基于NX和PLC的煤礦主扇風(fēng)機(jī)虛擬仿真系統(tǒng)

朱紅星

【摘 要】本文用NX仿真軟件建立煤礦主扇風(fēng)機(jī)的三維仿真模型，并通過OPC協(xié)議連接KepServer，再將KepServer和西門子S7-1200PLC進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)了主扇風(fēng)機(jī)模型的半實(shí)物仿真控制。

【關(guān)鍵詞】虛擬仿真；PLC；OPC

中圖分類號(hào)： TM571.61-2；G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）35-0238-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.35.103

Virtual simulation system of main fan in Coal Mine Based on NX and PLC

ZHU Hong-xing

（Chen silou coal mine of Henan Energy Co.，Ltd.Henan Yongcheng 476600，China）

【Abstract】In this paper， the three-dimensional simulation model of main fan in coal mine is established by NX simulation software. It is connected to KepServer through OPC protocol.Then KepServer and Siemens S7-1200 PLC are communicated to realize the hardware-in-the-loop simulation control of main fan model.

【Key words】Virtual simulation；PLC；OPC

0 引言

煤礦主扇風(fēng)機(jī)作為煤礦安全生產(chǎn)最主要的運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備之一，擔(dān)負(fù)著井下排除粉塵、渾濁氣流和傳送新鮮氣體的責(zé)任。隨著煤礦自動(dòng)化程度的不斷提高，目前絕大部分煤礦主扇風(fēng)機(jī)已實(shí)現(xiàn)基于PLC的在線監(jiān)控系統(tǒng)。在線監(jiān)控系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用對值班人員、運(yùn)維人員的技術(shù)水平提出了更高的要求，急需方便、快捷的培訓(xùn)方式。但是由于主扇風(fēng)機(jī)運(yùn)行的重要性，通常一個(gè)月左右才進(jìn)行一次風(fēng)機(jī)倒換，且對倒換時(shí)間有嚴(yán)格要求，因此其在線監(jiān)控系統(tǒng)無法進(jìn)行日常培訓(xùn)。

為提高主扇風(fēng)機(jī)運(yùn)維人員技術(shù)水平和運(yùn)維效率，本文設(shè)計(jì)了一套基于NX和PLC的煤礦主扇風(fēng)機(jī)虛擬仿真系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)需求

（1）控制功能

手動(dòng)控制功能：PLC能夠?qū)我辉O(shè)備進(jìn)行單獨(dú)控制，分別是PLC輸出點(diǎn)能夠?qū)︼L(fēng)機(jī)前軸電機(jī)、后軸電機(jī)進(jìn)行開停控制；PLC輸出點(diǎn)能夠?qū)︼L(fēng)道風(fēng)門進(jìn)行開、停、關(guān)控制；PLC輸出點(diǎn)能夠?qū)M(jìn)線柜、母聯(lián)柜進(jìn)行分合閘控制。

一鍵啟停控制功能：在此模式下，可以在虛擬模型上實(shí)現(xiàn)一鍵啟停功能，PLC能夠按照操作規(guī)程自動(dòng)控制進(jìn)線柜、電機(jī)、風(fēng)門等設(shè)備控制。

一鍵倒風(fēng)機(jī)控制功能：在此模式下，可以實(shí)現(xiàn)一鍵切換2臺(tái)風(fēng)機(jī)的倒換功能。

（2）狀態(tài)量模擬功能

實(shí)時(shí)模擬通風(fēng)機(jī)（設(shè)備）性能參數(shù)：礦井負(fù)壓、流量、風(fēng)速、全/靜壓等。

實(shí)時(shí)模擬風(fēng)機(jī)的電量參數(shù)：電流、電壓、功率等。

實(shí)時(shí)模擬設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)：振動(dòng)烈度、定子及軸承溫度。

實(shí)時(shí)模擬風(fēng)門位置。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

虛擬仿真系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)分為主控制器、虛擬對象、監(jiān)控終端等三部分。

主控制器：選用西門子S7-200Smart系列PLC作為主控制器，型號(hào)為ST20 DC/DC/DC。

被控對象：礦井風(fēng)機(jī)虛擬仿真模型

監(jiān)控終端：筆記本電腦

整個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)備及設(shè)備清單如表1所示。

2 仿真模擬

2.1 仿真模擬原理

本方案采用西門子NX進(jìn)行建模及機(jī)電概念設(shè)計(jì)，通過KEPserver將NX中機(jī)電概念設(shè)計(jì)模塊與西門子PLC S7-200Smart連接，實(shí)現(xiàn)了PLC模塊控制三維模型運(yùn)動(dòng)及一些主要功能，主要配置流程如圖2所示。

2.2 建立三維模型

本系統(tǒng)采用西門子NX12.0軟件對三維模型仿真設(shè)計(jì)，將設(shè)計(jì)階段所需要的礦井風(fēng)機(jī)各種設(shè)備在仿真環(huán)境里建立起來，如圖3所示。建立基本機(jī)電對象并設(shè)置運(yùn)動(dòng)副、約束等，接著進(jìn)行外部信號(hào)配置及信號(hào)映射。

3 結(jié)論

本文介紹了基于西門子PLC和NX三維軟件的礦井通風(fēng)機(jī)虛擬仿真系統(tǒng)。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)真實(shí)PLC對虛擬通風(fēng)機(jī)各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制，并能模擬通風(fēng)機(jī)各種關(guān)鍵參數(shù)。本系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、功能齊全等特點(diǎn)，其應(yīng)用能夠大大提高礦井通風(fēng)機(jī)運(yùn)維人員的專業(yè)技能。

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