GPRS無線通訊技術在礦井通風監控系統的應用*

賈安民 黃壽元

(1.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司；2.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室；3.華唯金屬礦產資源高效循環利用國家工程研究中心有限公司)

?

GPRS無線通訊技術在礦井通風監控系統的應用*

賈安民1,2,3黃壽元1,2,3

(1.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司；2.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室；3.華唯金屬礦產資源高效循環利用國家工程研究中心有限公司)

GPRS(General packet radio service)無線通訊技術具有良好的實時響應與處理能力、無線信號覆蓋廣等特點。以某礦通風監控系統為工程實例，通過企業局域網、Internet、GPRS網絡使地表監控中心主控計算機與置于地表風機機站的GPRS遠程I/O控制柜進行通訊，并通過GPRS遠程I/O控制柜進行數據采集、控制風機驅動變頻器和降壓啟動柜，從而實現通過主控計算機對機站風機進行遠程無線集中啟停及調速控制，對風機運行狀態和風機運行電流等參數進行監測。實踐表明，該系統運行效果顯著，對于進一步提高礦井通風自動化管理水平有一定的參考價值。

礦井通風監控 GPRS通訊 通風管理

礦井通風系統須建立機械通風系統，通風機為通風系統提供動力，是整個系統的“心臟”部分，掌握風機的運行情況是提高通風系統管理水平的重要環節。多級機站通風系統相對于單一的地表主扇回風通風系統而言，風機數量較多，通風系統維護管理尤為重要。若將傳統的通風系統與通風監控系統相結合，通過通風遠程監控系統平臺，對通風系統部分風機進行開停或調速控制，確保風量供需平衡，可最大限度地挖掘通風節能潛力[1-3]。對于通風監控系統通訊方式，井下一般單獨敷設光纖傳輸介質或利用礦山六大系統通訊網絡，而對于地表風機遠程控制，若采用GPRS通用分組無線服務技術，充分利用其良好的實時響應與處理能力、信號覆蓋廣等特點，可減少通風監控系統投資，便于后期維護管理[4-5]。某礦地下開采采用側翼對角抽出式通風系統，中豎井和-120 m平硐進風，主回風井和通風斜井回風，通風系統回風機站設于地表。由于地表主回風井和通風斜井風機機站相距較遠，且兩者間為山區丘陵地形地貌，由山間小路相連通，不利于風機的有效控制與管理。

1 風機分布情況及監控范圍

通風系統采用側翼對角抽出方式，在+24 m主回風井地表、+87 m通風斜井地表各設一個回風機站，通風機站及風機分布方案為：①+24 m主回風井回風機站設有K40-6-19型風機一臺，配135 kW電動機，采用變頻器啟動及調速控制；②+87 m通風斜井回風機站設有K40-6-12型風機一臺，配15 kW電動機，采用接觸器直接啟動控制。該方案中被監控風機為地表+24 m主回風井機站、地表+87 m通風斜井機站風機，其中+24 m主回風井機站的一臺風機采用變頻器啟動及調速控制，而+87 m通風斜井機站的一臺風機由于功率較小，采用接觸器直接啟動控制。

2 監控系統設計方案

本研究通風監控系統采用以工控計算機、GPRS遠程I/O控制柜為核心的硬件系統，通過企業局域網、Internet和GPRS網絡，對全礦地表主風機進行遠程無線集中監控。

2.1 監控系統硬件設計及原理

整個系統由監控中心主控計算機、GPRS遠程I/O控制柜、風機驅動變頻器(降壓啟動柜)、企業局域網、Internet、GPRS網絡組成。設于地表調度室監控中心的主控計算機采用TCP/IP協議，通過企業局域網連接至Internet，通過Internet連接至GPRS通訊網絡，與設于現場風機站的GPRS遠程I/O控制柜進行通訊，GPRS遠程I/O控制柜根據主控機的指令完成風機的啟停控制和風機電流、運行頻率等參數監測，并將結果傳回主控計算機。主控計算機對接收數據進行自動分析處理，將風機的運行狀態和各種監測數據以圖形(動畫)、文字等形式顯示于主控機屏幕上。同時主控機根據風機電流大小及持續時間判斷風機是否過載，當檢測到某臺風機過載時，及時發出關閉過載風機指令，通風機站現場GPRS遠程I/O控制柜根據主控機的指令關閉過載風機。

