通風遠程集中監控系統在金屬礦山中的應用

摘要：風機每天24小時都是按設計的常年最大風量連續運行，存在許多弊端與安全隱患。通風遠程集中監控系統在金屬礦山中的應用從系統的設計思想、系統組成到系統軟硬件的實現方法。系統實現了主風機的性能參數、狀態參數和電動機電氣參數的實時監測和遠程控制，保證了主通風機經濟、可靠地運行，具有操作方便、安全可靠的特點。

關鍵詞：通風系統；管理監測；遠程控制

中圖分類號：TD672 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）15-0106-02

1 概述

現礦山井下通風風機數量較多、機站設置分散的多級機站通風系統中，這種工作方式普遍存在以下缺點：

（1）由于風機運行后巡視間隔時間較長，風機及控制設備運行是否正常不能及時反饋。（2）風機分散控制、關停不及時，不能按需分配風量，造成整個通風系統多余供風，能源浪費較大，多級機站通風系統節能的優越性得不到充分發揮。（3）無法遠程監控風機，只能是人工到現場對設備進行管理。（4）無法在井下發生火災時各級機站及時實現反風。（5）采場的風量無法根據實際生產情況按需分配。

針對礦山的具體情況，為了解決上述問題，提高礦井自動化管理水平，減少風機能耗，降低運行成本，特進行井下通風遠程集中監控系統改造。該系統以PLC控制模塊、變頻器和工業通訊網絡為核心，配以數據采集層組態監控軟件和調度監控主機，使井下各機站風機運行狀況和各種監測數據遠傳到地表調度監控主機，以動畫、圖形或文字方式動態地顯示在計算機屏幕上，使得在地面調度室就可以對井下風機運行狀況、風門開閉及實時監測和控制，實現井下多機站通風運行的遠程集中管理。

1.1 設計思想

系統采用調度集中控制多系統多機熱備切換型式。調度控制主機通過以太網與設在井下風機電控柜內的PLC控制模塊進行通訊，控制模塊根據主控機的指令完成風機的啟、停、正轉、反轉等操作，監測開關量的輸入輸出以及對風量、風壓、軸承溫度、電流、電壓等模擬量進行轉換采集，遠傳回主控計算機。主控計算機對收到的數據進行分析處理，將風機的運行狀態和各種性能參數以動畫、圖形或文字方式顯示在主控機屏幕上。主控機可根據風機工作電流大小及持續時間判斷風機是否過載，并及時發出過載關機指令。同時可以根據現場工作要求調節風量，通過上位機監控軟件下發命令給PLC控制器，進而控制變頻器來調整風機轉速，從而達到調節風量的目的。還有，在總風量一定的情況下，關閉無需通風的采場風門，減少多余的供風量，保證作業采場的風量供應，適時地開啟或關閉采場風門，實現采場風量的按需供給，達到供風最優化的目的。

風機電控機柜內的PLC主要與調度系統中的兩臺

I/O Server數據采集站連接，再與調度主機進行連接，進行實時數據的顯示、處理及控制。同時通過I/O Server數據采集站與實時數據庫及歷史數據庫連接，對數據進行處理、轉發、存儲、轉換、發布等。

1.2 系統組成

1.2.1 硬件主要硬件組成如下：

（1）PLC控制器：對上傳輸通信數據，對下采集數據，并且控制變頻器。

（2）變頻器：控制風機轉速，實現按需供風。

（3）風機性能檢測傳感器：是指差壓傳感器、軸承溫度傳感器、電流變送器、電壓變送器。

（4）采場電動提升風門：用以控制采場的風量。

1.2.2 軟件：隨著計算機技術和網路技術的迅速發展，為工業自動化開辟了廣闊發展的空間，為了實現系統的遠程監控及診斷，方便快捷地組建優質高效的監控系統，并且易于被用戶操作和使用，選用已經廣泛應用于石油、電力、礦山等多種工程領域工業自動化控制組態軟件作為系統監控軟件的開發平臺。操作站安裝系統監控軟件，由于采用局域網與PLC進行聯機，因此操作站可以同時監控所有風機。

可實現實時報警、 歷史報警，可反映風量風速、靜壓效率、 歷史數據、 風機風量，對溫度數據（ 電機溫度、風機溫度、歷史數據）進行設置與顯示；反映驅動風門運行狀態，風門的開閉到位情況等。

2 應用

該井下通風遠程集中監控系統通過通訊光纜將位于地面調度室的主控計算機與置于井下變電所的智能控制模塊相連，形成通訊網絡，從而通過主控計算機對每一臺風機進行遠程集中啟停控制、正反轉控制、變頻調速控制，對風機運行狀態和風機電流、電壓，電機軸承溫度、風量、風壓等風流參數進行實時監測和采場風門開閉控制。具體控制和檢測功能如下：

