凡口礦東風井通風機遠程監控的實現

中金嶺南凡口鉛鋅礦　周　勇

凡口礦東風井通風機遠程監控的實現

中金嶺南凡口鉛鋅礦周勇

本文針對通風機的工作環境和運行特點，介紹了可編程邏輯控制器（PLC）在凡口礦山通風系統中的應用；分析了通風機自動控制系統的組成和設計；并介紹了PLC與其他智能裝置及計算機聯網組成的遠程監控系統，為通風設備的管理和維修提供了可靠的科學依據。

通風機；PLC；遠程監控

0　前言

礦井通風系統主要是為了解決礦井內空氣的流通問題，使在井下作業的人員能夠正常工作并使有害氣體能夠及時地疏散到井外大氣中去（有的排出氣體需先經過處理，如我礦通風井經過噴淋裝置過濾后排出氣體）。故對通風設施進行系統化管理和利用優越的控制與監視系統的工作就顯得尤為重要。

1　凡口礦礦井通風概況

礦井的氣候條件常用風流的溫度、濕度及風速三個參數進行綜合評價。井下工作地點最適宜的氣候條件是：空氣溫度為15℃至20℃，空氣相對濕度為50%至60%，所要求風速的大小根據氣溫的高低和其它條件而定，無提升設備的風硐其最高風速為15m/s。這三個參數是影響人體散熱的主要因素。風速不僅對人體散熱及舒適有重要影響，還對礦塵懸浮、炮煙集聚、井巷通風阻力等有較大關系。因此，為了改善礦井氣候條件，防止炮煙集聚，要求井巷風速不能太低；為了防止井巷中落塵飛揚、產生較大的通風阻力等，要求風速也不能過大。在井通風氣候條件三要素中，濕度與溫度密切相關，但由于濕度控制比較困難，故改善氣候條件的重點就是將井下、特別是采掘工作面的氣溫和風速進行適當調節，通過按需分風決定各工作面的風量。凡口礦井下通道四通八達，縱深寬廣，最深處距地面882m，每條通道橫向距離達2-5公里，每個中段通道總長長在20公里以上，全部礦井通道總長在500公里左右，且通道截面寬闊。因此，控制溫度不切實際，而控制風量風速變得切實可行。除風井通風外，井下使用小型風機往深遠的通道通風。

2　通風機遠程監控系統的硬件設計

2.1通風機的運行控制方式

本系統可實現遠方中控室控制、本地控制二種開機方式，通風機亦可實現反轉運行。兩種方式均可可實現風機控制、風門控制、潤滑站、噴淋系統、水箱、變頻器等手、自動控制，緊急情況下，操作臺、現場、中控室可以急停風機。

2.2通風機的參數檢測

本系統由于主、輔設備多，分類廣，所用到的檢測裝置也各式各樣，主要有：

（1）溫度信號的檢測：采用測量電阻作為傳感器，變送器為多路溫度巡檢儀，可顯示、轉變信號、報警。

（2）啟/停信號的檢測：主要用于各種機電設備啟/停狀態檢測，并把檢測到的設備啟/停信號轉換成各種標準信號傳輸給PLC。

（3）風量的檢測：使用一體式壓力變送器進行風量、風壓檢測，并顯示和輸出電信號。

（4）振動參數的檢測：使用一體化振動變送器。將傳統的振動傳感器、精密測量電路集成在一起，實現了高精度振動測量。一體化振動變送器主要安裝在風機裝置的軸承蓋上，可測量振動烈度或者振動幅度。它是由運動線圈切割磁力線產生輸出信號的變送器。

（5）壓力的檢測：需要檢測風道中的靜壓和全壓。壓力的測量采用鉆孔取壓。測點選擇在通風機的入口，將取得的壓力信號通過壓力傳感器轉換成電信號。

（6）電氣參數檢測方式：關于電氣參數，就是電力系統中配備的空載電流與負載電流，此外，功率、電壓、電能、功率因數也是一個重要的部分。此外，電壓開關柜還需要應用到多功能智能儀表與綜合保護裝置，可以對線路和電量進行保護和采集，相關的電氣參數是可以利用這一裝置來獲取的。

（7）信號采集設備：采用隔離變壓器和高精度穩壓電源，提高系統工作的穩定性。選用高精度的變送器將一次信號轉換成標準的4至20mA電流。傳輸信號采用屏蔽電纜，減弱電磁耦合干擾。系統的專用軟件完成數據的采集、分析等工作，從而實現系統的各項功能。

