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摘要：阐述了矿井主要通风机在S7-300PLC可编程控制的基础上，利用WINCC监控软件和工业以太网profibus-dp现场总线设计了一套主通风机的监控系统。介绍了整套系统的结构与软、硬件实现方法，着重论述了主通风机监测系统组成，实现的功能和WINCC（WCC）与S7-300（PLC）之间的通信以及对整个系统实时监控的软件设计。
关键词：主通风机 工业以太网 实时监控 WINCC
由于煤矿在开采过程中释放出大量的瓦斯、CO及煤尘等，积聚后都会引起火灾和爆炸，给人的生命财产安全带来极大的威胁，通风显得尤为重要，因此煤矿通风机系统在矿山生产中被称为“矿井肺脏”。主扇风机的运转直接影响到井下操作人身安全和生产效益，所以有必要对主扇风机进行状态监测。
传统意义上的设备仅仅局限于简单数据的采集和监测，单纯从传感器或其他数据采集方式获取设备运行数据，如温度、电参数、压力、振动等信号，进行集中显示。这种方式只能对设备运行时的状态进行了解。虽然起到了重要的作用，但由于大部分运行人员对设备的运行状况不能深入了解，并不能准确及时判断风机将要出现故障或将处于不稳定等情况运行。
随着计算机智能技术、网络技术、传感器及电子技术的发展，设备监测系统也不断进一步完善起来，逐步走向智能监测、远程监测、智能分析和故障诊断相结合的现代综合监控系统。
矿井主通风基于西门子S7-300PLC可编程控制技术和WINCC技术对通风机工作状态进行在线监测监控。监测参数包括风机的入口静压、风量；有功功率、无功功率、电流、电压、功率因素；风机轴承温度、电机绕组温度（PT100温度传感器用户预埋）；风机振动、风机开停信号及风门开闭状态信号等；并能远程控制风机启停。
1 系统组成
监测系统只要有风量、风压变送系统，监控系统控制柜和监测软件组成。
1.1 风量、风压变送系统：该系统的主要构成为压差变送器和风量、风压引压装置。其中，压差变送器为YTKJ-DW型，引压装置的作用则在于感受、传送风量和风压信号。变送器将微压或压差信号转变为电流信号，并输送到监测转换系统及微机终端。在计算机软件的帮助下，计算出风机的风量和风压，从而在线监测风机性能。
1.2 监控系统控制柜：在通风机监测系统中，作为一种中间设备，控制柜连接着各种传感变送器、变送器、继电器，它的作用就在于对信号进行隔离、转换、采集、处理。
1.3 信号采集：由4块EDA9033A职能电参数数据
采集模块和9块R8000系列模块组成，主要用于对各种计算机信号进行采集。
1.4 系统供电：直流工作电源DC24V采用线性集成一体化电源模块。
1.5 监控软件：系统采用WINC66.0监测软件。操作系统起动后，自动起动WINCC6.0监测软件。
1.5.1 系统的软件设计。在软件的选择上，为了借助数据联动与共享实现矿井一体化管理，该系统采用了田庄煤矿西门子WINNC软件，这种软件的应用有助于消除信息孤岛。WINNC的应用环境为WINDOWSXP和WYNDOWS20000T，且可以同其他的自动化系统共同工作，如SMATC产品家族的自动化系统。
1.5.2 工业以太网。作为一种开放式的通信网络，工业以太网使得大范围内的大数据量的交换变得更加容易。其组态过程简单、速度快、可靠性较高且具有一定的开放性。在实际应用中，工业以太网被田庄煤矿用来作为联系WinCC与自动化系统（AS）之间的媒介，利用TCP/IP协议通信模式，使得在系统设计方面得到了大大简化。
1.5.3 WinCC的网络通信。WinCC的信息交换采取变量和过程值的形式进行。在获取过程值的过程中，WINNC通信驱动程序将任务信息发送给自动化系统，自动化系统在接收后回复信息，将包含有所请求的过程值发送给WinCC。
在上述过程中，通信程序发挥了重要作用。作为一个软件组件，通信程序为WINCC变量提供过程值。由于通信驱动程序不同，其连接的自动化系统也不相同，因此，针对现场采用S7-300的情况，在通信驱动程序上应该选择SMATC S7 PROTOCOL SUITE。
