礦井主通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)應(yīng)用

董彪+李洪國(guó)+楊憲民+陳廣友

摘 要：煤礦主通風(fēng)機(jī)設(shè)備的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)普遍存在著穩(wěn)定性差、故障點(diǎn)多、出現(xiàn)問(wèn)題不易查找、監(jiān)測(cè)內(nèi)容不全面、通訊接口協(xié)議互補(bǔ)兼容等缺點(diǎn)，已無(wú)法滿(mǎn)足礦井安全生產(chǎn)和自動(dòng)化管理的需要。本文主要闡述煤礦主通風(fēng)機(jī)如何提高運(yùn)行的安全性和可靠性，使通風(fēng)機(jī)房具備無(wú)人值守條件。

關(guān)鍵詞：智能化監(jiān)控管理；無(wú)人值守；故障預(yù)警預(yù)報(bào)；自動(dòng)化控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.05.063

0 引言

主通風(fēng)機(jī)設(shè)備主要功能是對(duì)環(huán)境參數(shù)、風(fēng)機(jī)性能參數(shù)和電氣參數(shù)的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)以及風(fēng)機(jī)設(shè)備的簡(jiǎn)單控制功能，但不具有自動(dòng)化控制和管理的功能。這種狀況已成為制約煤礦安全生產(chǎn)、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和自動(dòng)化管理水平的瓶頸之一。

1 研究實(shí)施方案

以主通風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)的采集與監(jiān)測(cè)；自動(dòng)化控制功能程序的設(shè)計(jì)；故障診斷算法的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)信息的傳輸?shù)葹橹饕芯績(jī)?nèi)容。其核心技術(shù)主要包括通風(fēng)機(jī)、電機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)（降壓?jiǎn)?dòng)、變頻啟動(dòng)及勵(lì)磁啟動(dòng)）、高壓開(kāi)關(guān)柜系統(tǒng)、風(fēng)門(mén)控制系統(tǒng)等設(shè)備的故障識(shí)別、預(yù)報(bào)技術(shù)，各系統(tǒng)之間信息傳輸?shù)目偩€(xiàn)技術(shù)、自動(dòng)化控制算法和可靠性等方面。

（1）系統(tǒng)采用RS485和以太網(wǎng)等現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，保證了系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?、快速性，有效地屏蔽了現(xiàn)場(chǎng)的各種干擾，提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性，將為煤礦主通風(fēng)機(jī)設(shè)備、壓縮機(jī)設(shè)備的安全運(yùn)行提供一個(gè)重要保障。

（2）基于Force control組態(tài)軟件研制開(kāi)發(fā)的智能化監(jiān)控管理系統(tǒng)，將具有主風(fēng)機(jī)設(shè)備、壓縮機(jī)設(shè)備參數(shù)實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、報(bào)表打印、自動(dòng)化控制和網(wǎng)絡(luò)傳輸功能，為煤礦大型機(jī)電設(shè)備的自動(dòng)化管理提供一個(gè)重要途徑。

（3）通過(guò)冗余性的控制單元構(gòu)建系統(tǒng)，使整個(gè)控制系統(tǒng)具有更高的可靠性，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制功能奠定一個(gè)重要基礎(chǔ)。

（4）研究準(zhǔn)確、可靠的流量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)方法和裝置，解決當(dāng)前風(fēng)機(jī)設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)中流量檢測(cè)不準(zhǔn)確的難題。

（5）開(kāi)發(fā)監(jiān)測(cè)內(nèi)容全面且控制準(zhǔn)確可靠，并具有主通風(fēng)機(jī)設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制智能化的聯(lián)合自動(dòng)化控制系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)主通風(fēng)機(jī)房的無(wú)人值守提供條件。

（6）研究通風(fēng)機(jī)運(yùn)行中喘振狀態(tài)的預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)的算法，準(zhǔn)確預(yù)報(bào)通風(fēng)機(jī)在高負(fù)壓條件下運(yùn)行的喘振故障。

2 主要研究?jī)?nèi)容

本項(xiàng)目的主要研究?jī)?nèi)容是以礦用主風(fēng)機(jī)設(shè)備為對(duì)象，研制一套礦用主通風(fēng)機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)。研究?jī)?nèi)容涉及的對(duì)象包括具有繼電保護(hù)裝置的開(kāi)關(guān)柜、電機(jī)控制系統(tǒng)、通風(fēng)機(jī)設(shè)備和壓縮機(jī)設(shè)備。根據(jù)研究對(duì)象的特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，完成了一下工作：總體技術(shù)方案的確定；硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和選型，軟件系的構(gòu)建；系統(tǒng)自動(dòng)化控制程序的設(shè)計(jì)與編制、故障診斷算法的設(shè)計(jì)與編制；設(shè)備安裝，實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。

說(shuō)明：實(shí)線(xiàn)為控制線(xiàn)，箭頭方向代表被控對(duì)象；虛線(xiàn)為檢測(cè)線(xiàn)，箭頭方向代表顯示設(shè)備。

