CN201936155U - 基于modbus-rtu总线式通风机在线监控*** - Google Patents

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Abstract

本实用新型是基于MODBUS-RTU总线式通风机在线监控***，应用于煤矿、金属矿等各类矿山通风机的在线监控。由信号采集/变送模块将现场传感器/变送器仪表的模拟信号转换为数字信号，执行MODBUS-RTU总线通信协议传至PLC，PLC与上位监控***通过以太网通信，监测通风机的风量、压力、噪声、振动，电机三相电流、电压、输入功率、输出功率、功率因数、轴承温度、定子绕组温度、效率；控制通风机的启停、正反转。本实用新型应用工业现场MODBUS-RTU总线通信协议进行信号传输，使传输信号更加准确可靠，使更多型号的国产设备可以与PLC配套，降低了***成本，并且解决了矿山自动化***扩展的问题。

Description

基于MODBUS-RTU总线式通风机在线监控***
(一)技术领域
本实用新型是基于MODBUS-RTU总线式通风机在线监控***，应用于对煤矿、金属矿等矿井通风机的风量、压力、噪声、振动，电机三相电流、电压、输入功率、输出功率、功率因数、轴承温度、定子绕组温度、效率等实时参数的安全监测，对通风机的开启、正反转等进行控制。
(二)背景技术
通风机是矿山安全生产的重要设备，通风机的正常运转可以降低井下的瓦斯等有害气体的浓度，保障矿工的生命安全。本实用新型在通风机监控***中增设了信号采集/变送模块，将模拟量信号转换为工业标准的MODBUS数字量信号输出，并通过MODBUS-RTU总线通信协议将信号传至可编程逻辑控制器PLC，PLC通过以太网与上位监控***通信，实现模拟量、开关量、累计量采集，传输、存储、处理、显示、打印、声光报警，控制等功能，用于监测矿井通风机风量、压力、噪声、振动，电机三相电流、电压、输入功率、输出功率、功率因数、轴承温度、定子绕组温度、效率等实时参数。还可以通过PLC及其继电器执行机构控制通风机的启停、正反转、自动倒换备用风机，实现矿山安全生产自动化，是矿山安全生产的重要组成部分。本实用新型较以前单纯靠模拟量传输的通风机监控***，信号传输距离更远、信号更加准确可靠；通过MODBUS-RTU总线通信协议使更多型号的国产设备可以与PLC配套，降低了***成本，并且解决了矿山自动化***扩展的问题。
(三)发明内容
本实用新型是针对现有技术缺点设计的基于MODBUS-RTU总线通信协议的通风机在线监测与控制***，比4-20mA传输距离更远、信息更加准确可靠，并且实现了***的国产化。
为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是：***包括现场传感器/变送器仪表、信号采集/变送模块、可编程逻辑控制器PLC、继电器执行机构、上位监控***。现场传感器仪/变送器表包括压力传感器/变送器、PT100温度传感器、振动传感器、各种气体传感器/变送器；信号采集/变送模块包括模拟量采集模块、温度采集模块、振动变送模块、电力采集模块；可 编程逻辑控制器PLC选用德国西门子S7200、S7300或美国克罗威尔品牌设备；上位监控***包括工控机或触摸屏以及监控软件。其特征在于：
参照图1，这是本实用新型的***结构图。***中增设了信号采集/变送模块5，将现场传感器/变送器仪表7的“模拟信号6”进行AD转换为MODBUS数字信号，由模块的RS-485接口输出，信号采集/变送模块的RS-485接口与PLC的RS-485接口通过双绞屏蔽线连接，执行“MODBUS-RTU工业现场总线通信协议4”，信号传输至可编程逻辑控制器PLC 3，PLC与上位监控***1通过以太网2通信，由上位监控***对通风机的运行状况进行监测，上位监控***发出“开关量信号9”指令通过PLC及其继电器执行机构8对通风机的启停、正反转、自动倒换备用风机等进行自动化控制。
