煤礦通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

馬曉東

（大同煤礦集團(tuán)安監(jiān)局監(jiān)察五處， 山西 大同 037001）

引言

礦用通風(fēng)機(jī)是通風(fēng)系統(tǒng)中的重要通風(fēng)設(shè)施之一，通風(fēng)機(jī)高效運(yùn)行是采掘工作面安全生產(chǎn)的重要保障，但是傳統(tǒng)煤礦通風(fēng)機(jī)采用獨(dú)立監(jiān)控系統(tǒng)，且無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對風(fēng)機(jī)、風(fēng)門進(jìn)行聯(lián)合控制，當(dāng)風(fēng)門開啟時(shí)無法對通風(fēng)機(jī)吸風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，而且當(dāng)風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)無法遠(yuǎn)程監(jiān)測、維修等，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)故障率高，通風(fēng)系統(tǒng)紊亂現(xiàn)象嚴(yán)重。對此，大同煤礦集團(tuán)安監(jiān)局監(jiān)察五處通過技術(shù)研究，設(shè)計(jì)了一套煤礦通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，并在雁崖煤業(yè)公司三盤區(qū)井下實(shí)際應(yīng)用。

煤礦通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是一種能夠?qū)聼o人值守地點(diǎn)利用網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)控的一套自動化數(shù)字設(shè)備，該系統(tǒng)主要利用PLC對各類收集的信息進(jìn)行分析并處理，信息收集主要通過安裝在各地點(diǎn)的傳感器完成，同時(shí)人工可以通過遠(yuǎn)程操控電腦對井下風(fēng)門和通風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)人機(jī)配合。

1 通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及功能

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

煤礦通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用PC端與PLC結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)對變頻通風(fēng)機(jī)的控制，傳感器通過數(shù)字和模擬兩種方式獲取信號，再通過通信端口進(jìn)行采集，采集后的信號經(jīng)過PLC處理后由輸出端口輸出數(shù)字和模擬量，通過這種方式調(diào)節(jié)電機(jī)的頻率來改變風(fēng)門的開關(guān)。

1.2 系統(tǒng)主要功能

1）風(fēng)門的啟閉。如果操作人員想要關(guān)閉風(fēng)門，可以通過操作軟件菜單內(nèi)的停止按鈕來實(shí)現(xiàn)井下風(fēng)門的關(guān)閉及風(fēng)機(jī)停止。如果操作人員想要開啟風(fēng)門，可以通過操作軟件菜單內(nèi)的開啟按鈕來實(shí)現(xiàn)井下風(fēng)門的開啟及風(fēng)機(jī)開啟。為了能夠保證風(fēng)門開啟到準(zhǔn)確位置，技術(shù)人員還加裝了位置感應(yīng)器。當(dāng)風(fēng)門開啟到最佳位置時(shí)，位置感應(yīng)器會發(fā)出停止信息，風(fēng)門停止開啟。

2）反風(fēng)時(shí)啟動防爆門閉鎖功能。操作人員在進(jìn)行反風(fēng)時(shí)，由于風(fēng)流與電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)均存在慣性，因此要先等電機(jī)完全停止后再進(jìn)行反向運(yùn)轉(zhuǎn)，避免風(fēng)機(jī)負(fù)荷過大發(fā)生跳閘。因此需在控制系統(tǒng)中設(shè)置延長時(shí)間，待電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)后方可進(jìn)行反風(fēng)操作。

3）實(shí)時(shí)監(jiān)測風(fēng)機(jī)電機(jī)各類變量。在風(fēng)機(jī)電機(jī)上安裝溫度傳感器，溫度傳感器能夠?qū)㈦姍C(jī)溫度通過溫度模塊進(jìn)行收集并將信號傳遞給PLC處理。顯示大屏可以將風(fēng)機(jī)的風(fēng)速、風(fēng)量、風(fēng)壓的曲線圖顯示出來。系統(tǒng)還可以將電機(jī)軸承及三相繞組溫度、一氧化碳濃度、風(fēng)機(jī)震動位移等各類參數(shù)顯示出來，避免風(fēng)機(jī)電機(jī)發(fā)生異常[1-3]。

2 通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1.1 局部通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

局部通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要由以下設(shè)備組成：PLC、防爆攝像頭、存儲電源、監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備。

1）存儲電源：由于井下工作環(huán)境惡劣，各類設(shè)備的電源常常會由于火災(zāi)及塌方等緊急事故斷電，斷電后監(jiān)控設(shè)備就失去了實(shí)時(shí)監(jiān)測的作用，遠(yuǎn)方操作系統(tǒng)也失去了遠(yuǎn)程監(jiān)測的能力。為了能夠避免因斷電造成監(jiān)測設(shè)備監(jiān)控失效的情況，技術(shù)人員在監(jiān)控系統(tǒng)中加裝了一套存儲電源。存儲電源可以保證井下發(fā)生大面積停電后，監(jiān)控系統(tǒng)仍然可以運(yùn)行2 h，可以為操控人員遠(yuǎn)程操控留出搶救時(shí)間[4]。

