自動(dòng)化控制系統(tǒng)在礦井通風(fēng)機(jī)中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

摘 要：礦井通風(fēng)機(jī)是煤礦生產(chǎn)的關(guān)鍵性設(shè)備，其可靠性和安全性直接關(guān)系到礦井生產(chǎn)的正?；熬伦鳂I(yè)人員的人身安全。目前根據(jù)建設(shè)綜合自動(dòng)化礦井和降低能耗的要求，需要建設(shè)高效節(jié)能、安全先進(jìn)的綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)。文章主要對(duì)孫疃煤礦北風(fēng)井通風(fēng)機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行祥細(xì)介紹。

關(guān)鍵詞：通風(fēng)機(jī)；PLC；在線(xiàn)監(jiān)測(cè)；不停風(fēng)自動(dòng)倒機(jī)

引言

隨著中國(guó)煤炭行業(yè)的不斷發(fā)展，國(guó)家對(duì)安全生產(chǎn)的力度加大，因此對(duì)礦井綜合自動(dòng)化水平提出了較高要求。孫疃煤礦為瓦斯突出礦井，易引起瓦斯超限、爆炸等危險(xiǎn)，嚴(yán)重影響礦井的安全生產(chǎn)，針對(duì)此情況孫疃煤礦北風(fēng)井通風(fēng)機(jī)采用綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)。

1 通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)概況

孫疃煤礦北風(fēng)井通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)是由兩臺(tái)礦用GAF31.5-19-1停車(chē)一次動(dòng)葉可調(diào)軸流式通風(fēng)機(jī)（互為備用）組成。每臺(tái)通風(fēng)機(jī)分別由各自10kV 1600kW的YKK系列三相異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通風(fēng)機(jī)的正風(fēng)和反風(fēng)分別由電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)來(lái)完成。正常情況下只使用主通風(fēng)機(jī)，當(dāng)主通風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)可不停風(fēng)自動(dòng)切換到備用通風(fēng)機(jī)。其高壓兩路電源由孫疃煤礦北風(fēng)井場(chǎng)地35kV變電所10kV不同母線(xiàn)段直接供電，并采用電抗器降壓起動(dòng)。這種通風(fēng)機(jī)和電源的兩套配置以及電抗器起動(dòng)旁路接觸器運(yùn)行的切換，在很大程度上增強(qiáng)了通風(fēng)機(jī)起動(dòng)、運(yùn)行的連貫性和安全性，從而提高了生產(chǎn)效率。

2 通風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

通風(fēng)機(jī)的控制系統(tǒng)采用上位監(jiān)控管理和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制兩級(jí)控制方式。上位監(jiān)控管理主要是對(duì)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)、測(cè)點(diǎn)圖、供電系統(tǒng)圖、工藝參數(shù)表、電氣參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)以及報(bào)警參數(shù)表進(jìn)行顯示，并實(shí)現(xiàn)對(duì)各設(shè)備的控制。現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制采用PLC控制系統(tǒng)，對(duì)所有設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)、狀態(tài)進(jìn)行采集，并通過(guò)內(nèi)部編程對(duì)其實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、手動(dòng)控制。該系統(tǒng)中上位操作站選用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)2套，配備22寸寬屏液晶顯示器，相應(yīng)的控制軟件，以及打印機(jī)、3kVA/2h在線(xiàn)式UPS各一臺(tái)；控制系統(tǒng)采用PLC控制，一套PLC對(duì)應(yīng)一臺(tái)通風(fēng)機(jī)，形成雙機(jī)熱備，系統(tǒng)硬件采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，且系統(tǒng)中模塊均采用熱插拔方式，用戶(hù)可以在不停機(jī)的狀態(tài)下對(duì)系統(tǒng)中的組件進(jìn)行更換。同時(shí)該系統(tǒng)留有與礦井監(jiān)控統(tǒng)連接的以太網(wǎng)接口，通過(guò)對(duì)通風(fēng)機(jī)及配套設(shè)備的集中控制和監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)正風(fēng)、反風(fēng)、雙機(jī)、單機(jī)、主輔風(fēng)機(jī)倒換等的一鍵操作和通風(fēng)機(jī)房的無(wú)人值守功能。系統(tǒng)配置如下圖所示：

