基于PLC软冗余的通风机监控系统设计

摘要

煤矿主通风机监控系统是矿井安全生产不可缺少的设备,肩负着抽取井下污浊气体、瓦斯、向井下输送新鲜空气的使命。它能否安全可靠的运行直接关系到矿井工作人员及监控人员的生命安全。因而它的重要性无以复加。本文针对矿井主通风机监控系统的应用现状,以鸟山矿和王村矿主扇的新建或改造为工程背景,研究并设计了基于 PLC冗余技术、组态软件和工业以太网的主通风机监控系统。在主通风机监控系统中采用 PLC软件冗余来提高监控系统的可靠性。
　　控制系统经历了现场总线控制系统、集散控制系统和工业以太网控制系统的时期,根据各个控制系统的特点及适用范围,以煤矿主通风机监控系统中处理的数据量大、要求的实时性高的事实为依据,本文采用了PROFIBUS总线作为承接通风机监控系统中可编程控制器之间数据传输的媒介,按照通风机监控系统的设计要求,本监控系统的组建采采了整体设计的理念。
　　依照生产的技术要求和王村矿的实际情况,对监控系统中 PLC的硬件选型作了合理的安排,包括振动、温度传感器、数字量输入输出模块、模拟量输入输出模块的选型以及人机界面的设计,并对可编程控制器之间数据传输的网络构建作了细致、形象的描述,对主备 PLC控制系统数据传输的机制原理作了比较深入的研究,并在此基础上设计了控制系统的不停风倒机程序、报警程序、风机运行时间程序以及模拟量转换程序等,继而组建了系统的动态监视画面,从而可以对上位机实现冗余功能作定性的分析研究。
　　本文最后以王村矿为应用实例,阐述了一种实现冗余功能的经济的、可应用的方法,将 PLC冗余技术和通风机监控系统相结合,通过对可编程控制器之间的数据交换及主备系统的实时切换分析,了解到嵌入了 PLC冗余技术的通风机监控系统不仅在可靠性上有了进一步的提高,而且在节能环保方面也有了明显的改善。目前,该系统已在鸟山矿投入使用,运行稳定可靠。实践证明了软冗余技术可安全可靠的应用于工业场合。

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1 绪论

1.1 课题研究背景和意义（ Background and Significance of Research）

1.2 国内外研究现状（Present Situation of Domestic and Foreign Research）

1.3 PLC冗余技术（Redundancy of PLC）

1.4 论文主要工作和章节安排(Main Work and Chapter Arrangement）

2 具有冗余功能的主通风机监控系统总体设计

2.1 主通风机监控系统的设计原则（Principles of Design）

2.2 几种典型监控系统的结构比较(Comparison of Several Monitoring System Structure）

2.3 监控系统总体框架（The Overall Framework of the Monitoring System）

2.4 本章小结（Summary）

3 主通风机监控系统实现PLC软冗余的硬件设计

3.1 可编程控制器的选型设计（Selection and Design of PLC）

3.2 传感器采集单元设计（Design of Sensor Acquisition Units）

3.3 系统通信网络的构建(Construction of Communication Network of the System）

3.4 本章小结(Summary)

4 主通风机监控系统实现PLC软冗余的软件设计

4.1 PLC控制程序设计（Control Program Design of PLC）

4.2 监控系统人机界面开发（ HMI Development of Monitoring System）

4.3 本章小结(Summary)

5 PLC软冗余技术在主通风机监控系统中的应用

5.1 软冗余系统的工作原理(Working Principle of the Software Redundancy System）

5.2 PLC软冗余技术在煤矿主通风机监控系统中的应用（Application of PLC Software Redundancy technology in the Coal Mine Main Ventilator Monitoring System）

5.3 本系统的性能研究（ Performance Analysis of Siemens Software Redundancy System）

5.4 本系统的可靠性研究（ Reliability Analysis of Siemens Software Redundancy System）

5.5 本章小结（Summary）

6 总结与展望

6.1 总结（Summary）

6.2 展望(Outlook)

参考文献

作者简历

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