2.1 風機的啟停控制

遠程控制：在地面調度室主控機上可以隨時遠程操作，來控制任意一臺或多臺風機。風機的開停狀態顯示在主控機屏幕上；手動控制：原機站設在變電所內的手動控制部分仍然保留，以便在維修、應急情況下，仍能人工啟停風機，也稱為本地控制；自動定時控制：可以根據生產情況預先編制的控制計劃由程序自動定時控制某些風機的啟停。

2.2 風機的正反轉控制

正常生產情況下，風機正轉。如果需要，可以在短時間內遠程實現全部反風、局部反風或單臺風機反風的

操作。

2.3 風機的變頻調速控制

根據井下作業量的大小（即需風量多少），調整風機轉速達到按需供風的要求，節能降耗。

2.4 風機啟動前發出啟動警告信號

在調度室主機遠程控制某機站風機啟動前，系統會自動發出風機啟動告警信號，通知機站處人員遠離風機，注意安全。

2.5 兩地啟動互鎖

在每一個機站設置維修啟動互鎖開關。當某機站進行維修作業時，合上維修互鎖開關，則調度室主機對該機站風機的啟動功能被禁止。

2.6 風機主要參數監測

對每一臺風機的工作電流、電壓、軸承溫度、風機發出的風量、風壓等參數進行連續監測，并且這些值與風機的運行狀態以文字、動畫、圖形等形式顯示在主控計算機屏幕上，使監控人員對井下各風機的運行狀態一目了然。

2.7 風機的過載自動保護

當檢測到風機過載時，及時發出報警信號，并關閉過載風機，以保護過載風機的電機不被燒毀。

2.8 采場風門的開關控制

實時地遠程或本地開啟或關閉采場風門，可以達到采場風量按需供給的目的，從而實現礦井通風的最優化。

3 系統特色

3.1 節能的變頻調速

由于本系統采用變頻器實施風機的轉速控制，當風量需求大時，風機可以以工頻高速運行；當風量需求量小時，通過遠程控制變頻器，使風機的轉速降低，實現風量減少，從而真正實現了風量的按需供給，達到節能的

目的。

3.2 穩健的通信網絡

本系統采用了光纖通信方式，它具有頻帶寬，通信容量大、損耗低，中繼距離長、抗電磁干擾、無串音干擾，保密性好、耐腐蝕、光纖線徑細、重量輕、柔軟等優點，所以可以組成性能優良的通信網絡。

3.3 生動的畫面顯示

使用以基于Windows 2000或Windows XP的組態軟件開發的監控程序，具有豐富的畫面顯示組態功能，可以清晰準確地描述工業控制現場具體情況，使用圖形化的控制按鈕實現單任務和多任務，設計生動的動畫顯示現場的操作狀態和數據，顯示機站風機的工作過程的文字信息和圖形信息，監控和記錄所有報警信息，顯示實時趨勢曲線和歷史趨勢曲線。

3.4 實時的數據監測

主控機上的組態軟件可以對各機站風機的各種參數、運行狀態等狀況進行輪流查詢。數據上傳與命令下發時間只有毫秒級，使得主控機屏幕上顯示的數據及狀態都是最新的，風機參數的變化能及時在主控機屏幕上顯示，操作命令的下發能在毫秒級時間內完成。

3.5 采場風量的按需供給

采場電動風門的遠程控制實現了采場風量的按需供給，可以有效提高井下通風效率。

4 先進的檢測技術

本系統在檢測風機的性能數據-風速時，使用了“靜壓差測風”方法。當難以在風機的進、出風側布置風速傳感器進行風量測量時，采用所謂“靜壓差原理”的方法。即根據流體力學理論，流體在通過變徑管道時，其各種能量的轉化及大小與流體風量和變徑管的幾何尺寸存在著相應的關系。用伯努利方程可描述為：當流體從大斷面一端流向小斷面一端時，靜壓能將由大變小，而動壓能則由小變大。基于這一原理，通過風機整流環外殼兩端的靜壓管口，分別引出兩路壓力至差壓傳感器輸入端，則不難求得風機的平均風速以及風機風量。

參考文獻

[1] 石井水，王益軍.基于S7-300PLC礦井主通風機智能監控系統[J].礦山機械，2011，（1）.

[2] 胡亞非，陳士瑋.藺勝春礦井主通風機在線監測監控現狀及展望[J].礦業安全與環保，2000，（2）.

作者簡介：崔松濤（1970—），男，山東萊州人，內蒙山金阿爾哈達礦業經理，電氣自動化工程師，研究方向：電氣自動化。

（責任編輯：趙秀娟）