通風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)可采集通風(fēng)系統(tǒng)中各項(xiàng)設(shè)備（包括風(fēng)機(jī)、風(fēng)門(mén)、液壓站、潤(rùn)滑油站、高壓柜等）的運(yùn)行參數(shù)、電氣參數(shù)，并可實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)及其輔機(jī)的聯(lián)鎖控制。該系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)參數(shù)包括通風(fēng)機(jī)風(fēng)量、負(fù)壓、風(fēng)速、風(fēng)壓、風(fēng)葉角度等運(yùn)行參數(shù)；風(fēng)門(mén)及制動(dòng)器的狀態(tài)；風(fēng)機(jī)及電機(jī)中的電機(jī)繞組溫度、電機(jī)軸承溫度及風(fēng)機(jī)軸承箱溫度等；檢測(cè)風(fēng)機(jī)和電機(jī)軸承的振幅和振速；通風(fēng)機(jī)房風(fēng)道中風(fēng)速、溫度、壓力、瓦斯、一氧化碳等參數(shù)；液壓站和潤(rùn)滑油站的油壓和溫度；以及風(fēng)機(jī)高壓進(jìn)線(xiàn)回路電流、電壓、功率因數(shù)、電度，高壓電機(jī)回路電流、電壓、有功功率、無(wú)功功率等參數(shù)的檢測(cè)。當(dāng)監(jiān)測(cè)參數(shù)超過(guò)允許值時(shí)，能夠根據(jù)超過(guò)允許值的大小發(fā)出報(bào)警信號(hào)或?qū)崿F(xiàn)故障停機(jī)、風(fēng)機(jī)切換。所有監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和故障信號(hào)可在通風(fēng)機(jī)房控制室顯示和打印，并可上傳礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)。

孫疃煤礦北風(fēng)井選用MZX-1不停風(fēng)倒機(jī)風(fēng)門(mén)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由立式掛網(wǎng)風(fēng)門(mén)、對(duì)空測(cè)試風(fēng)門(mén)、備用檢修風(fēng)門(mén)組成。該系統(tǒng)工作時(shí)在主通風(fēng)機(jī)不停機(jī)的情況下先起動(dòng)備用風(fēng)機(jī)。即當(dāng)備用風(fēng)機(jī)副風(fēng)門(mén)起動(dòng)并達(dá)到額定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，開(kāi)啟備用風(fēng)機(jī)的主風(fēng)門(mén)以及主風(fēng)機(jī)的副風(fēng)門(mén)；當(dāng)主風(fēng)機(jī)與備用風(fēng)機(jī)的主、副風(fēng)門(mén)開(kāi)度達(dá)到一定條件時(shí)，關(guān)閉備用風(fēng)機(jī)的副風(fēng)門(mén)以及主風(fēng)機(jī)的主、副風(fēng)門(mén)，停止主風(fēng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)不停機(jī)起動(dòng)備用風(fēng)機(jī)。在主通風(fēng)機(jī)的切換過(guò)程中，監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)通風(fēng)機(jī)風(fēng)門(mén)、電機(jī)裝置狀態(tài)、附屬設(shè)備、井下風(fēng)量、風(fēng)壓等進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，并將當(dāng)前值送PLC進(jìn)行PID運(yùn)算后發(fā)出控制指令，以便實(shí)時(shí)控制主風(fēng)機(jī)與備用風(fēng)機(jī)主、副風(fēng)門(mén)的開(kāi)度，通過(guò)主、副風(fēng)門(mén)的聯(lián)動(dòng)配合，實(shí)現(xiàn)主風(fēng)機(jī)和備用風(fēng)機(jī)之間的有序、平穩(wěn)切換。另外通過(guò)操作時(shí)限控制，顯示倒機(jī)切換的信息，當(dāng)備用風(fēng)機(jī)起動(dòng)和風(fēng)門(mén)動(dòng)作時(shí)間超限而PLC沒(méi)有接到反饋信號(hào)時(shí)，開(kāi)始報(bào)警，從而使得煤礦生產(chǎn)的安全隱患大大減小以及井下作業(yè)人員的人身安全得到保障。通風(fēng)機(jī)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)按預(yù)先編制好的程序，對(duì)通風(fēng)機(jī)正常切換和故障快速切換進(jìn)行控制和操作指導(dǎo)。系統(tǒng)對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行的風(fēng)量、負(fù)壓以及功率進(jìn)行分析和測(cè)試，同時(shí)自動(dòng)建立數(shù)據(jù)庫(kù)，繪出通風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況曲線(xiàn)和效率曲線(xiàn)。當(dāng)通風(fēng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，利用運(yùn)行記錄的曲線(xiàn)對(duì)故障進(jìn)行分析和判斷，自動(dòng)對(duì)風(fēng)機(jī)的電氣故障、機(jī)械故障和性能故障的三類(lèi)故障進(jìn)行分類(lèi)，針對(duì)致命性故障和非致命性故障給出處理的專(zhuān)家，預(yù)先報(bào)警，直至作出相應(yīng)的控制，確保風(fēng)機(jī)運(yùn)行更加安全可靠。良好的監(jiān)控界面是控制、監(jiān)視和管理整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的核心。在通風(fēng)機(jī)房控制室通過(guò)監(jiān)控主界面不僅可以進(jìn)行不停風(fēng)倒機(jī)及相關(guān)設(shè)備的操作，而且還能動(dòng)態(tài)反映風(fēng)機(jī)重要運(yùn)行階段的工作狀態(tài)。通過(guò)對(duì)監(jiān)控主界面的操作，可進(jìn)入運(yùn)行參數(shù)設(shè)置、運(yùn)行數(shù)據(jù)查詢(xún)、報(bào)表和趨勢(shì)圖、故障查詢(xún)等子界面，以便全面掌握通風(fēng)機(jī)的自動(dòng)切換及運(yùn)行工況等信息，從而提高工作效率以及生產(chǎn)的安全性。