（8）系統的通訊：通訊網絡采用總線網絡拓撲，現場通訊采用profibus-DP通訊網絡，上位機與PLC、上位機和遠方控制（集控室）網絡則采用以太網方式通訊，遠距離通過光纖與中央控制室工業控制計算機聯網，實現通風機的遠程監視和控制。

2.3系統的輸入/輸出模塊

數字量輸入模塊用于連接外部的機械觸點和電子數字傳感器，例如光電開關、按鈕等，它將來自現場的外部數字量信號的電平轉換為PLC內部的信號電平，有數字濾波功能，以防止由于輸入觸點抖動或外部干擾脈沖引起的錯誤信號。S7-300的數字量輸入模塊為SM321。S7-300的模擬量輸入模塊SM331，用于將模擬量信號轉換為CPU內部處理用的數字信號，其主要組成部分是A/D轉換器。

數字量輸出模塊在電動機啟動器、燈、接觸器、驅動電磁閥中都有著廣泛的應用，這一模塊能夠將內部信號電平轉化為外部信號電平，還可以起到放大功率以及隔離器的作用。本研究應用的S7-300數字量輸出模塊采用了SM322，其中S7-300模擬量輸出模塊可以直接應用在CPU中，并將其轉化為相應比例的電壓信號與電流信號，可以直接對執行機構產生調節與控制作用。

3　通風機遠程監控系統軟件應用模式

3.1程序的設計方式

系統PLC程序的設計應用分塊程序結構模式，將工程任務分為不同的任務模塊，每一個模塊都可以根據子程序來實施處理工作，在開展處理工作時，CPU會不間斷工作，在遇到子程序調用指令時，就會執行相應的工作。雖然分塊程序結構相對復雜，但是可以將復雜的控制任務簡單化，程序員編寫起來也非常容易，具體的程序編寫模式如下：

（1）主程序：用來調用各種功能或功能塊，以實現各種功能。

（2）初始化程序：開始執行自動控制程序之前，要求系統處于規定的初始狀態，將初始步對應的存儲器位置位于1狀態，初始步變為活動步，為實現自動控制做好準備，當通風機運行后存儲器位被復位。

（3）風門的控制程序：風門打開與關閉均采用天車控制，檢測開關有開到位、關到位、過卷開關，風門輔助設備電動推桿開關位置信號則采用行程開關。為防止通風時形成風流短路，嚴禁兩個通風機的風門同時打開，程序設計為相互閉鎖。

（5）正常通風時通風機電機的控制程序：為防止兩個電機同向啟動運行，兩個電機之間分別設計電氣互鎖。

3.2通風機的啟動

通風機在未采用變頻器驅動時應開風門啟動，在安裝變頻器系統后，通風機應關住風門啟動，其原因是帶變頻器啟動時，其啟動時比直接啟動力矩小，電機慢慢開始轉動，若開啟風門啟動，受其它風井反向風力影響，導致啟動失敗。啟動條件還包括潤滑系統、噴淋系統、水箱系統（包括水閥），高壓系統、變頻系統以及電機、風機各參數滿足條件，各轉換開關在準確位置。待風機啟動正常穩定后，打開風門，再進行加速，直至滿足所要求的速度。通風機啟動可在現場儀表柜、操作臺利用按鈕啟動；也可以在上位機啟動，下圖為上位機風機啟動界面。

3.3通風機的運行與遠程監控

通風機啟動后需根據井下實際作業人數、作業面、作業內容和其它一些情況來調節轉速，如我礦在周一至周六白天將風機調至最高轉速，而周日和晚上則調至最高轉速的80%，這樣為企業節約了不少能源。下圖為通風機運行主畫面，其還包含有風機啟動、報警、歷史記錄等子畫面，隨時可以進行切換觀察。主畫面顯示風機溫度、振動、電機溫度、電流、轉速、功率，潤滑站、風門系統以及水箱等的部分參數和系統的其它狀態參數等。

4　結束語

通風機是保證礦井安全生產的主要核心設備之一，其工作狀況對礦井的企業運營效益有很大的影響。通過選用具有優良性能的傳感器、變流器等檢測裝置，可以對通風機及相關配套設備進行實時狀態監測。