淺析主通風(fēng)機遠程監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)

張 銳

（西山煤電集團 機電處設(shè)備科，山西 太原030053）

1 概述

煤礦主要通風(fēng)機配用遠程監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，其主要目的是為了在煤礦地面集中控制中心，集中對礦井的主要通風(fēng)機進行遠程的開啟或停止操作，以及在線監(jiān)測監(jiān)控主要通風(fēng)機運行參數(shù)的功能，實現(xiàn)主通風(fēng)機房無人值守，達到減人增效的目的，實現(xiàn)在煤礦地面集中控制中心對主要通風(fēng)機的遠程開停控制和監(jiān)測的功能操作。

主要通風(fēng)機遠程監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)必須采用質(zhì)量好、可靠性高的PLC控制器作為硬件支持，同時選用先進的過程控制軟件，配合上位工控機進行監(jiān)測，綜合考慮主通風(fēng)機運行時的各種安全因素，完成電氣參數(shù)、氣動參數(shù)、溫度參數(shù)等各類信號的采集檢測和現(xiàn)場設(shè)備的遠程操作。實現(xiàn)主要通風(fēng)機監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的實時報警，運行信息顯示，歷史報表統(tǒng)計和處理等功能操作。

監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中的 PLC（Programmable Logic Controller，可編程控制器）主要用來對風(fēng)機運行或停止?fàn)顟B(tài)下的電壓、電流、各種溫度、負壓、風(fēng)速實時進行采集檢測，并同時完成風(fēng)量、全壓等數(shù)據(jù)的計算，此外還對高壓開關(guān)的狀態(tài)進行監(jiān)測，配合上位工控機完成遠程監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的顯示和操作功能。

2 系統(tǒng)功能

1）系統(tǒng)配置了先進的可編程控制器，數(shù)據(jù)處理能力強、速度快、連續(xù)、可靠。

2）系統(tǒng)監(jiān)測的信號種類齊全，數(shù)量多，可以對風(fēng)門電動機的接觸器、熱繼電器運行狀態(tài)及風(fēng)門開到位、關(guān)到位的狀態(tài)進行監(jiān)測，并能夠遠程或就地控制電動機的正轉(zhuǎn)／反轉(zhuǎn)啟動，實現(xiàn)風(fēng)門遠方的打開和關(guān)閉。系統(tǒng)可以同時監(jiān)測電機高壓開關(guān)柜的電壓、電流、功率等電氣參數(shù)，監(jiān)測斷路器、接觸器狀態(tài)、轉(zhuǎn)換開關(guān)、保護動作信號等參數(shù)并能實現(xiàn)電機高開柜遠程的分合控制。

3）系統(tǒng)提供了標(biāo)準(zhǔn)的通訊接口及OPC協(xié)議，可以兼容風(fēng)機在線監(jiān)測儀等設(shè)備，并在監(jiān)測監(jiān)控主機電腦屏幕上顯示風(fēng)量、風(fēng)速、風(fēng)壓等氣動參數(shù)，電流、電壓等電氣參數(shù)，軸承及三相定子等溫度參數(shù)；系統(tǒng)可以與礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)集中管理，有利于把握全礦的安全狀況。

4）系統(tǒng)有歷史數(shù)據(jù)儲存功能，可以根據(jù)需求設(shè)置不同時間間隔的存儲方式，將風(fēng)機各類參數(shù)進行實時記錄存儲并繪制成相關(guān)的數(shù)據(jù)曲線，為日后風(fēng)機檢修或查找故障提供數(shù)據(jù)支持。

5）系統(tǒng)具有以太網(wǎng)、RS485接口，可方便與礦井綜合自動化控制網(wǎng)絡(luò)、電力監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。

2.1 東風(fēng)井風(fēng)機房概況

杜兒坪礦東風(fēng)井主通風(fēng)機房位于太原市西銘鄉(xiāng)新道村附近，于2012年8月正式投入運行，是杜兒坪礦四個主通風(fēng)機房之一。目前為杜兒坪礦井下北三十五尺等盤區(qū)提供通風(fēng)保障。

2.1.1 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)概況

東風(fēng)井風(fēng)機房采用中國礦業(yè)大學(xué)徐州博聯(lián)生產(chǎn)的BLA—FJI型主通風(fēng)機網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)控系統(tǒng)對風(fēng)機相關(guān)的運行參數(shù)進行監(jiān)測監(jiān)控。通過利用微電子、傳感器、自動控制、信號處理、計算機、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，再基于企業(yè)計算機網(wǎng)絡(luò)，使得該系統(tǒng)實現(xiàn)了主要通風(fēng)機相關(guān)運行參數(shù)、數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測，該系統(tǒng)監(jiān)測內(nèi)容豐富，控制功能完善，實時性強、安全可靠、操作方便。

