煤礦井下局部通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用研究

毛 亮

（山西省長治市煤炭安全信息調(diào)度中心，山西 長治 046000）

煤礦井下工作面通風(fēng)系統(tǒng)的作用主要是提供新鮮空氣，稀釋并排出有害氣體，消除煤礦開采中的安全隱患，保障煤礦生產(chǎn)的正常進(jìn)行。局部通風(fēng)機(jī)是煤礦井下掘進(jìn)通風(fēng)的核心設(shè)備，由局部通風(fēng)機(jī)及控制系統(tǒng)組成的通風(fēng)系統(tǒng)是掘進(jìn)工作中的重要措施。為減少瓦斯超限事故發(fā)生，長治縣紅山煤礦與中煤科工集團(tuán)重慶研究院合作，開發(fā)應(yīng)用煤礦井下局部通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對井下局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)行集中監(jiān)測與控制，保障了紅山煤礦的通風(fēng)安全。

1 煤礦井下局部通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

山西省長治縣紅山煤礦現(xiàn)有14套井下局部通風(fēng)機(jī)，配套電磁啟動器為八達(dá)電氣有限公司的QJZ-4×120/140（660）SF礦用隔爆兼本質(zhì)安全型風(fēng)機(jī)用雙電源真空電磁起動器。由于控制點(diǎn)較少，系統(tǒng)使用西門子公司的S7-200型PLC作為控制核心。

局部通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)工作原理：采用現(xiàn)場層、控制層和管理層來實(shí)現(xiàn)自動控制，各層之間通過控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)合成一個完整的集控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。管理層利用友好人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，PLC作為控制器完成邏輯處理和控制任務(wù)，遠(yuǎn)程IO實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和上傳以及控制指令的執(zhí)行。

紅山煤礦井下局部通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)分為地面上位機(jī)與井下PLC控制站兩部分，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)包括多個PLC控制站，用于采集瓦斯傳感器、真空電磁啟動器數(shù)據(jù)并通過工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)上傳至上位機(jī)。上位機(jī)通過分析和記錄數(shù)據(jù)，對異常情況進(jìn)行語音提示與故障記錄，在滿足操作條件的前提下，可以對局部通風(fēng)機(jī)真空電磁啟動器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和定值修改等操作。

PLC控制站與局部通風(fēng)機(jī)真空電磁啟動器綜保之間通過485通信，對綜保進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢，并下發(fā)控制指令。在主、副局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口和真空電磁啟動器處安裝瓦斯A感器，監(jiān)測局部通風(fēng)機(jī)及真空電磁啟動器附近的瓦斯?jié)舛取?/p>

局部通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)平時仍以人工就地分合閘作為首要控制手段，遠(yuǎn)程控制功能作為備控制手段，僅在能夠確保局部通風(fēng)機(jī)及真空電磁啟動器附近瓦斯?jié)舛炔怀?，且需要立啟動局部通風(fēng)機(jī)的前提下，由調(diào)度人員通過地面上位機(jī)對局部通風(fēng)機(jī)真空電磁啟動器進(jìn)行人工遠(yuǎn)程分合閘操作。

圖1 紅山煤礦井下局部通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 煤礦井下局部通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件分析

系統(tǒng)對瓦斯?jié)舛确浅Ｃ舾?，因此，在程序中，系統(tǒng)將瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)作為警戒值，任意組瓦斯?jié)舛瘸蓿疾荒軐植客L(fēng)機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，但可保持正常通信。系統(tǒng)采集局部通風(fēng)機(jī)真空電磁啟動器綜保提供的所有數(shù)據(jù)并上傳，使調(diào)度人員對井下局部通風(fēng)機(jī)工作狀況一目了然，不需要前往現(xiàn)場。系統(tǒng)會對485通信進(jìn)行檢測，當(dāng)通信中斷時，系統(tǒng)軟件會自動向上位機(jī)發(fā)布中斷報警信號，便于調(diào)度人員掌握情況，安排維修人員檢查故障，提高了管理自動化水平，節(jié)約了工作時間。

由于局部通風(fēng)機(jī)遍布全礦工作面，且型號不盡相同，為了正常使用局部通風(fēng)機(jī)，工作人員每次更換局部通風(fēng)機(jī)后，都需對局部通風(fēng)機(jī)真空電磁啟動器的綜保進(jìn)行參數(shù)修改。部分區(qū)域由于地形復(fù)雜，如單純依靠人工就地修改則效率十分低下，因此工作人員通過系統(tǒng)的遠(yuǎn)程定值修改和遠(yuǎn)程復(fù)位功能，就可以提高工作效率。

