武昌工学院本科毕业论文（设计）专用稿纸
3通信网络的实现
3.1风机自动化监控系统的整体结构
系统共分三层：设备层，控制层，监控层
设备层即现场测量层主要实现风机变量参数的测量和风机的控制，由各种传感器，电量监测设备，变频器等组成，完成对设备运行的自动控制和监控设备本身的运行工况参数的采集。
中央控制层由带有以太网接口的PLC组成，PLC作为总站，就地站以及远程输入站作为从站，采用PROFIBUS-DP现场总线实现现场设备的互连，节省了大量的A/D等传输和转换模块。通过以太网交换机与上层监控管理层的工控机联网，向工控机传送风机系统的运行状态(运行、停止、正转、反转等)，同时接收工控机的控制命令，采集风机系统的工况参数(如风压、风量、风机轴承温度、电机定子绕组温度、电压、电流、功率因数、功率和开关状态等)，其采集的数据经过转换后远传给上层监控管理层的工控机。
远程监控管理层直接接入矿调度室，由上位工控机、打印机、不间断电源等设备组成，提供集中监控管理功能，可以实现监控风机系统运行工况、故障报警与分析、数据统计分析、报表生成打印、历史数据记录管理等操作。
图3.1网络结构
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3.2基于现场总线和工业以太网的控制系统 3.2.1现场总线控制系统和以太网技术
对于矿井通风机监控系统而言，为保证通风机的安全可靠运行，其功能必须涵盖通风机电动机启停控制、风门的开合、风量调节、各项运行参数监测以及上下位机通信等多个方面。大型煤矿生产企业所应用的生产设备往往多而分散，对于传统的基于PC、PLC等产品的监控系统来说，如不采用现场总线技术将各生产设备的监控系统有机地连为一体，则难以及时有效地对各设备的状态进行协调管理，在很大程度上不利于生产效率和安全性的提升。工业以太网是基于以太网技术和TCP/IP技术开发出来的一种工业通信网络。工业以太网广泛应用于工厂的控制级通信，以实现PLC与PLC之间，PLC与PC机之间的通信。
3.2.2现场总线与以太网的互连
为了解决现场总线面临着标准繁多、难以与企业管理网络集成等诸多问题，于是就出现了把自动控制与计算机管理系统结合起来，集管理和控制为一体的系统。互连模型如图3.2所示：
图3.2 现场总线与以太网互联
3.2.3网络的具体实现方法
本系统现场总线采用PROFIBUS-DP总线。PROFIBUS-DP一般用于车间设备级的高速数据通信，主站（PLC或IPC等）通过标准的PROFIBUS-DP专用电缆与分散的现场设备（远程I/O，驱动器，阀门，智能传感器等）进行通信，对整个DP网络进行管理和控制。DP采用双绞线或光缆作为传输介质，传输速率从9.6kbit/s到12Mbit/s。S7-200 PLC可以通过EM277 PROFIBUS-DP通信模块
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连接到PROFIBUS-DP网络中。
同时本系统中采用CP243-1 以太网通信模块将S7-200 PLC连接到工业以太网中。借助于CP243-1，S7-200可以用于远程组态，编程和诊断。
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4系统的硬件设计
4.1系统硬件连接
系统的硬件连接见附录1。 4.2主电路
主电路中MA1，MA2为对旋式轴流风机的两台电机，交流接触器QA4、QA6分别控制MA1、MA2的工频运行；交流接触器QA3、QA5分别控制MA1、MA2的变频运行；QA1为主电路电源的隔离开关；FA为主电路的熔断器；BB1、BB2为电机MA1、MA2的热继电器。
图4.1 主电路图
4.3控制电路的设计
在风机控制系统硬件电路的控制电路部分，利用PLC进行控制，可以大大提高系统的可靠性、节省大量的继电器、实现较复杂的逻辑控制以及进行模拟量控制等功能。控制系统采用Siemens S7-200系列CPU226，同时外部扩展EM235和EM231模块。本控制系统接线图如下图9所示。
该PLC控制系统可以实现风机手动工频、自动变频和手动变频运行的切换，
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其中手动变频是指使用变频器控制面板手动控制风机的变频运行。在风机自动变频运行时，是利用采集到的风压信号进行通风机的变频调速控制。其中按钮SF0控制风机的自动变频运行；按钮SB1控制风机的手动变频运行；按钮SF2控制风机的工频运行；按钮SF3控制风机的停止；按钮SF4为报警灯铃的调试按钮；SF5为消铃按钮；PG1、PG3分别为MA1、MA2变频运行指示灯；PG2、PG4分别为MA1、MA2工频运行的指示灯；PG5为变频器故障报警指示灯；PG6为1#电机振动异常指示灯；PG7为2#电机振动异常指示灯；PG8为井巷压力下限指示灯；PG9为1#电机温度上限指示灯；PG10为2#电机温度上限指示灯；PB为报警电铃。
图4.2 控制电路
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