BLA－FJI型主通風(fēng)機網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)控系統(tǒng)包括PLC檢測系統(tǒng)、觸摸屏、工控機監(jiān)控系統(tǒng)三部分（見圖1）。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（1）PLC檢測系統(tǒng)：

PLC硬件 ：采用西門子S7－300PLC可編程控制器，硬件系統(tǒng)主要由電源模塊（PS）、CPU模塊、數(shù)字量輸入輸出模塊（DI／DO）、模擬量輸入輸出模塊（AI／AO）、通信模塊（CP）組成。通過將輸入信號的設(shè)備與PLC輸入端子相連，將受控制的執(zhí)行設(shè)備與PLC輸出端子相連，PLC將各類信號在其內(nèi)部進行邏輯運算，實現(xiàn)主通風(fēng)機的自動監(jiān)測監(jiān)控與報警功能。

① 電源模塊（PS）將AC220V轉(zhuǎn)為DC24V，能夠為PLC硬件組提供可靠電源。

②CPU模塊主要用于存儲PLC內(nèi)的相關(guān)程序，并對采集回的數(shù)字量或模擬量數(shù)據(jù)進行邏輯計算、判斷。

③ 數(shù)字量輸入輸出模塊（DI／DO）主要用于控制立式風(fēng)門的開啟、關(guān)閉，電機加熱器的啟動和停止，電機高開柜斷路器的分合，并對風(fēng)門開到位、關(guān)到位狀態(tài)、加熱器啟停狀態(tài)、高開柜斷路器分合狀態(tài)進行進行監(jiān)測。

④ 模擬量輸入輸出模塊（AI／AO）主要對風(fēng)機負壓、流量、電壓、電流、電機溫度和振動等參數(shù)進行AD轉(zhuǎn)換，以便實現(xiàn)后臺監(jiān)控系統(tǒng)的顯示。

⑤ 通信模塊（CP）主要用于完成與觸摸屏、上位機進行通信的功能。

（2）觸摸屏：該系統(tǒng)配有TPC1063E觸摸屏，該觸摸屏可以與PLC通訊，完成風(fēng)機各類運行參數(shù)的現(xiàn)場監(jiān)測，并通過交換機將數(shù)據(jù)實時傳送到后臺監(jiān)測系統(tǒng)和遠程的監(jiān)控系統(tǒng)中。

（3）工控機監(jiān)控系統(tǒng)：采用MCGS網(wǎng)絡(luò)組態(tài)軟件，可實現(xiàn)對PLC和觸摸屏的無縫連接并進行數(shù)據(jù)監(jiān)測，該系統(tǒng)實時性強、安全可靠、操作方便。

工控機監(jiān)控系統(tǒng)功能介紹：

① 能夠監(jiān)測主通風(fēng)機電機的運行狀態(tài)，監(jiān)測各級電機的前后軸承溫度以及三相定子溫度等溫度參數(shù)。監(jiān)測風(fēng)道內(nèi)氣流靜壓、全壓、風(fēng)量等氣動參數(shù)。監(jiān)測電機的電壓、電流、頻率、有功、無功、功率因數(shù)等電氣參數(shù)。

②能夠按照現(xiàn)場要求對所監(jiān)測的各類參數(shù)定時進行記錄、繪制曲線，并對歷史參數(shù)進行查詢、打印。由用戶設(shè)置報警上下限定值，重要參數(shù)超過限定值時，系統(tǒng)能夠及時給出聲光報警，便于發(fā)現(xiàn)、匯報和處理問題。

③ 能夠按要求實時記錄風(fēng)機運行的相關(guān)數(shù)據(jù)并生成報表及曲線，便于現(xiàn)場設(shè)備管理。

④ 通過MCGS軟件，有授權(quán)的網(wǎng)絡(luò)終端用戶能夠在遠方查閱實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。

⑤ 系統(tǒng)對程序和數(shù)據(jù)進行安全管理，不同級別的用戶有不同的訪問權(quán)限，有效防止未授權(quán)用戶修改監(jiān)控系統(tǒng)參數(shù)。

⑥ 該系統(tǒng)可接入煤礦工業(yè)環(huán)網(wǎng)交換機，通過工業(yè)環(huán)網(wǎng)快速接入礦井綜合自動化平臺，提供OPC接口與自動化平臺無縫連接，實現(xiàn)主要通風(fēng)機的監(jiān)測監(jiān)控和數(shù)據(jù)共享。

⑦ 可實現(xiàn)主要通風(fēng)機的遙控自動啟停、自動倒換功能。可實現(xiàn)本地手動、本地自動、遠程手動、遠程自動等多種控制方式。

（4）在線監(jiān)測傳感器：完成現(xiàn)場各類風(fēng)機運行參數(shù)的采集工作。

2.2 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)功能

（1）通風(fēng)數(shù)據(jù)監(jiān)測：每臺風(fēng)機都安裝有壓力環(huán)管，壓力環(huán)管接入壓力變送器再進入監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)主通風(fēng)機氣動參數(shù)的實時監(jiān)測。

