礦井主通風監控系統的設計及測試評估

高春

（山西天地煤機裝備有限公司，山西 太原030006）

1 主通風監控系統的測試

本文提供了主通風監控系統現場驗收的方法和步驟，所描述的測試方法基于合同相關要求，嚴格遵守國家相關質量管理標準，保證產品質量，符合現場實施需要。測試是在系統內部測試完成的基礎上進行的，即已經通過了驗收前的系統聯調和預驗收。測試的目的在于通過對系統功能和性能檢驗，驗證主通風監控系統的各項功能和性能是否滿足合同要求、設計要求[1-3]。

本測試方案的依據是合同、招標文件、設計文件、現場環境和主通風監控系統范圍內的控制設備。企業標準低于招標文件的，按照招標文件要求執行。測試大綱覆蓋標準要求所有內容，并且根據現場實際情況有所增加。

2 系統介紹

主通風監控系統網絡拓樸圖見圖1。本監控系統監控對象主要為2 臺FBCDZ-10-№31 型礦用防爆對旋軸流式通風機 （其中1 臺工作，1 臺備用）和2 臺水平風門絞車、2 臺垂直風門絞車。系統采集的數據來源于：通風機、風門、電動機、高低壓開關設備等。

圖1 主通風監控系統網絡拓樸圖

本系統的硬件主要包括振動傳感器、風速傳感器、負壓和差壓變送器、PLC 控制柜、報警器及上位機及通訊裝置等。

主通風機自動監控系統的安全可靠在煤礦安全生產中起著非常重要的作用。該自動控制系統分為兩個部分，一部分是風機高壓柜的監控，通過硬接線的方式，將高壓柜的重要數據、分合閘狀態以及控制同PLC 控制柜連接，通過PLC控制柜觸摸屏實現高壓控制柜數據、分合閘狀態檢測和控制；另一部分是風機運行各種參數的監測，通過各種傳感器（振動、風機電機的軸溫、風機電機的定子溫度、風速、風量、負壓）將風機運行參數傳輸至PLC 控制柜，通過PLC 控制柜觸摸屏實現風機運行各種參數的監測。通風機系統的各種參數經PLC 邏輯判斷后，對異常情況進行實時報警。通過工業環網將各種信息上傳至調度室控制平臺服務器，實現調度室、集控室的遠程監控。系統需實現的主要功能有以下描述。

（1）監測功能

高壓開關柜信息采集：分合閘狀態、風機電機運行電壓、電流、功率等參數。

通風機信息采集：風機電機前后軸和繞組溫度、通風機機體振動；當參數值超出設定值時，自動報警。

通風系統信息采集：風量、風速、靜壓、全壓等參數。

風門、蝶閥信息采集：開位、關位狀態、打開過程、關閉過程、故障等信息。

（2）控制功能

系統能實現單臺設備的單獨控制功能；系統能實現設備的聯動控制功能；系統具有報警及處理功能，當設備出現故障時，發出聲光報警。

（3）控制方式

現場控制系統有三種控制模式： 就地控制/遠程控制/集中控制，就地控制是設備現場自身的控制； 遠程控制是由PLC 控制柜觸摸屏對設備的控制；集中控制是由調度室生產控制平臺對設備的控制。其中遠程控制/集中控制模式包含手動、半自動、自動三種控制方式，具體描述如下:

就地控制模式：當選擇開關置于“就地”時，在就地操作箱或者設備本體上通過按鈕控制設備。

遠程控制模式：即PLC 控制柜觸摸屏控制，將現場設備選擇開關置于“遠程”，觸摸屏上選擇“觸摸屏”控制，通過觸摸屏對現場設備進行單動或聯動控制，并監測設備運行參數、狀態。

集中控制模式：即PLC 控制柜觸摸屏控制，將現場設備選擇開關置于“遠程”，觸摸屏上選擇“調度室”控制，通過調度室或集控室生產控制平臺對現場設備進行單動或聯動控制，并監測設備運行參數、狀態。