2）防爆攝像頭：為了能夠?qū)︼L(fēng)門進(jìn)行監(jiān)控，技術(shù)人員在風(fēng)門上部安裝防爆攝像頭。防爆攝像頭均達(dá)到了國家要求的防爆標(biāo)準(zhǔn)。視頻數(shù)據(jù)通過光纖進(jìn)行傳輸，最終到達(dá)指揮中心的計(jì)算機(jī)上。

3）監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備：能夠?qū)崿F(xiàn)對井下工作面風(fēng)量與風(fēng)速、監(jiān)控設(shè)備的開關(guān)、風(fēng)筒壓力的監(jiān)測。

2.1.2 遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)

遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)采用本質(zhì)安全型防爆設(shè)備，主要包括軟件和硬件部分。監(jiān)控人員可以通過操作組態(tài)軟件對井下設(shè)備的風(fēng)速、風(fēng)量等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，硬件包括鍵盤、鼠標(biāo)、處理器、顯示大屏及顯卡。

2.1.3 工業(yè)以太網(wǎng)

雁崖煤業(yè)公司三盤區(qū)采用千兆以太網(wǎng)進(jìn)行礦井各類數(shù)據(jù)的傳輸，指揮中心的所有數(shù)據(jù)均是通過以太網(wǎng)進(jìn)行傳輸。礦井維修要安排專人對以太網(wǎng)進(jìn)行維護(hù)，確保數(shù)據(jù)的上傳質(zhì)量。

2.1.4 地面指揮大廳

地面指揮大廳設(shè)立在調(diào)度大廳，室內(nèi)安裝一臺工控計(jì)算機(jī)。工控計(jì)算機(jī)包括軟件和硬件部分。硬件包括鍵盤、鼠標(biāo)、處理器、顯示大屏及顯卡。監(jiān)控人員可以通過操作組態(tài)軟件對井下風(fēng)機(jī)設(shè)備的風(fēng)速、風(fēng)量等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)可以完成數(shù)據(jù)報(bào)表、參數(shù)記錄、危險(xiǎn)提示。指揮人員也可以通過視頻查看風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

2.2 系統(tǒng)工作原理

1）自動監(jiān)控系統(tǒng)采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)管理、電腦、自動化控制技術(shù)，能夠合理地將各類技術(shù)進(jìn)行融合，最終實(shí)現(xiàn)對主通風(fēng)機(jī)及其他設(shè)備參數(shù)的控制，便于操作人員更加靈活地對設(shè)備進(jìn)行控制。該系統(tǒng)使用的信息模塊采用現(xiàn)代工業(yè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[5]。通過以太網(wǎng)將電腦和PLC連接，處理后的信息通過TCP/IP的方式傳遞到上位機(jī)。系統(tǒng)使用以太網(wǎng)接口來擴(kuò)展輸出接口，不僅能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，還能滿足設(shè)備各類參數(shù)及影像的傳遞。

2）PLC柜為井下風(fēng)機(jī)的風(fēng)速、風(fēng)量、壓力、溫度、開關(guān)狀態(tài)等數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)站，所有數(shù)據(jù)均通過礦內(nèi)光纖環(huán)網(wǎng)進(jìn)行傳遞。為了能夠確保指揮中心數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，監(jiān)控方式采用指揮中心、監(jiān)控地點(diǎn)、監(jiān)控設(shè)備三級聯(lián)控，三者之間互不干擾且獨(dú)立運(yùn)行。顯示大屏可以顯示井下風(fēng)機(jī)設(shè)備的風(fēng)速、風(fēng)量、數(shù)據(jù)報(bào)表、參數(shù)記錄、危險(xiǎn)提示。

3 結(jié)語

雁崖煤業(yè)公司三盤區(qū)通風(fēng)機(jī)安裝通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)后，實(shí)現(xiàn)了井下風(fēng)機(jī)及其他設(shè)備的各類參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，采用指揮中心、監(jiān)控地點(diǎn)、監(jiān)控設(shè)備三級聯(lián)控方式確保了風(fēng)機(jī)參數(shù)的穩(wěn)定性，同時(shí)該系統(tǒng)能夠降低工作人員的勞動強(qiáng)度，確保操作人員能夠?qū)崟r(shí)了解井下各類參數(shù)，降低了風(fēng)機(jī)故障率，提高了通風(fēng)穩(wěn)定性，保證了煤礦安全穩(wěn)定生產(chǎn)，對煤礦的安全生產(chǎn)具有較大的意義。