（2）風(fēng)機運行狀態(tài)監(jiān)測：系統(tǒng)能夠監(jiān)測每臺風(fēng)機、各級電機的運行參數(shù)，包括電網(wǎng)電壓、電機電流、功率因數(shù)、電量、高開柜斷路器的分合閘狀態(tài)、電機三相定子溫度、電機前后軸承溫度、風(fēng)機軸向與徑向振動等數(shù)據(jù)。

（3）系統(tǒng)監(jiān)測的各類運行參數(shù)都能夠通過TPC1063E觸摸屏和上位機，完成實時監(jiān)測、報警、儲存、查詢的功能，并形成報表和曲線。具體功能如下：系統(tǒng)自動繪制12小時內(nèi)的實時曲線、168小時內(nèi)歷史曲線；實時監(jiān)測各類運行參數(shù)，對重要參數(shù)有超限報警功能；系統(tǒng)設(shè)置了操作權(quán)限，經(jīng)系統(tǒng)授權(quán)的人員正確登陸后才能根據(jù)權(quán)限設(shè)定進行設(shè)備操作或者系統(tǒng)設(shè)置等工作；系統(tǒng)支持遠程網(wǎng)絡(luò)控制瀏覽，內(nèi)網(wǎng)用戶可通過遠程服務(wù)對風(fēng)機監(jiān)測監(jiān)控界面進行瀏覽，及時了解風(fēng)機運行等情況，為避免設(shè)備故障提供保證及支持。

（4）系統(tǒng)能夠提供標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議接口，具備聯(lián)網(wǎng)功能。

（5）反風(fēng)作業(yè)時，監(jiān)測系統(tǒng)能實現(xiàn)正常監(jiān)測監(jiān)控功能。東風(fēng)井風(fēng)機房監(jiān)測監(jiān)控界面見圖2。

圖2 東風(fēng)井風(fēng)機房監(jiān)測監(jiān)控界面

2.3 通訊系統(tǒng)概況

杜兒坪礦工業(yè)環(huán)網(wǎng)是由環(huán)網(wǎng)交換機為構(gòu)成的工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)。該網(wǎng)絡(luò)用光纜作為主干傳輸介質(zhì)，建立一個環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)冗余，保證在網(wǎng)絡(luò)單點故障時，通信依然正常。而東風(fēng)井風(fēng)機房因地域較遠，不能直接接入環(huán)網(wǎng)，只能以星型拓撲接入中部變電站再接入地面中心機房。

東風(fēng)井風(fēng)機房做為地面環(huán)網(wǎng)節(jié)點，在機房內(nèi)配置了節(jié)點交換機，該節(jié)點交換機可連接機房內(nèi)的主通風(fēng)機監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，以達到采集數(shù)據(jù)和控制的目的，主通風(fēng)機監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)可通過其RJ45通信接口與礦井環(huán)網(wǎng)節(jié)點交換機進行通訊連接，調(diào)度中心可通過網(wǎng)絡(luò)權(quán)限認定后對風(fēng)機進行遠程監(jiān)測監(jiān)控。

3 結(jié)語

杜兒坪礦東風(fēng)井風(fēng)機房在用的BLA—FJI型主通風(fēng)機網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)控系統(tǒng)已基本具備對主要通風(fēng)機進行遠程監(jiān)測監(jiān)控的功能，但要實現(xiàn)真正意義上的無人值守還有一些部分需要進行改進，如：東風(fēng)井風(fēng)機房主通風(fēng)機監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)可接入工業(yè)環(huán)網(wǎng)交換機并進行遠程監(jiān)測監(jiān)控，但機房內(nèi)交換機設(shè)備未接通，且遠程監(jiān)控的訪問權(quán)限需由相關(guān)網(wǎng)絡(luò)人員進行級別設(shè)定，保證遠程操作的安全性。此外主通風(fēng)機監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)采集的反饋信號種類還可以進行補充，現(xiàn)階段只有風(fēng)門開啟、關(guān)閉信號是通過操作臺風(fēng)門開啟／關(guān)閉指示燈的節(jié)點并入PLC。增加風(fēng)門電動機接觸器、熱繼電器狀態(tài)、電機高開柜斷路器分、合狀態(tài)等數(shù)據(jù)的采集及監(jiān)測，并采用可靠的接線方式將各類信號接入PLC，才能保證遠程控制的準(zhǔn)確、可靠。

〔1〕工業(yè)以太網(wǎng)，赫斯曼公司資料.

〔2〕杜兒坪礦井自綜合自動化信息系統(tǒng)設(shè)計方案，西山煤電集團公司內(nèi)部資料.

〔3〕煤礦主通風(fēng)機在線監(jiān)測系統(tǒng)，中國礦大徐州博聯(lián)資料.

〔4〕沈鑫剡 .計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用.