对于不同的通信网络，通信驱动程序也有相应的通道单元与之对应。如果WinCC和自动化系统建立了正确的物理连接，WinCC的通信驱动程序和相关的通道单元就需要与自动化系统建立连接，来实现系统数据交换。
1.5.4 WinCC监控系统。WinCC的图形用户界面提供了可视化的过程，操作员通过屏幕就可以直观掌握过程中所发生的任何变化，并进行相应的控制。运用WinCC，实现了对过程值的电子归档处理，降低了过程的文档编制难度，方便了对历史数据的查阅。
1.5.5 系统组态方式。WinCC具有提供多用户系统的功能，这对于进行煤矿控制来说非常重要。因为煤矿控制系统组成复杂，包括了主通风系统、供电系统、排水系统、选煤系统等。为了满足不同系统信息同步显示以及不同系统进行同步操作的要求，就需要应用多用户系统的组态方式。这种多用户系统的主要组成部分为一个服务器和多个客户机。通过LAN或ISDN，在客户机和服务器之间建立起连接，并通过TCP/IP协议实现通信。
WinCC在对数据进行归档处理方面具有特别的优势，通过报警记录和变量记录可以尽早发现险情和故障，并且实现维护周期的优化、促进生产效率的提高。其中，报警消息在报警记录中组态，变量记录的作用则在于对过程值进行归档。对于来自工业设备的数据，过程值归档在庞大的数据中，依据相关重要指标的要求实现对数据的过滤，以获取与设备状态相关的过程数据。过程值在运行状态下，要由归档系统通过存入运行数据库和写入归档数据库两个步骤来实现归档处理。利用归档数据库的硬盘对过程值和报警消息进行保存，还可以通过归档数据库转出的方式为过程值做备份。 2 系统主要监测功能
2.1 通过三维动画对风机的运行、风门的开闭进行模拟；现场实时监测数据的各种动态图形及数字显示：文字显示、棒图显示、模拟表盘显示功能，这些显示也可以实现颜色预警。
2.2 以数据报表的形式对各种监测数据进行汇总，以便于存储和查询：如通过将风压、风量、电机功率等数据存储在硬盘中，方便对数据的查看、分析。在数据保存期限上，每天的数据存储记录了一天的数据平均值，这些数据保存时间为一年。
2.3 生成监测参数的实时曲线和历史趋势曲线，如电机和轴承温度动态曲线、电机电流动态曲线等。通过对曲线变化的分析，可以保证系统故障尽早发现。除此之外，还可以生成主要性能参数的历史趋势曲线。
2.4 用户管理机制：通过划分用户组，授予相应的权限，以此来规范操作，防止越权操作等误操作的出现。
2.5 系统安全机制：在监测参数报警系统中，警报通过声音和颜色两种方式发出，用户可以对报警信息的历史记录进行查看，也可以对其进行存储和打印。
2.6 完善的在线帮助系统：操作人员可随时查询帮助文件，解决操作中的疑难问题。通过计算机可实现风门开关、风机起停、风机倒机等功能。操作人员通过计算机发出指令后，可编程控制器相应的开关量输入驱动中间继电器，中间继电器将各种信号出入到相关的控制电路中，实现各类控制动作。
2.7 数字滤波：由于工业监控环境比较恶劣，干扰源比较多，如环境温度、电场及磁场、振动等，因此为了减少对采样值的干扰，提高系统性能，在进行数据处理之前，先对采样的数字进行滤波，即通过一定的计算程序对采样信号进行平滑加工，增强有用信号，消除或减少各种干扰和噪音，以保证计算机系统的可靠性。
2.8 通风机监控系统向上级监控系统提供接口，可以通过标准OPC协议提供监控信号，实现集控室对通风机的远程控制；也可以频率信号方式经安全监测分站送入瓦斯安全监测系统。
3 结束语
系统很好的实现了对矿井主通风机的实时监控，能够及时掌握风机运行的各个工矿以及矿井通风系统的各种参数，为风机经济运行和矿井通风量及时调整提供准确可靠的数据。实际运行的结果表明，该系统设计合理，工作稳定可靠，可以长时间运行，软件操作简单，便于升级，为矿井主通风机安全可靠运行打下了坚实基础。
参考文献：
[1]胡恩芹.PLC在煤矿通风机自动控制系统中的应用[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2010（03）.
[2]郝希鹏，韩利.新河矿井通风机润滑系统改造与轴承温度检测系统优化[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2011（12）.
