基于PLC和光纖中繼器控制的遠(yuǎn)程監(jiān)測裝置

錢廠生，王先敏，王 鑫，駱 宇，蘆 安

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 武山銅礦，江西 瑞昌 332204）

武山銅礦是一座井采銅礦山，采礦以地下作業(yè)為主。由于地下構(gòu)造的復(fù)雜性，經(jīng)常出現(xiàn)各種成分復(fù)雜的有毒有害氣體，到達(dá)一定濃度時，對人體產(chǎn)生危害。為滿足井下工作人員呼吸所必須的新鮮空氣，需采用通風(fēng)機(jī)將井下的有害氣體排出，輸送新鮮空氣。通風(fēng)機(jī)需24小時運轉(zhuǎn)，保證井下的空氣輸送。當(dāng)夏季打雷閃電時，武山銅礦北配電站偶爾會保護(hù)跳閘，在地面上無法判斷井下設(shè)備是否正常運行。但井下通風(fēng)機(jī)通常設(shè)在巷道偏遠(yuǎn)地方，通常這些巷道行人稀少，無法實時監(jiān)測，相對維護(hù)較少，不易操作控制。自然巷道時常有松石掉落，安全系數(shù)較低，存在一定安全隱患。且每天的需兩名工作人員下井巡檢，耗費人力和精力。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷提升與突破，井下通風(fēng)設(shè)備及系統(tǒng)的創(chuàng)新力度也不斷提升。目前，井下采礦通風(fēng)自動化控制已經(jīng)成為井下重要應(yīng)用技術(shù)該系統(tǒng)可以實現(xiàn)自動化調(diào)節(jié)及控制，不僅提升了效率而且做到了節(jié)能減排。井下采礦通風(fēng)自動化控制系統(tǒng)主要是通過遠(yuǎn)程控制中心，將井下信息情況進(jìn)行實時監(jiān)測，并采用安置攝像頭及感應(yīng)裝置等，為防止風(fēng)險產(chǎn)生及隱患存在提供提前預(yù)警服務(wù)，從根本上起到降低與消除井下作業(yè)開采安全隱患等問題。本設(shè)計提供了一種基于PLC控制器和光纖通訊中繼器控制器相結(jié)合的裝置，是兩套相互獨立的系統(tǒng)，可同時監(jiān)測與控制井下通風(fēng)機(jī)，具有良好的穩(wěn)定性。

1 監(jiān)測與控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 控制柜結(jié)構(gòu)

如下圖1所示，控制柜由1、開關(guān)電源，2、斷路器，3、光纖通訊中繼器，4、PLC控制器，5、220V繼電器，6、信號隔離器，7、24V繼電器，8、電壓變送器，9、電流變送器，10、端子排組成。

圖1 控制柜結(jié)構(gòu)圖

開關(guān)電源與斷路器連接，斷路器與PLC控制器及光纖通訊中繼器連接，220V繼電器連接與PLC控制器及光纖通訊中繼器連接，信號隔離器與PLC控制器及光纖通訊中繼器連接，24V繼電器與PLC控制器及光纖通訊中繼器連接。端子排分別與220V繼電器、24V繼電器和電壓變送器連接。

圖2 控制柜實物圖

1.2 元器件作用

模擬量數(shù)字量混合光纖光纖中繼器：可同時支持1~4通道模擬量信號（電流/電壓）、1~4通道開關(guān)量/數(shù)字量信號、以及1路RS232/RS485信號的光纖中繼。該設(shè)備采用雙電源供電，高性能ARM芯片處理器，10位AD轉(zhuǎn)換芯片，解決了電磁干擾、地環(huán)干擾和雷電破壞的難題，大大提高了控制信號可靠性、安全性和保密性，同時也解決了電纜傳輸距離受限的問題。

MIK-DJV系列交流電壓變送器：用于測量交流電壓，特別使用于工頻 50Hz 正弦波交流電壓。最佳的性能/價格比，耗電損，體積小，重量輕，安裝簡便，測量電壓直接輸入。

MIK-DJI系列接線式交流電流變送器：用于測量交流電流，特別使用于工頻50Hz 正弦波交流電流。最佳的性能/價格比，耗電損，體積小，重量輕，安裝簡便，穿孔輸入，無插入損耗。

1.3 工作原理

（1）開關(guān)電源給光纖通訊中繼器及PLC控制器供電。

（2）220V繼電器連接端子排，將井下通風(fēng)機(jī)啟動、運行、故障、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止等狀態(tài)反饋給光纖通訊中繼器及PLC控制器。

（3）井下溫度巡檢儀傳輸?shù)哪M信號通過信號隔離器將電機(jī)溫度分成兩個信號傳輸給光纖通訊中繼器及PLC控制器。

（4）24V繼電器連接端子排1，將光纖通訊中繼器及PLC控制器的啟動、運行、故障、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止等控制指令傳遞給井下通風(fēng)機(jī)。

（5）電壓變送器連接端子排將井下通風(fēng)機(jī)380V電壓轉(zhuǎn)變成4mA~20mA的模擬信號傳輸給光纖通訊中繼器及所述PLC控制器。

（6）電流變送器串接現(xiàn)場電流互感器二次回路，將回路的0A~5A電流變成4mA~20mA模擬信號傳輸給光纖通訊中繼器及所述PLC控制器。

1.4 故障監(jiān)測代碼

以上代碼可實現(xiàn)對電壓、電流、溫度實現(xiàn)實時故障監(jiān)測。當(dāng)電壓低于250V、電流高于300A或溫度高于110°C時，該段程序會進(jìn)行故障顯示并停機(jī)保護(hù)。

圖3 1號故障顯示

圖4 1號電流顯示

圖5 程序段5代碼

2 調(diào)試安裝及試運行

2.1 調(diào)試安裝

武山銅礦采礦車間通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測與控制設(shè)備于2020年10月15日安裝完成。在安裝調(diào)試過程中，設(shè)備出現(xiàn)的主要問題及解決辦法見下表。

表1 調(diào)試安裝故障分析表

2.2 試運行

遠(yuǎn)程監(jiān)測與控制系統(tǒng)于2020年11月17日試運行，截至2020年12月17日正常穩(wěn)定運行了一個月。圖6為光纖中繼器所控制的無紙記錄儀顯示的畫面，圖7為PLC控制器所控制的觸摸屏顯示畫面。兩個顯示畫面中的數(shù)據(jù)大致相同，根據(jù)表2表3所示：電機(jī)電壓都為400V左右，電機(jī)電流都為270A左右，電機(jī)溫度都為60℃左右。均為正常數(shù)值，且可通過顯示屏從地面直接控制井下-160通風(fēng)機(jī)的運行、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)。試運行期間未發(fā)生異常問題，該控制系統(tǒng)運行可靠。

圖6 無紙記錄儀

圖7 觸摸屏

表2 風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)監(jiān)測表

表3 風(fēng)機(jī)控制實驗數(shù)據(jù)表

3 結(jié)語

井下礦山生產(chǎn)作業(yè)的核心實質(zhì)是穩(wěn)固安全，而電氣自動化控制技術(shù)正好有效地解決了相關(guān)的安全問題。通過設(shè)計一種基于PLC控制器和光纖通訊中繼器控制器相結(jié)合的裝置，可監(jiān)測與控制井下通風(fēng)機(jī)，有效預(yù)防與緩解了礦下危險事故的發(fā)生，為提高礦業(yè)產(chǎn)量與企業(yè)壯大發(fā)展打下堅持的保障基礎(chǔ)。