3 組態(tài)監(jiān)控界面

上位機(jī)安裝組態(tài)軟件，可對井下各臺局部通風(fēng)機(jī)以及真空電磁啟動器的運(yùn)行參數(shù)，如電壓、電流、瓦斯?jié)舛鹊冗M(jìn)行全程監(jiān)測及統(tǒng)計；可對各局部通風(fēng)機(jī)的安裝位置、操作、責(zé)任人等信息進(jìn)行記錄；能夠在異常發(fā)生時以聲光報警方式將報警信息通知給操作人并進(jìn)行記錄；還能夠判斷各控制站的以太網(wǎng)通信是否正常，并給予提示。組態(tài)軟件通過并行通信方式與各PLC控制站通信，個別通信站與組態(tài)軟件間的通信斷不會影響其他控制站間的正常通信。

3.1 主界面

系統(tǒng)通過圖形化的主界面可直觀顯示各局部通風(fēng)機(jī)的主要參數(shù)，能進(jìn)入單臺局部通風(fēng)機(jī)的主界面查看每臺局部通風(fēng)機(jī)具體參數(shù)，并能對局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。為了避免誤操作，系統(tǒng)對操作人員實(shí)行登錄權(quán)限管理，并且對其進(jìn)行遠(yuǎn)程控制管理。只有在系統(tǒng)顯示啟動條件，且具備操作權(quán)限的人員操作時，系統(tǒng)才允許對局部通風(fēng)機(jī)實(shí)施遠(yuǎn)程分合閘操作。否則，系統(tǒng)會顯示警告畫面提示，而不允許操作人員進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。

3.2 定值參數(shù)界面

操作人員可以在定值參數(shù)界面中設(shè)置主從延時、額定電流、短路倍數(shù)等參數(shù)，滿足不同局部通風(fēng)機(jī)的控制要求。另外，如果局部通風(fēng)機(jī)開關(guān)因故障發(fā)生了主、從機(jī)切換，操作人員可在該界面中進(jìn)行故障查詢與故障復(fù)位。

3.3 歷史查詢界面

歷史查詢界面分為歷史記錄查詢界面和歷史曲線查詢界面兩部分。操作人員可以在歷史記錄查詢界面中查詢以往發(fā)生的報警記錄，對故障進(jìn)行回溯，也可以在歷史曲線查詢界面中選擇相關(guān)參數(shù)，查看參數(shù)的連續(xù)變化趨勢，以便更好地分析和判斷故障。

3.4 報表界面

報表界面按時間分為時報表、日報表、月報表等。系統(tǒng)在報表中可顯示各控制站的主要數(shù)據(jù)。操作人員對報表時間、需查詢的控制站號進(jìn)行選擇后，就可以迅速生成直觀的報表記錄，并可根據(jù)需要進(jìn)行打印存檔。

4 應(yīng)用效果分析

煤礦井下局部通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在長治縣紅山煤礦進(jìn)行了實(shí)踐應(yīng)用。從試運(yùn)行的情況來看，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，能有效地實(shí)現(xiàn)其功能。（1）當(dāng)系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)得到報警預(yù)警時，會順利完成自動倒機(jī)功能。（2）系統(tǒng)能實(shí)時地顯示風(fēng)機(jī)運(yùn)行的數(shù)據(jù)，并能對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、記錄和調(diào)用操作。（3）該系統(tǒng)能對遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)畫面進(jìn)行發(fā)布，同時對各畫面進(jìn)行監(jiān)控。

當(dāng)前煤礦井下局部通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的成功應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了井下局部通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的參數(shù)監(jiān)測、遠(yuǎn)程控制，定值修改、遠(yuǎn)程故障復(fù)位等功能，該系統(tǒng)的應(yīng)用提高了通風(fēng)系統(tǒng)的自動化水平，可以降低通風(fēng)崗位工作人員的勞動強(qiáng)度，提高工作效率。另外，該系統(tǒng)通過標(biāo)準(zhǔn)接口接入到紅山煤礦綜合自動化系統(tǒng)當(dāng)中，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的上傳，對于紅山煤礦全面建設(shè)數(shù)字化、智能化礦山起到了積極的推動作用。

5 結(jié)語

煤礦井下局部通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是以PLC為控制核心，高速工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)為控制平臺的實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)，符合煤礦特殊生產(chǎn)環(huán)境及安全生產(chǎn)的需求，可以有效降低人力物力的投入，提高生產(chǎn)效率。煤礦井下局部通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在長治縣紅山煤礦中的成功運(yùn)行，降低了通風(fēng)系統(tǒng)安全事故的發(fā)生概率，為實(shí)現(xiàn)紅山煤礦高效高產(chǎn)安全開采奠定了基礎(chǔ)。