[3]李力，罗秋芳，薛江清.PLC和WinCC在空调温湿度自控系统中的应用[J].机电工程技术，2009（06）.
关键词：主通风机 工业以太网 实时监控 WINCC
由于煤矿在开采过程中释放出大量的瓦斯、CO及煤尘等，积聚后都会引起火灾和爆炸，给人的生命财产安全带来极大的威胁，通风显得尤为重要，因此煤矿通风机系统在矿山生产中被称为“矿井肺脏”。主扇风机的运转直接影响到井下操作人身安全和生产效益，所以有必要对主扇风机进行状态监测。
传统意义上的设备仅仅局限于简单数据的采集和监测，单纯从传感器或其他数据采集方式获取设备运行数据，如温度、电参数、压力、振动等信号，进行集中显示。这种方式只能对设备运行时的状态进行了解。虽然起到了重要的作用，但由于大部分运行人员对设备的运行状况不能深入了解，并不能准确及时判断风机将要出现故障或将处于不稳定等情况运行。
随着计算机智能技术、网络技术、传感器及电子技术的发展，设备监测系统也不断进一步完善起来，逐步走向智能监测、远程监测、智能分析和故障诊断相结合的现代综合监控系统。
矿井主通风基于西门子S7-300PLC可编程控制技术和WINCC技术对通风机工作状态进行在线监测监控。监测参数包括风机的入口静压、风量；有功功率、无功功率、电流、电压、功率因素；风机轴承温度、电机绕组温度（PT100温度传感器用户预埋）；风机振动、风机开停信号及风门开闭状态信号等；并能远程控制风机启停。
1 系统组成
监测系统只要有风量、风压变送系统，监控系统控制柜和监测软件组成。
1.1 风量、风压变送系统：该系统的主要构成为压差变送器和风量、风压引压装置。其中，压差变送器为YTKJ-DW型，引压装置的作用则在于感受、传送风量和风压信号。变送器将微压或压差信号转变为电流信号，并输送到监测转换系统及微机终端。在计算机软件的帮助下，计算出风机的风量和风压，从而在线监测风机性能。
1.2 监控系统控制柜：在通风机监测系统中，作为一种中间设备，控制柜连接着各种传感变送器、变送器、继电器，它的作用就在于对信号进行隔离、转换、采集、处理。
1.3 信号采集：由4块EDA9033A职能电参数数据
采集模块和9块R8000系列模块组成，主要用于对各种计算机信号进行采集。
1.4 系统供电：直流工作电源DC24V采用线性集成一体化电源模块。
1.5 监控软件：系统采用WINC66.0监测软件。操作系统起动后，自动起动WINCC6.0监测软件。
1.5.1 系统的软件设计。在软件的选择上，为了借助数据联动与共享实现矿井一体化管理，该系统采用了田庄煤矿西门子WINNC软件，这种软件的应用有助于消除信息孤岛。WINNC的应用环境为WINDOWSXP和WYNDOWS20000T，且可以同其他的自动化系统共同工作，如SMATC产品家族的自动化系统。
1.5.2 工业以太网。作为一种开放式的通信网络，工业以太网使得大范围内的大数据量的交换变得更加容易。其组态过程简单、速度快、可靠性较高且具有一定的开放性。在实际应用中，工业以太网被田庄煤矿用来作为联系WinCC与自动化系统（AS）之间的媒介，利用TCP/IP协议通信模式，使得在系统设计方面得到了大大简化。
1.5.3 WinCC的网络通信。WinCC的信息交换采取变量和过程值的形式进行。在获取过程值的过程中，WINNC通信驱动程序将任务信息发送给自动化系统，自动化系统在接收后回复信息，将包含有所请求的过程值发送给WinCC。
在上述过程中，通信程序发挥了重要作用。作为一个软件组件，通信程序为WINCC变量提供过程值。由于通信驱动程序不同，其连接的自动化系统也不相同，因此，针对现场采用S7-300的情况，在通信驱动程序上应该选择SMATC S7 PROTOCOL SUITE。
对于不同的通信网络，通信驱动程序也有相应的通道单元与之对应。如果WinCC和自动化系统建立了正确的物理连接，WinCC的通信驱动程序和相关的通道单元就需要与自动化系统建立连接，来实现系统数据交换。