（1）自動(dòng)化監(jiān)控管理系統(tǒng)是一套礦用主通風(fēng)機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，其主要功能包括：風(fēng)機(jī)設(shè)備的在線(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、動(dòng)態(tài)顯示和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；風(fēng)機(jī)設(shè)備的自動(dòng)控制和故障報(bào)警；集中管理與控制系統(tǒng)各部分之間的相互通訊；系統(tǒng)的遠(yuǎn)程通訊與控制。在該系統(tǒng)的研發(fā)過(guò)程中，主要從軟件系統(tǒng)、故障診斷算法、硬件系統(tǒng)等三個(gè)方面開(kāi)展工作。

（2）在監(jiān)控系統(tǒng)的研制過(guò)程中選用了三維力控組態(tài)軟件作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，它具有以下主要特點(diǎn)：實(shí)時(shí)性強(qiáng)、并行處理性能良好；豐富、生動(dòng)的多媒體畫(huà)面；開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，廣泛的數(shù)據(jù)獲取和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能；完善的安全機(jī)制；強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能；多樣化的報(bào)警功能。同時(shí)，用Force control開(kāi)發(fā)軟件系統(tǒng)還具有開(kāi)發(fā)周期短、通用性強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。如圖2所示，利用Force control進(jìn)行軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的原理為：在組態(tài)環(huán)境下進(jìn)行構(gòu)建系統(tǒng)動(dòng)態(tài)畫(huà)面、設(shè)計(jì)流程控制、定制報(bào)表、硬件設(shè)備連接等組態(tài)工作，生成組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)；利用生成的組態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，在Force control的控制下即可以完成監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行。

圖3所示為軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，它由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶(hù)窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和運(yùn)行策略五個(gè)部分構(gòu)成。

（3）在礦井主通風(fēng)機(jī)智能化監(jiān)控管理系統(tǒng)中，用主控窗口和用戶(hù)窗口來(lái)構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)的人機(jī)交互圖形界面，這些界面包括監(jiān)控系統(tǒng)主畫(huà)面、實(shí)時(shí)曲線(xiàn)畫(huà)面、歷史曲線(xiàn)畫(huà)面、倒機(jī)操作畫(huà)面、故障記錄報(bào)警與查詢(xún)畫(huà)面、高壓開(kāi)關(guān)柜信息畫(huà)面和變頻器信息畫(huà)面等；將各種不同類(lèi)型和功能的對(duì)象或構(gòu)件組態(tài)起來(lái)，同時(shí)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理。

（4）設(shè)備窗口專(zhuān)門(mén)用來(lái)放置不同類(lèi)型和功能的設(shè)備構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的操作和控制。設(shè)備窗口通過(guò)設(shè)備構(gòu)件把外部設(shè)備的數(shù)據(jù)采集進(jìn)來(lái)，送入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，或把實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)輸出到外部設(shè)備。在本系統(tǒng)中，在設(shè)備窗口中主要進(jìn)行S7-300等硬件設(shè)備的參數(shù)設(shè)置。在一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)中只有一個(gè)設(shè)備窗口，運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)打開(kāi)設(shè)備窗口，管理和調(diào)度所有設(shè)備構(gòu)件正常工作，并在后臺(tái)獨(dú)立運(yùn)行。

（5）在礦井主通風(fēng)機(jī)智能化監(jiān)控管理系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)用來(lái)管理所有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，它相當(dāng)于一個(gè)數(shù)據(jù)處理中心，同時(shí)也起到公用數(shù)據(jù)交換區(qū)的作用，是監(jiān)控系統(tǒng)軟件的核心。從外部設(shè)備采集來(lái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)送入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)其它部分操作的數(shù)據(jù)也來(lái)自于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)完成對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的報(bào)警處理和存盤(pán)處理，同時(shí)它還根據(jù)需要把有關(guān)信息以事件的方式發(fā)送給系統(tǒng)的其它部分，以便觸發(fā)相關(guān)事件，進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。在基于三維力控開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)采用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，為其它部分提供服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)各個(gè)功能部件的數(shù)據(jù)共享。

3 推廣應(yīng)用效果

采用西門(mén)子S7-300控制器冗余系統(tǒng)，具有極高的可靠性。同時(shí)，通過(guò)對(duì)風(fēng)門(mén)系統(tǒng)的改造，具有了不停風(fēng)倒機(jī)操作方式。不僅有效地提高了礦井通風(fēng)的安全性，而且在國(guó)內(nèi)的主風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)處于領(lǐng)先的位置，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。在風(fēng)機(jī)的流量測(cè)量、喘振故障預(yù)報(bào)、溫度故障預(yù)備等方面，目前礦用主通風(fēng)機(jī)監(jiān)控的故障報(bào)警普遍采用的是邏輯控制，對(duì)處于萌芽狀態(tài)的故障不具有預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的功能。

4 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、控制設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并可根據(jù)需要進(jìn)行自動(dòng)化控制和操作，從根本上提高了設(shè)備運(yùn)行的安全性和可靠性，并有效避免了風(fēng)機(jī)運(yùn)行在不經(jīng)濟(jì)工況點(diǎn)。系統(tǒng)完善的故障預(yù)警預(yù)報(bào)、自動(dòng)化控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控管理功能，使通風(fēng)機(jī)房具備了無(wú)人值守條件，節(jié)省了人力資源，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，具有重要的社會(huì)效益。

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