通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的工作方式有集中自動(dòng)、集中手動(dòng)和就地檢修三種。在集中自動(dòng)方式下通風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)按照預(yù)先編制的程序自動(dòng)進(jìn)行起動(dòng)、倒機(jī)、反風(fēng)、停機(jī)等控制；集中手動(dòng)方式啟動(dòng)程序在上位機(jī)上按起動(dòng)流程由控制室通過(guò)鼠標(biāo)或鍵盤(pán)進(jìn)行逐個(gè)控制。即正常情況下使用遠(yuǎn)方一鍵控制或在電腦上手動(dòng)實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的啟停和切換，使井下風(fēng)量、風(fēng)壓在對(duì)風(fēng)機(jī)操作過(guò)程中保持平穩(wěn)過(guò)渡，實(shí)現(xiàn)井下不停風(fēng)。當(dāng)PLC或系統(tǒng)產(chǎn)生故障，不能進(jìn)行自動(dòng)和手動(dòng)控制時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)執(zhí)行應(yīng)急預(yù)案程序，采用就地檢修方式。即通過(guò)置于風(fēng)機(jī)及附屬設(shè)備附近的就地按鈕箱可直接在就地控制液壓站、潤(rùn)滑站、風(fēng)門(mén)、高壓柜、葉片、風(fēng)門(mén)等設(shè)備的啟停并顯示各開(kāi)關(guān)、開(kāi)關(guān)量、模擬量的運(yùn)行狀態(tài)指示，并保證井下始終不停風(fēng)。就地和遠(yuǎn)控操作方式之間存在閉鎖。

3 結(jié)束語(yǔ)

孫疃煤礦北風(fēng)井通風(fēng)機(jī)通過(guò)采用自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了礦井大型設(shè)備的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、控制和管理，使得礦井生產(chǎn)的安全性、可靠性及智能化大大提高。不僅能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)通風(fēng)機(jī)的負(fù)壓、風(fēng)量、全（靜）壓、全（靜）壓效率、軸功率、氣體溫度等氣動(dòng)參數(shù)，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，以數(shù)據(jù)和趨勢(shì)圖等多種方式顯示監(jiān)測(cè)結(jié)果，完成性能測(cè)試；而且還能保證風(fēng)機(jī)自動(dòng)切換過(guò)程中供給風(fēng)量、風(fēng)壓的穩(wěn)定，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地記錄倒機(jī)切換過(guò)程各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行情況。系統(tǒng)接入礦井工業(yè)以太網(wǎng)，通過(guò)OPC技術(shù)解決了不同控制系統(tǒng)之間信息共享與交互的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)房的無(wú)人值守和遠(yuǎn)方監(jiān)測(cè)監(jiān)控，提高了礦井生產(chǎn)的安全性、生產(chǎn)效率以及現(xiàn)代化管理水平，具有良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。