1.5.4 WinCC监控系统。WinCC的图形用户界面提供了可视化的过程，操作员通过屏幕就可以直观掌握过程中所发生的任何变化，并进行相应的控制。运用WinCC，实现了对过程值的电子归档处理，降低了过程的文档编制难度，方便了对历史数据的查阅。
1.5.5 系统组态方式。WinCC具有提供多用户系统的功能，这对于进行煤矿控制来说非常重要。因为煤矿控制系统组成复杂，包括了主通风系统、供电系统、排水系统、选煤系统等。为了满足不同系统信息同步显示以及不同系统进行同步操作的要求，就需要应用多用户系统的组态方式。这种多用户系统的主要组成部分为一个服务器和多个客户机。通过LAN或ISDN，在客户机和服务器之间建立起连接，并通过TCP/IP协议实现通信。
WinCC在对数据进行归档处理方面具有特别的优势，通过报警记录和变量记录可以尽早发现险情和故障，并且实现维护周期的优化、促进生产效率的提高。其中，报警消息在报警记录中组态，变量记录的作用则在于对过程值进行归档。对于来自工业设备的数据，过程值归档在庞大的数据中，依据相关重要指标的要求实现对数据的过滤，以获取与设备状态相关的过程数据。过程值在运行状态下，要由归档系统通过存入运行数据库和写入归档数据库两个步骤来实现归档处理。利用归档数据库的硬盘对过程值和报警消息进行保存，还可以通过归档数据库转出的方式为过程值做备份。 2 系统主要监测功能
2.1 通过三维动画对风机的运行、风门的开闭进行模拟；现场实时监测数据的各种动态图形及数字显示：文字显示、棒图显示、模拟表盘显示功能，这些显示也可以实现颜色预警。
2.2 以数据报表的形式对各种监测数据进行汇总，以便于存储和查询：如通过将风压、风量、电机功率等数据存储在硬盘中，方便对数据的查看、分析。在数据保存期限上，每天的数据存储记录了一天的数据平均值，这些数据保存时间为一年。
2.3 生成监测参数的实时曲线和历史趋势曲线，如电机和轴承温度动态曲线、电机电流动态曲线等。通过对曲线变化的分析，可以保证系统故障尽早发现。除此之外，还可以生成主要性能参数的历史趋势曲线。
2.4 用户管理机制：通过划分用户组，授予相应的权限，以此来规范操作，防止越权操作等误操作的出现。
2.5 系统安全机制：在监测参数报警系统中，警报通过声音和颜色两种方式发出，用户可以对报警信息的历史记录进行查看，也可以对其进行存储和打印。
2.6 完善的在线帮助系统：操作人员可随时查询帮助文件，解决操作中的疑难问题。通过计算机可实现风门开关、风机起停、风机倒机等功能。操作人员通过计算机发出指令后，可编程控制器相应的开关量输入驱动中间继电器，中间继电器将各种信号出入到相关的控制电路中，实现各类控制动作。
2.7 数字滤波：由于工业监控环境比较恶劣，干扰源比较多，如环境温度、电场及磁场、振动等，因此为了减少对采样值的干扰，提高系统性能，在进行数据处理之前，先对采样的数字进行滤波，即通过一定的计算程序对采样信号进行平滑加工，增强有用信号，消除或减少各种干扰和噪音，以保证计算机系统的可靠性。
2.8 通风机监控系统向上级监控系统提供接口，可以通过标准OPC协议提供监控信号，实现集控室对通风机的远程控制；也可以频率信号方式经安全监测分站送入瓦斯安全监测系统。
3 结束语
系统很好的实现了对矿井主通风机的实时监控，能够及时掌握风机运行的各个工矿以及矿井通风系统的各种参数，为风机经济运行和矿井通风量及时调整提供准确可靠的数据。实际运行的结果表明，该系统设计合理，工作稳定可靠，可以长时间运行，软件操作简单，便于升级，为矿井主通风机安全可靠运行打下了坚实基础。
参考文献：
[1]胡恩芹.PLC在煤矿通风机自动控制系统中的应用[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2010（03）.
[2]郝希鹏，韩利.新河矿井通风机润滑系统改造与轴承温度检测系统优化[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2011（12）.
[3]李力，罗秋芳，薛江清.PLC和WinCC在空调温湿度自控系统中的应用[J].机电工程技术，2009（06）.