心设备，其工作状态直接煤矿的安全生产。因此，监控通风机的工作状态，可以有效的保障煤矿安全生产。本设计采用 PLC 可编程控制器作为监控系统的控制设备，介绍了 PLC 在煤矿通风系统中的应用，通过不同的传感器进行信号采集，编制了能够实现不同控制功能的梯形图，并简单的介绍了 PLC 和
2、其他设备组成的监控系统。本监控系统实现了风机的安全监控，有效的保障了通风机的安全、经济运行，保障了煤矿的安全生产，有效的提高了煤矿的经济效益。关键词：煤矿通风机；安全监控；PLCAbstractWith the development of our country economy, the safety production of coal mine is attached more and more seriously, and the safe production becomes the primary task of coal mine.Coal mine ventilation sy
3、stem is the core part of coal mine safety production, coal mine ventilator as the core equipment of the ventilation system, its working state directly coal mine safety production. Therefore, monitoring the working status of the ventilator can effectively protect the coal mine safety production.This
4、design adopts the PLC programmable controller as the control equipment monitoring system, introduces the application of PLC in the mine ventilation system, by different sensors for signal acquisition and program is made to realize different control function of ladder diagram, and simply introduces t
5、he PLC and the other located by the monitoring system.The monitoring system realized the safety monitoring of the fans, effectively ensured the safety and economic operation of the ventilator, and ensured the safe production of the coal mine, and effectively improved the economic benefit of the coal
6、 mine.Keywords: coal mine fan； safety monitoring；PLC辽宁工程技术大学毕业设计（论文）目录1 绪论 .11.1 煤矿安全生产的概述 .11.2 目前国内外煤矿通风机监控系统的状况 .11.3 设计的目的和意义 .21.4 本设计所做的工作 .32 矿井通风系统 .42.1 矿井通风系统概述 .42.2 矿井通风机概述 .42.2.1 矿井通风机通风方法 .52.2.2 风机的简单调速方法 .52.3 风门 .52.4 矿井的反风方法 .62.5 通风系统故障分析 .62.6 风机监控系统的主要功能需求分析 .63 矿井风机监控系统的硬件设计 .