手動控制方式： 在遠程控制/集中控制模式下，選擇手動控制方式，可以對單臺設備進行操作，并通過觸摸屏或者生產控制平臺監測設備運行參數、狀態。

半自動控制方式： 在遠程控制/集中控制模式下，選擇半自動控制方式，可以一次操作完成一臺風機啟動或者停止全部流程，并通過觸摸屏或者生產控制平臺監測設備運行參數、狀態。

自動控制方式： 在遠程控制/集中控制模式下，選擇自動控制方式，可以一次操作完成兩臺風機互相切換的所有流程，并通過觸摸屏或者生產控制平臺監測設備運行參數、狀態。

（4）數據處理功能

系統可以自動完成風機的運行時間統計，為風機的維護提供指導性的數據。

（5）遠程監測功能

控制系統預留遠程監視的接口，技術人員不在現場就可以通過計算機網絡查看現場設備的工作狀態，幫助現場人員迅速解決發生的問題。

3 子系統接入設計

主通風系統監控通過PLC 控制器上的預留的通訊接口就近接入工業以太環網，實現數據的上傳，以及本系統的遠程控制。系統接入生產綜合監控平臺示意圖見圖2。

圖2 主通風系統接入示意圖

3.1 硬件接口設計

電氣接口：一路AC 220 V 輸入；二路DC 24 V 輸出。

接口位置：主通風機房PLC 控制柜。

對接設備：工業以太網交換機。

接口數量：1 個。

接口類型:RJ45。

3.2 通訊協議

通訊協議：TCP/IP 協議。

3.3 通訊監測設計

PLC 給生產綜合監控平臺提供一個脈沖變量，變化頻率為一秒一次，用于通訊狀態的檢測。

4 上位系統設計

4.1 就地監控設計

PLC 控制柜配置嵌入式觸摸屏，作為現場的上位機； 現場監控上位主要作用是能夠直觀地、實時地、 動態地給出當前系統運行的所有狀態、按照工藝流程要求給現場的控制系統下發對應的指令。主通風系統主畫面示意圖見圖3。

圖3 主通風系統監控示意圖

4.2 顯示功能

以模擬圖的方式顯示風機運行界面、風機供電系統顯示界面、風機操作界面顯示、風機越限報警顯示。在顯示界面中以文本或靜態/動態圖形的方式來顯示設備的運行參數以及工作狀態。高壓配電柜的運行參數監測：合分閘狀態、電壓、電流、功率、功率因數等。

通風機監測： 風機電機前后軸和繞組溫度、通風機機體振動；當參數值超出設定值時，自動報警。

通風系統監測：風量、風速、靜壓、全壓等參數。

風門、蝶閥監測：開位、關位狀態、打開過程、關閉過程、故障等信息。

4.3 控制功能

本節控制功能的描述并非直接參與現場的邏輯控制，是以現場的設備層的PLC 控制系統為依托來實現的，僅僅是控制指令的下發。

通過礦調度室與現場人員的遠程配合，按規定操作流程，在礦調度室遠程實現單設備啟、停控制，完成主/備切換（包括風門開/關、蝶閥開/關、風機啟/停控制）。

4.4 安全保護功能

為了系統的安全性，系統采用帳號管理的機制，限制不同人員的操作權限，來實現系統的安全。登錄之后操作員擁有自己的訪問級別，同時獲取了相應的操作權限。同時系統設定了訪問時間，超過訪問時間后將自動注銷用戶。

4.5 事故自動報警功能

系統對溫度、壓力、振動、靜壓、風量等重要運行參數進行快速分析處理，當產生某事故信號時，觸摸屏上立即顯示相應事故部位和內容，并有音響報警。

經授權的操作者可以在權限范圍內隨意定義一些警報產生的條件。

5 主通風系統監測監控點

在風機監控系統中，需要實時監測風機電機的前后軸溫、三相定子溫度、風機振動參數、電機電流、電壓、風機進風口處靜壓、風壓、風速、風量等一系列的參數。監測這些參數，得到風機實際的工作情況，為通風機的安全運行和及時報警提供可靠的保證。系統的監測監控點設計見表1、表2、表3。

表1 通風機測控點

表2 高壓柜測控點

表3 通風機電機測控點