通风机在线监控软件安装在上位监控***，上位监控***的硬件是工控机或触摸屏。
本实用新型的有益效果：有效地避免了由于模拟信号采集不准确，导致通风机工作状态误报而造成的严重后果，保证了矿山的安全生产。实现了设备国产化，降低了***成本。
(四)附图说明
图1本实用新型的***结构图
图2本实用新型的压力传感器/变送器、模拟量采集模块连接图
图3本实用新型的温度传感器、温度采集模块连接图
图4本实用新型的振动传感器、振动变送模块、模拟量采集模块连接图
图5本实用新型的软件构架图
(五)具体实施方式
本实用新型的硬件安装包括：根据通风机的不同型号将现场传感器/变送器仪表安装于通风机上适当的测量位置，将信号采集/变送模块安装于接近现场传感器/变送器仪表的室外采集柜内，将电力采集模块、可编程逻辑控制器PLC、继电器执行机构、上位监控***安装于通风机监控机房的PLC控制柜内。PLC控制柜内安装开关电源，将AC220V电源转换为DC24V为设备供电，在PLC控制柜、室外采集柜、现场传感器/变送器仪表之间铺设DC24V电源线缆及屏蔽通信线缆。
参照图2，这是本实用新型的压力传感器/变送器、模拟量采集模块连接图。通风机的测风口安装两个“压力传感器/变送器”10，输出4-20mA电流环模拟量信号11，接入“模拟量采集模块12”，通过模块的AD转换，从模块的RS-485接口输出数字量信号，通过MODBUS-RTU工业现场总线通信协议14传输至PLC，PLC与上位监控***通过以太网通信，在上位监控***计算并显示通风机的风压、风速、通风量，并绘制图表。压力传感器/变送器和模拟量采集模块采用DC24V供电13。
参照图3，这是本实用新型的温度传感器、温度采集模块连接图。通风机电机的三相定子、轴承绕组上安装有“PT100温度传感器15”，输出铂电阻温度信号16，接入“温度采集模块17”，通过模块的AD转换，从模块的RS-485接口输出数字量信号，通过MODBUS-RTU工业现场总线通信协议19传输至PLC，PLC与上位监控***通过以太网通信，在上位监控***计算并显示通风机电机的定子温度、轴承温度，并绘制图表。温度采集模块采用DC24V供电18。
参照图4，这是本实用新型的振动传感器、振动变送器、模拟量采集模块连接图。通风机的1级电机与2级电机附近安装一组“振动传感器”。一组振动传感器分为垂直振动传感器20与水平振动传感器21两种，固定在一个刚性直角金属角架上。振动传感器输出脉冲直流信号22，通过“振动变送模块23”转换成4-20mA电流环模拟量信号24，再接入“模拟量采集模块25”，通过模块的AD转换，从模块的RS-485接口输出数字量信号，通过MODBUS-RTU工业现场总线通信协议27传输至PLC，PLC与上位监控***通过以太网通信，在上位监控***计算并显示通风机的电机振动值，并绘制图表。振动变送模块和模拟量采集模块均采用DC24V供电26。
电力采集模块接入通风机配电柜的220VAV互感回路中，从模块的RS-485接口输出数字量信号，通过MODBUS-RTU工业现场总线通信协议传输至PLC，PLC与上位监控***通过以太网通信，在上位监控***计算并显示通风机电机的三项电流、电压、输入功率、输出功率、功率因数、效率，并绘制图表。电力采集模块靠互感回路产生的感应电流供电，无需外接电源。
通风机上安装需要监测气体的传感器/变送器，输出4-20mA电流环模 拟量信号，接入“模拟量采集模块”，通过模块的AD转换，从模块的RS-485接口输出数字量信号，通过MODBUS-RTU工业现场总线通信协议传输至PLC，PLC与上位监控***通过以太网通信，在上位监控***计算并显示通风机的被测气体浓度，并绘制图表。
