礦井通風(fēng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

劉思敏

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)安全管理部督查大隊(duì)二中隊(duì)，山西 大同 037003）

引言

煤礦通風(fēng)系統(tǒng)是保證礦井開(kāi)采安全的重要措施。通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行給礦井內(nèi)作業(yè)提供了新鮮的空氣，并排出礦井內(nèi)部的氣體及粉塵。隨著自動(dòng)化開(kāi)采技術(shù)的進(jìn)步，為了提高通風(fēng)系統(tǒng)的性能，依據(jù)礦井內(nèi)部的狀態(tài)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的調(diào)整[1]，成為提高運(yùn)行效率保證礦井安全的重要方法。對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)整，必須要實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，建立通風(fēng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

1 礦井通風(fēng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

對(duì)礦井的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，需要對(duì)礦井的通風(fēng)機(jī)布置進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，如圖1 所示為煤礦的主通風(fēng)機(jī)布置圖。依據(jù)通風(fēng)機(jī)的布置，進(jìn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，滿足根據(jù)礦井內(nèi)不同狀態(tài)的風(fēng)量需求變化進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，既能獨(dú)立運(yùn)行，又能兩級(jí)電機(jī)同時(shí)運(yùn)行，并且單臺(tái)故障時(shí)，備用風(fēng)機(jī)能夠快速啟動(dòng)，滿足煤礦的通風(fēng)要求，保證礦井安全[2]。

圖1 礦井通風(fēng)機(jī)整體布置圖

礦井通風(fēng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要功能要實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)的變頻控制，對(duì)通風(fēng)機(jī)的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，包括系統(tǒng)的電流參數(shù)及系統(tǒng)的風(fēng)速、壓力等，對(duì)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測(cè)，具備遠(yuǎn)程和本地控制的功能，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控并下發(fā)指令，系統(tǒng)具備故障報(bào)警的功能，能對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行故障進(jìn)行預(yù)警[3]。

礦井通風(fēng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用集中管理的方式進(jìn)行分散式控制，系統(tǒng)的整體架構(gòu)如圖2 所示，系統(tǒng)主要包括現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量級(jí)、基礎(chǔ)控制級(jí)、監(jiān)控管理級(jí)三個(gè)部分[4]。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量級(jí)由變頻器、溫度采集、風(fēng)量采集等多種傳感器組成，進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)的參數(shù)測(cè)量，并對(duì)通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行變頻控制；基礎(chǔ)控制及時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分，由PLC 控制模塊、模擬量及通訊模塊等組成，進(jìn)行程序的編制實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的采集及處理；監(jiān)控管理機(jī)是通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)的人機(jī)接口，完成與PLC的通訊及數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)顯示及指令的輸入等控制。

圖2 礦井通風(fēng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體架構(gòu)圖

2 礦井通風(fēng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要硬件的設(shè)計(jì)

礦井通風(fēng)系統(tǒng)的供電系統(tǒng)為獨(dú)立雙電源供電模式，兩路電源相互自鎖，供電系統(tǒng)采用柜式一體化結(jié)構(gòu)，供電系統(tǒng)的組成主要包括變壓器、低壓進(jìn)線柜、低壓配電柜、聯(lián)絡(luò)柜、變頻柜及UPS 電源，供電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)及在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的不間斷供電。

對(duì)于監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行控制，由于礦井內(nèi)部的環(huán)境惡劣，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，采用工業(yè)控制常用的PLC 作為主控制器，具有較高的可靠性及較強(qiáng)的適應(yīng)性，滿足礦井環(huán)境的應(yīng)用。采用西門(mén)子S7-1200系列的PLC，具有較高的靈活性和可靠性，并且具有豐富的輸入輸出接口，滿足系統(tǒng)的使用需求[5]。

通風(fēng)系統(tǒng)采用兩臺(tái)軸流通風(fēng)機(jī)，在運(yùn)行過(guò)程中滿足一用一備的工作方式，每臺(tái)通風(fēng)機(jī)具有獨(dú)立的兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，依據(jù)風(fēng)量的需求來(lái)進(jìn)行電機(jī)的運(yùn)行。在使用過(guò)程中，兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速要保證一致，電機(jī)的運(yùn)行達(dá)到同步，風(fēng)機(jī)既可以單級(jí)運(yùn)行，也可以雙級(jí)運(yùn)行，系統(tǒng)的變頻調(diào)節(jié)原理如圖3 所示。系統(tǒng)的變頻器選用ABB 變頻器ACS800-04P，具有較多的應(yīng)用場(chǎng)合，功能強(qiáng)大，能夠進(jìn)行靈活的編程應(yīng)用，滿足大功率的風(fēng)機(jī)應(yīng)用。

圖3 變頻調(diào)節(jié)原理圖

對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行信息采集，需要多種不同類(lèi)型的傳感器。適宜的傳感器能夠提高系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，降低系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)參數(shù)主要包括供電系統(tǒng)的電壓、電流等，風(fēng)機(jī)運(yùn)行的壓力、瓦斯?jié)舛取L(fēng)量、溫度等參數(shù)，選用的采集裝置主要包括振動(dòng)、壓力、溫度、瓦斯?jié)舛取L(fēng)速傳感器及相應(yīng)的變送器及采集儀表[6]。

3 礦井通風(fēng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

通風(fēng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件采用組態(tài)軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，上位機(jī)軟件主要包括工程項(xiàng)目的管理界面、人機(jī)界面、系統(tǒng)配置、數(shù)據(jù)庫(kù)及組件工具，軟件開(kāi)發(fā)的整體流程如圖4 所示。

圖4 軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)流程

上位機(jī)軟件采用工業(yè)以太網(wǎng)的形式進(jìn)行通訊，在組態(tài)軟件中進(jìn)行I/O 接口的設(shè)置。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)是進(jìn)行監(jiān)控的基礎(chǔ)部分，建立PLC的寄存器地址及變量點(diǎn)的關(guān)聯(lián)是進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)建的主要工作，將PLC 傳輸來(lái)的系統(tǒng)參數(shù)包括電量參數(shù)、溫度參數(shù)、風(fēng)速、瓦斯含量等模擬量參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)，并依據(jù)系統(tǒng)指令進(jìn)行數(shù)據(jù)的調(diào)用。

系統(tǒng)的軟件界面采用窗口分布的形式，主要包括監(jiān)控主頁(yè)、系統(tǒng)控制、趨勢(shì)變化曲線、報(bào)警記錄、數(shù)據(jù)報(bào)表及用戶管理，通過(guò)窗口系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)的管理分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的控制。

通過(guò)上位機(jī)監(jiān)控軟件的開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)與PLC 系統(tǒng)的通訊，建立系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)時(shí)地顯示監(jiān)控畫(huà)面，并具有報(bào)警及用戶管理的功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的監(jiān)控控制。

4 結(jié)語(yǔ)

礦井通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)于礦井的安全性具有重要的影響。建立礦井通風(fēng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，依據(jù)礦井的狀態(tài)，實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)調(diào)整礦井通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，可提高礦井通風(fēng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。該系統(tǒng)通過(guò)本地控制和上位機(jī)遠(yuǎn)程控制的方式控制風(fēng)機(jī)的云狀，通過(guò)多種傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，并通過(guò)PLC的分析處理傳輸至上位機(jī)軟件中，提供各類(lèi)參數(shù)的曲線及報(bào)表，并具有指令下發(fā)的功能，動(dòng)態(tài)地調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，提高了礦井通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行效率，保證了礦井開(kāi)采的安全高效。