2.2 監控系統軟件設計

本研究用Windows XP操作系統的工控組態軟件設計開發通風系統監控軟件。工控組態軟件具有豐富的畫面顯示組態功能，控制操作、風機工作狀態及相關監測參數以圖形化的控制按鈕及動畫顯示，可操作性、適應性較強。

2.3 通訊網絡及布線

地面調度室監控中心距地表的2個回風機站較遠，+24 m主回風井回風機站與+87 m通風斜井回風機站均設置于地表，三者間的地形地貌為山區丘陵，中間由山間小路相連通。若采用光纖傳輸介質進行通訊，需架空或埋地敷設通訊光纜，不僅施工成本高，而且后期維護管理不便。因此，結合該礦現場實際情況，利用GPRS無線通訊網絡，建立了通風監控系統無線通訊網絡(圖1)。

圖1 通風監控系統布置

2.4 功能設計

計算機遠程集中監控系統通過通訊網絡將位于地表調度室的主控計算機與置于地表風機機站的GPRS遠程I/O控制柜以及變頻器(降壓啟動柜)相連，形成計算機通訊網絡，通過主控計算機對風機進行遠程集中啟停及調速控制，對風機運行狀態和風機運行電流、頻率等參數進行監測。該系統功能如圖2所示。

3 監控系統運行情況

通風監控系統安裝調試后，系統運行穩定可靠、故障率低、維護簡單、可擴展性強，系統操作簡單，界面形象直觀，適合調度室監控中心人員操作管理。機站監控畫面主要顯示對風機的控制操作、機站風機啟動警告警鈴開關、風機運行狀態與相關參數以及機站狀態信號等信息(圖3、圖4)。

圖2 通風監控系統功能

為進一步提高通風自動化管理水平，在各機站監控畫面的控制模式中選擇區域，單擊“手動/自動”切換開關，顯示該機站進入自動控制模式。在自動控制方案編輯畫面(圖5)中編輯該機站每一臺風機在24 h內以0.5 h間隔為單位的任意自動啟停時段，以及風機運行的高低頻率值(僅采用變頻器驅動的風機具有該項參數)。經確認后進入自動定時控制模式或僅保存自動控制方案。在機站進入自動定時控制模式后，單擊“手動/自動”切換開關，顯示該機站的取消自動控制確認畫面。

4 結 語

以某礦為例，對分布于地表的主風機的通風監控系統采用GPRS無線通訊方式，并結合企業局域網、Internet等對礦井通風監控系統進行設計開發，運行結果表明，該系統可迅速及時地實現通風系統反風，通風管理人員可觀測風機運行情況，及時對風機進行啟停控制、風機變頻調速，實現風流按需調控，在滿足通風安全需要的前提下，最大限度地降低通風能耗，有助于提升礦井通風系統的安全管理水平。

[1] 貢鎖國，賈安民，黃 欣，等.多級機站通風計算機集中監控系統[J].金屬礦山，2002(4)：49-52.

[2] 賈安民.井下多級機站通風監控與節能技術研究[J].金屬礦山，2012(6)：113-119.

[3] 賈安民，黃壽元.井下通風遠程監控技術在蒼山鐵礦的應用[J].現代礦業，2012(7)：75-78.

[4] 戰明君.基于GPRS的自動氣象站系統[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學，2007.

[5] 韓海強，楊天金.GPRS無線通訊在能源計量的應用[J].無線互聯科技，2011(6)：22-24.

圖3 +24 m機站監控畫面

圖4 +87 m機站監控畫面

圖5 自動定時控制方案編輯畫面

2016-05-30)

*科研院所技術開發研究專項(編號：2009EG113037)。

賈安民(1961—)，男，高級工程師，243000 安徽省馬鞍山市經濟技術開發區西塘路666號。