（山西华鑫电气有限公司 山西阳泉 045000）
摘要：本文介绍了一种基于MCGS组态的热风炉监控预警系统。依据热风炉的参数变化特性及控制要求，设计了相应的温度、一氧化碳浓度自动监测系统。阐述了系统的主要组成部分及工作原理。此系统达到了设计要求，提高了煤矿用燃煤热风炉的安全性能，生产中具有重大意义。
关键词：S7-200可编程控制器；MCGS组态； 热风炉
1、概述
甘肃华亭煤业有限公司新窑煤矿有锅炉房和热风炉房各一座，其中热风炉房现有2台燃煤热风炉，分别为为ZRG-0.7MW型热风炉1台、ZRG-1.4MW型热风炉1台。依据04版[1]《煤矿安全规程》第102条规定：进风井口以下的空气温度必须在2℃以上。在我国北方煤矿，冬季温度大部分都在0℃以下，所以北方煤矿要按《煤矿安全规程》的要求组织生产，必须增设煤矿通风取暖设备，燃煤热风炉由于其安装方便，热效率高而得到普遍应用。但老式燃煤热风炉在温度监测与报警保护方面考虑不周，导致在实际使用过程中，炉膛出口送风温度时高时低，反应到井下进风口温度时高时低。同时对一氧化碳浓度监测缺失，容易产生中毒，带来极大的安全生产隐患。针对这一问题，研制开发了一种基于MCGS组态的热风炉监控预警系统。该系统采用可靠性极高的西门子PLC-200，同时与其他监测仪表通过RS485通讯的方式将数据上传至PLC，通过人机界面MCGS来显示实时参数，并对送风机、引烟机、炉膛排烟机、洒水电磁阀远程控制，实现了温度与一氧化碳的实时监控与预警处理。
2、系统结构
2.1系统组成
（1）矿用可编程控制箱：可以对整个系统供电，同时作为预警监测、控制、显示中心；
（2）矿用四芯阻燃电缆：带屏蔽层与不锈钢防水接头，作为传感器采集信号的载体。
（3）人机界面：采用可嵌入式的MCGS组态软件，完成现场传感器数据的采集与监测，实时显示监控数据，并完成预警处理。
（4）各类传感器：用于监控数据的采集反馈。
（5）语音报警指示灯：超限语音报警和指示灯指示。
2.2原理框图（见图1 控制原理图）
图1 控制原理图
2、3工作原理
作为热风炉监控系统的控制核心，可编程控制箱不仅可以为整个系统提供24V直流供电，同时也作为信号接受与数据处理的中心。RS485作为数据通信的总线，采用半双工工作方式，支持多点数据通信。RS485可将各个传感器与可编程控制器连接起来，作为通信载体，其有效通信距离在千米以内。检测到的传感器信号，若是数字量信号，则通过RS485直接送入PLC的特定I/O点，若是模拟量信号，则会通过变送器转换为4-20mA的电流信号，送入PLC附加的模拟量模块。上电后，正常运行的PLC首先进入输入采样阶段，扫描所有输入点，包括数字量和模拟量输入点，并将输入的状态存入寄存器。接着进入程存执行阶段，读取采集到的输入状态，对当前状态进行运算后，存入元件映像存储器。之后在输出刷新阶段，元件映像寄存器中所有输出继电器的状态（接通／断开）转存到输出锁存器中，通过输出端子和外部电源，驱动外部负载。外部负载包括电磁阀、报警指示灯、排风与排烟风机等。通过驱动洒水电磁阀的开启与闭合，可以做到在温度逼近上限值时，洒水降温。
在电气控制系统中，根据其控制要求，需编程，参考《PLC编程及应用》[2]以及本设计中需要用到的相关设备工作状态参数，应对PLC的I/O地址进行分配。（参见图2 I/O地址分配表）
图2 I/O地址分配表
2.4系统功能
（1）具有的基本功能：各传感器将信号采集回可编程控制箱内后，通过其程序运算，可
实现对一氧化碳、烟雾、温度数据的监测。
（2）故障分析及语音报警功能，RS485作为通信载体，当炉膛温度超限或一氧化碳浓度超限时，传导信号给可编程控制箱，运算后，触发报警，语音提示操作人员进行相对应操作。同时对各传感器的运行状态进行监控，传感器经RS485反馈状态至控制箱，若有故障，会在人机界面MCGS上显示传感器故障类型，同时记录故障发生时间与故障次数。
（3）系统具有实时数据显示功能，人机界面通过RS485将实时数据反馈到系统界面，可以显示炉膛温度、风筒温度、一氧化碳浓度等。具有历史数据报表功能，可以轻松查阅近一个月温度与一氧化碳浓度的数据。可为热风炉良好运行提供数据分析的样本。（见图3MCGS系统界面）
图3 MCGS系统界面
3.现场应用实例
新窑矿的热风炉房现有2台燃煤热风炉，通过安装了监控系统后，运行稳定，故障记录及监测准确，控制动作可靠。实现了控制箱上一键自动和手动按钮操作所有执行器件的动作，同时也实现了实时显示温度、一氧化碳浓度等数据在MCGS上显示、故障信息的语音报警等功能。提高了燃煤热风炉的安全性能与自动化监测水平。
4、结语
此次设计开发的热风炉监控系统以S7-200PLC为控制核心，RS485为现场总线通讯载体，各传感器采集现场信号，MCGS为人机界面显示实时监控数据。实现了各传感器自动监测信号与执行器件的自动与手动控制，故障得监测记录与数据的实时显示。这提高了热风炉的自动化监测水平与安全性能，也减少了事故隐患，为企业创造了经济效益。
参考文献：
[1]国家安全生产监督管理局．煤矿安全规程 [M]．北京：煤炭工 业出版社，2004：57.
[2]廖常初 PLC编程及应用[M] 第四版 机械工业出版社 2014
作者简介：
崔杰（1985-），男，山西阳泉人，2009年毕业于河北工业大学，助理工程师，主要从事煤矿机电设备设计与制造。
论文作者:崔杰
论文发表刊物:《河南电力》2019年1期
论文发表时间:2019/8/30
标签：热风炉论文; 氧化碳论文; 控制箱论文; 温度论文; 传感器论文; 数据论文; 信号论文; 《河南电力》2019年1期论文;