7、73.1 监控系统组成及特点 .73.2 井下风机监控运行方式的设计 .83.3 风机参数的检测 .83.4 系统的输入/输出统计配置 .103.4.1 数字量/模拟量输入点和数字量/模拟量输出点统计及 PLC 和模块选择 .103.5.2 标志位和定时器统计 .153.5 系统硬件接线图 .173.5.1 CPU 模块接线图 .173.5.2 数字量输入/输出模块接线图 .183.5.3 模拟量输入模块接线图 .203.5.4CPU 模块与数字量模块和模拟量模块连接图 .224 井下风机监控系统的软件系统 .234.1 S7-300 型 PLC 编程器 STEP7 概述 .234.2 监控系
8、统的软件流程图 .234.2.1 风机的启动流程图 .234.2.2 自动控制方式流程图 .244.2.3 反风控制流程图 .254.3 井下风机监控系统的程序设计 .265 结论 .45参考文献 .46附录 A .48附录 B .60辽宁工程技术大学毕业设计（论文）11 绪论1.1 煤矿安全生产的概述我国是个矿产资源丰富的国家，采矿行业在国民经济占有很大的比重。随着我国改革开放，国民经济的迅猛发展，生产力与生产关系也发生了质的飞跃。作为工业粮食的煤炭行业，煤炭产量更是经过不到十年的时间，在二十一世纪发生了质的飞跃，我国也一跃成为世界第一产煤大国。然而随着生产的迅猛发展，安全与生产的矛盾越来越
9、突出。煤矿作为高危行业之一，安全生产一直是生产领域中的头等大事。在 19902000 年的 11 年间，全国煤矿死亡人数66196 人，平均百万吨死亡率为 5.22。近年来随着党中央、国务院对煤矿的安全生产工作的重视，煤矿安全形势总体趋于好转。2007 年全国煤矿死亡人数 3786 人，平均百万吨死亡率 1.485，分别比 2006 年下降 20.2和 27.2。2008 年全国事故总量比 2007 年实际下降 1.4，较大事故、重特大事故起数下降 3，其中煤矿死亡人数下降 2，2009 年我国煤矿百万吨死亡率降至 0.892。但是，由于煤矿井下生产条件比较特殊， 除了生产过程复杂、环境繁多、
10、条件恶劣和场所移动以外，还受到水灾、井下起火、瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出、煤尘、顶板和冲击地压等自然灾害的严重威胁。水灾、井下起火、瓦斯爆炸是影响矿井安全生产的主要3 个因素，其中瓦斯爆炸是一种瓦斯、煤尘、大火混合型的爆炸灾害，最为常见且造成的危害也最为严重。瓦斯在掘进面、工作面涌出的多少随地理情况、煤的生成情况的不同而不同,情况非常复杂,规律也很难把握,因此难以加以利用。1.2 目前国内外煤矿通风机监控系统的状况最近 20 年以来，各国煤矿通风机监测系统迅猛发展，对事故的预防起了至关重要的作用。现在让我们先来看一下各国煤矿通风监测系统的发展状况1)英国的 MINOS 监测系统，是英国最有代表性的
11、先进的监测系统。它能够对煤矿井下环境进行连续的监测，包括:低浓度瓦斯、高浓度瓦斯、瓦斯抽放系统的负压、风速、风压、烟雾及粉尘。2)德国的 TF-200 瓦斯监测系统 TF-200 系统，是 YF-24 系统的更新产品，功能是扩大传输通道，由开始的 24 个增加到 52 个。主要传感器有高浓度瓦斯传感器、低浓度瓦斯传感器、CO 传感器、风速传感器等。主要设备有计算机、打印机、记录仪、模拟盘。传输系统的传输方式是调频。23)波兰的 CMM-20m 瓦斯监测系统，适合于小型煤矿，可配接 20 个测点，可以用循环方式监测各测点的参数，包括瓦斯浓度和风速等。4 )美国的 CADA 监测系统，是一种集中监
12、测系统。监测系统分为标准型和扩展性两种国外在不断完善煤矿安全跟踪预测的基础上，进一步开展了研究瓦斯突出的动态预测技术和突出危险区域的预测技术。俄罗斯建立了区域的预测预报专家系统，德国研发了超越现实的一种高安全性的通讯技术，可以完全改变煤矿井下工作人员的工作方式，煤矿工作人员通过数字眼镜来检测机器故障，查看出现故障了的机器，电脑会给出很详细的有动画演示的维修步骤，煤矿工作员不需要亲自去检查机器，是完全由电脑来检查并处理数据。在新近研发的煤矿井下新技术中特别吸引人注目的是一种井下 WLAN 无线局域网系统，这种技术是利用安装在煤矿工作人员头盔上的摄像头，传送地下煤矿实时图像同时通过手机耳麦等移动通
