通風機倒機動態監控系統

摘 要：本項目采用西門子S7-300 PLC作為礦井通風機不停風自動倒機系統的控制核心，采用基于OPC協議實現PLC與上位機的通信，設計監控系統，解決由于停風時存在的各項安全隱患問題。

關鍵詞：通風機；倒機；動態監控

1 項目背景

本成果屬機電工程學科領域。以往礦井過程中存在以下問題，一是整個倒機過程所經歷的時間同時也是系統的停風時間。假定所有操作可以連續進行，那么系統停風的持續時間包括：運行風機停機和其風門由全開到全閉的時間備用風機的風門由全閉到全開的時間和備用風機電機啟動沖擊電流回落的時間。對于高瓦斯礦井和深部開采礦井，現場運行經驗表明，倒機過程中的停風（即使嚴格控制在煤炭安全規程規定的10min時間內）也可能帶來瓦斯超限，使煤礦安全生產隨時而臨著瓦斯超限的威脅?？梢?，現有倒機方式下，通風設備的安全是以一段時間的系統停風為前提的，無法適應高瓦斯礦井和當前許多礦井深部開采的需要。二是現有的倒機方式并未考慮備用風機的電機突然無法啟動的情況。事實上，煤礦通風機一般遠離礦井變電所，設備容量大、轉動慣量大、帶負荷啟動，啟動特點為：沖擊電流大、持續時間長、線路壓降大、電機過熱，因此備用風機能否順利啟動成為礦井通風機定期切換的關鍵問題。據現場了解，在運行風機停運的情況下，啟動備用風機過程中曾出現過備用風機啟動失敗的案例。可見，煤炭安全規程雖然強調了風機備用的重要性，但在目前的倒機方式下，這種通風機的備用屬于冷備用方式，備用風機啟動具有很大的不確定性，沒有充分發揮通風機備用的功效，在倒機過程中對于通風系統來說是不夠安全的。因此，目前通風機的冷備用方式和與之配套的，方式存在弊端。按照煤礦安全隱患不放過的原則，迫切需要研究新的倒機方法和控制策略。

2 成果主要做法

2.1 優化倒機過程，實現自動倒機過程中的不停風；將傳統的倒機模式的風機冷備用，轉變成風機的熱備用。倒機的具體步驟為：（1）開啟備用風機；（2）開啟備用風機風門；（3）關閉運行風機風門；（4）關閉運行風機。從倒機流程中可以看出：優化后的倒機過程中不會出現因為倒機而出現的停風情況，由于實現了倒機過程中風機的熱備用，倒機過程中各種安全隱患大大減少了。

2.2 基于組態軟件完成通風機不停風自動倒機系統上位機監控界面設計，實現日常監控自動倒機過程的監視系統參數設置的主界面和用于非日常監視信息、各種報表、趨勢圖及幫助信息或完成各工藝流程操作的子界面設計。

本系統的監控管理軟件平臺概要設計的總體結構如圖1所示，本系統的客戶端程序以Siemens 的WinCC中集成的OPC服務器為過渡平臺通過系統的網絡系統對下位機 STEP7-300 進行遠程實時數據訪問。對于風機監控管理系統而言，上位機監控管理系統可分為主控機程序和服務器程序兩大部分。主控機程序是負責采集下位機數據、發布對風機及其相關設備控制命令、傳送實時監測數據給 OPC 服務器、顯示實時數據的現場測量值以及生成聲光報警等功能；而服務器程序負責風機參數值的后臺計算，并維護數據庫系統中數據的完整性等功能。

為了可以同時準確方便的對1#風機和2#風機各個參數進行監控，本系統專門設置了實時參數監控界面，將1#風機和2#風機所有參數全部列入其中，使用戶達到一目了然的效果。如圖3所示

3 發現、發明及創新點

礦井通風機不停風自動倒機系統構成為：①S7-300 PLC控制柜：西門子S7-300 PLC相關模塊等（采集、處理、傳遞信號、控制相關部件）；②相關傳感器：負壓傳感器（采集壓力）、溫度傳感器（采集溫度）、風門開關狀態傳感器（采集風門開關量）；③上位機：工控機（監控軟件運行的硬件基礎）、監控軟件（向用戶提供圖形化界面）。

創新點：（1）采用倒機前通風機熱備用思想，解決現有的冷備用方式存在的隱患。（2）將OPC協議應用于PLC與上位機的通信，實現了良好的信息傳輸功能，在基于OPC傳輸協議的基礎上了設計開發了一套界面友好、功能全面的風機監控上位機軟件系統。（3）系統具有完備的報警及故障記錄程序，為技術人員排查隱患故障提供依據。

4 效果效益分析

由于本項目采用西門子S7-300 PLC作為礦井通風機不停風自動倒機系統的控制核心，采用基于OPC協議實現PLC與上位機的通信，使用VC實現上位機的監控軟件設計。使得系統的性能穩定、動作速度快、靈敏度高、可靠性好。該系統自動化水平高，減少了人工抄表和勞動強度，提高了工作效率；根據各煤礦往年的維修統計數據顯示，因舊式倒機過程和自動化程度較低一些安全隱患不易被發現，每年都會造成瓦斯超限事故和相關設備的損壞，損失高達上百萬元，該系統完善后，這種損失基本上可以全部避免；通風機安裝該系統后，井下因為倒機造成的停風完全得到避免，可以減少因為倒機停風造成的安全事故和經濟損失。本項目將PLC控制技術改變了倒機策略，實現了倒機過程中風機的熱備用，結合組態軟件實現遠程監控，充分PLC組態靈活可靠性高的特點，既節省了大量的人力、物力，又大大提高了礦井，的安全可靠性及自動化管理水平，同時為其它企業或單位的，系統的監控提供了借鑒和參考。因此，項目推廣前景可觀。

參考文獻

[1]李文忠，安生輝.實用電機控制電路[M].北京：化學工業出版社，2003.

[2]王兆安，黃俊.電力電子技術[M].北京：機械工業出版社，2000.

作者簡介：王合心（1976，12-），男，漢族，安徽省蕭縣人，助理工程師，畢業于中國礦大機械電子專業，現任安徽省淮北市岱河礦業有限責任公司安監處機運科科長。