PLC由上位监控***通过以太网通信输入指令，接受通风机自动化控制的方式选择信号和控制反馈信号，通过开关量信号向继电器执行机构输出指令，对通风机进行启停、正反转、自动倒换备用风机等自动化控制。
上位监控***所包括的工控机或触摸屏都设计了相应的通风机监控软件、人机界面，即可根据需要单独选用工控机或触摸屏，亦可作为冗余备份使用。参照图5，这是本实用新型的软件构架图。在主菜单下设置子窗口：监测界面、控制界面；监测界面下设置子窗口：SQL数据查询、报表输出、实时曲线、历史曲线、报警窗口、故障诊断等子***；控制界面下设置子窗口：电机监控、风门监控等子***。在各种显示模式下都有主菜单显示包括：参数设置、列表显示、曲线显示、状态及柱状图显示、模拟图显示、打印、查询、帮助、其它等。软件具有操作权限管理功能，对参数设置、控制等必须使用密码授权登陆，并具有操作记录。
通风机监测数据中模拟量及相关显示内容包括：变量名称、时间、变量组、报警值、最大值、最小值、平均值、超限报警、操作权限等；开关量显示内容包括：变量名称、开/停时刻、状态、工作时间、传感器工作状态、报警及解除报警状态等。曲线显示包括在同一坐标上用不同颜色显示实时曲线、历史曲线的最大值、平均值、最小值、时间分度、时间跨度、瞬时值等；模拟图显示包括通风***模拟图、相应设备开停状态、相应模拟量数值等；还具备风门开关过程演示等动画。
***具有报表、曲线、模拟图、初始化参数等打印功能。报表包括通风机空气动力性能测试报表(标准值)、通风机空气动力性能测试报表(计算值)、通风机空气动力性能测试报表(测试值)、报警报表、故障诊断报表、值班报表、电机测试记录报表、运行参数测定记录报表；曲线包括各参数实时曲线和历史曲线；模拟图及通风机测试模拟空气动力性能曲线；初始化参数包括矿井通风、值班、巷道尺寸等基本参数设置。
***具有自诊断功能。当***中传感器、传输接口、电源、传输电缆等设备发生故障时，报警并记录故障时间和故障设备，以供查询及打印。***具备故障诊断功能，当电机运行出现温度、功率以及振动、噪声等参数异常时，***声光报警，并通过自身故障识别***，进行故障识别，并提供相应参考解决方案。
控制操作分为手动/集控两种方式，配合PLC主控柜柜门的方式选择按钮进行切换，手动控制下，上位控制***无效——工控机或触摸屏中的所有按钮均不起作用；只有在集控状态下，方可通过工控机或触摸屏中的按钮对风机进行自动化操作。授权登陆“控制界面”后，选择进入“电机监控”或“风门监控”界面，界面内设置每台电机的启停按钮，电机的正反转按钮，配电柜的合闸与分闸按钮及蝶阀或风门的开闭停按钮，通过操作这些按钮，对通风机进行自动化控制。

Claims (3)

1.基于MODBUS-RTU总线式通风机在线监控***，包括：现场传感器/变送器仪表(7)、信号采集/变送模块(6)、可编程逻辑控制器PLC(3)、继电器执行机构(8)、上位监控***(1)，其特征在于：
***中增设了信号采集/变送模块，将现场传感器/变送器仪表的模拟信号(6)转换为数字信号，通过MODBUS-RTU总线通信协议(4)传至PLC，PLC与上位监控***通过以太网通信(2)，由上位监控***对通风机运行状况进行监测，上位监控***发出开关量信号(9)指令通过PLC及其执行机构对通风机的启停、正反转进行自动化控制。
2.根据权利要求1所述的基于MODBUS-RTU总线式通风机在线监控***，其特征在于：
通过信号采集/变送模块的AD转换，将现场传感器/变送器仪表的模拟信号转换为MODBUS数字信号，由模块的RS-485接口输出。
3.根据权利要求1所述的基于MODBUS-RTU总线式通风机在线监控***，其特征在于：
信号采集/变送模块的RS-485接口与PLC的RS-485接口通过双绞屏蔽线连接，执行MODBUS-RTU工业现场总线传输协议。 
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