13、讯设备借助微型电脑进行数据传输等，然后专家可以借助煤矿工作人员头盔上的摄像头传送的实时图片进行观察与诊断，并通过耳麦进行指导操作，提高了煤矿工作人员的工作效率，也大大降低了危险概率。波兰和法国对煤层突出的危险进行了分级，实现了科学管理。我国的监测监控技术应用的比较晚，起初从波兰法国德国英国和美国等国家引进了一批如 DAN6400TF200MINOS 和 Senturion-200 通风安全监测监控系统，装备了一部分煤矿，并且在引进的同时进行消化吸收并结合我国煤矿的实际情况，先后研制出了KJ2KJ4KJ8KJ10KJ13KJ19KJ38KJ66KJ75KJ80KJ92 等监控系统，通过在我国煤矿
14、的大量使用实践表明，安全监测监控系统为煤矿的安全生产和管理起到了至关重要的作用，各煤矿已把它作为一项重大安全装备。随着电子技术、计算机软硬件技术的迅速发展和企业自身发展的需要，国内很多单位相继研制出 KJ90KJ95KJ101KJF2000KJ4KJ2000 和KJG2000 等监控系统以及 MSNMWEBGIS 等煤矿安全综合化和数字化网络监测监控管理系统。1.3 设计的目的和意义近年来，我国各行各业有了很大的发展，国民经济不断的提升。但是，我国的煤炭行业依然存在着安全与生产问题。除了少数大型煤炭企业有完善的安全生产保障设备，很多小型企业因为能力有限，依然无法保障安全生产，导致生产过程中，经
15、常发生瓦斯爆炸等事故，造成不必要的人员伤亡和经济损失。所以，保障安全生产刻不容缓。辽宁工程技术大学毕业设计（论文）3煤矿通风系统是煤矿安全生产的重要部分，通风机是通风系统当中的核心设备，其工作状态直接影响通风系统运行状况，一旦风机因为某种故障停止工作，通风系统就会瘫痪，瓦斯就会在井下积聚，当瓦斯浓度达到一定浓度时，就会造成瓦斯的爆炸等事故，从而导致工作人员的伤亡和煤矿设备的损坏，给公司造成诸多经济损失。因此，对煤矿风机工作状态的监控是非常必要的。这样煤矿的工作人员就能实时准确的掌握风机的工作状态，从而有效预防瓦斯爆炸等事故的发生，保障安全生产，提高煤矿的经济效益。除此之外，国内外高科技监控系统
16、的昂贵价格也是导致小型煤矿望而却步的根本原因，如果能够设计出价格低廉、操作简单、维修方便的风机监控软件，小型煤矿就可以对风机的运行状态进行实时监控，从而有效解决安全与生产的矛盾，大大减少瓦斯爆炸等事故的发生，保障了井下工作人员的生命安全。1.4 本设计所做的工作1)实时监测风机风速、风压、大气温度和湿度。2)风机运行状态的监测，包括正常通风状态、反风时候的通风状态、风机的启停等。3)控制风门的开和关、风机的启动和停止。4)风机之间有电气和机械闭锁，保证风机的安全。5)控制方式有手动控制方式和自动控制方式。6)风机发生异常状态时，能马上启动另一台风机进行运转，当两个风机都异常时，可以切断设备的供
17、电电源。7)瓦斯的浓度超过报警浓度时候就会报警，超过复电浓度就会切断设备电源。42 矿井通风系统2.1 矿井通风系统概述通风系统是通过各种通风设备，连续不断地把地表的新鲜空气沿着进风井巷送到井下，供给井下人员呼吸所需要的氧气，不断地去稀释和冲淡有害物质，使之达到无害程度，同时把井下的污浊空气排至地面，以保证井下空气质量并将矿尘浓度限制在规定的安全浓度之下，调节井下工作地点的气候条件，保证井下具有满足规定的风速、温度和湿度，创造良好的作业环境。从系统组成来看，矿井通风系统是由通风网络、通风动力和通风控制设施三大部分构成。从系统结构来看，矿井通风系统可以分为进风部分、回风部分和用风部分。按进风井出
18、风井的布置方式分为中央式通风、对角式通风、混合式通风。图 2.1 矿井通风系统立体示意图Fig. 2.1 stereoscopic sketch of mine ventilation system2.2 矿井通风机概述矿井通风系统主要由通风机、风门、风井等三大部分组成，其中通风机是通风系统的核心部件，是风机安全监测系统的首要监测对象。目前，通风机主要根据风流在叶轮内部的流动方向，分为离心式风机和轴流式风机，风流沿径向流动的是离心式风机，沿轴向流动的是轴流式风机。通风在煤矿安全生产中起着至关重要的作用，煤矿的安全生产必须保证 24 小时不间断通风，所以在通风系统设计中，通风机作为矿井通风系统的核心部件一般都重复配置两台一样的通风机组，一台为主通风机组，一台为备用机组，以
