煤礦井下局部通風機監控系統應用研究

毛 亮

（山西省長治市煤炭安全信息調度中心，山西 長治 046000）

煤礦井下工作面通風系統的作用主要是提供新鮮空氣，稀釋并排出有害氣體，消除煤礦開采中的安全隱患，保障煤礦生產的正常進行。局部通風機是煤礦井下掘進通風的核心設備，由局部通風機及控制系統組成的通風系統是掘進工作中的重要措施。為減少瓦斯超限事故發生，長治縣紅山煤礦與中煤科工集團重慶研究院合作，開發應用煤礦井下局部通風機監控系統對井下局部通風機進行集中監測與控制，保障了紅山煤礦的通風安全。

1 煤礦井下局部通風機監控系統結構分析

山西省長治縣紅山煤礦現有14套井下局部通風機，配套電磁啟動器為八達電氣有限公司的QJZ-4×120/140（660）SF礦用隔爆兼本質安全型風機用雙電源真空電磁起動器。由于控制點較少，系統使用西門子公司的S7-200型PLC作為控制核心。

局部通風機監控系統工作原理：采用現場層、控制層和管理層來實現自動控制，各層之間通過控制網絡結合成一個完整的集控系統。監控系統總體結構如圖1所示。管理層利用友好人機界面實現人機對話和遠程監控功能，PLC作為控制器完成邏輯處理和控制任務，遠程IO實現現場數據的采集和上傳以及控制指令的執行。

紅山煤礦井下局部通風機監控系統分為地面上位機與井下PLC控制站兩部分，其結構如圖1所示。該系統包括多個PLC控制站，用于采集瓦斯傳感器、真空電磁啟動器數據并通過工業以太環網上傳至上位機。上位機通過分析和記錄數據，對異常情況進行語音提示與故障記錄，在滿足操作條件的前提下，可以對局部通風機真空電磁啟動器進行遠程控制和定值修改等操作。

PLC控制站與局部通風機真空電磁啟動器綜保之間通過485通信，對綜保進行數據查詢，并下發控制指令。在主、副局部通風機進風口和真空電磁啟動器處安裝瓦斯A感器，監測局部通風機及真空電磁啟動器附近的瓦斯濃度。

局部通風機系統平時仍以人工就地分合閘作為首要控制手段，遠程控制功能作為備控制手段，僅在能夠確保局部通風機及真空電磁啟動器附近瓦斯濃度不超限，且需要立啟動局部通風機的前提下，由調度人員通過地面上位機對局部通風機真空電磁啟動器進行人工遠程分合閘操作。

圖1 紅山煤礦井下局部通風機監控系統結構

2 煤礦井下局部通風機監控系統軟件分析

系統對瓦斯濃度非常敏感，因此，在程序中，系統將瓦斯濃度數據作為警戒值，任意組瓦斯濃度超限，都不能對局部通風機進行遠程操作，但可保持正常通信。系統采集局部通風機真空電磁啟動器綜保提供的所有數據并上傳，使調度人員對井下局部通風機工作狀況一目了然，不需要前往現場。系統會對485通信進行檢測，當通信中斷時，系統軟件會自動向上位機發布中斷報警信號，便于調度人員掌握情況，安排維修人員檢查故障，提高了管理自動化水平，節約了工作時間。

由于局部通風機遍布全礦工作面，且型號不盡相同，為了正常使用局部通風機，工作人員每次更換局部通風機后，都需對局部通風機真空電磁啟動器的綜保進行參數修改。部分區域由于地形復雜，如單純依靠人工就地修改則效率十分低下，因此工作人員通過系統的遠程定值修改和遠程復位功能，就可以提高工作效率。

3 組態監控界面

上位機安裝組態軟件，可對井下各臺局部通風機以及真空電磁啟動器的運行參數，如電壓、電流、瓦斯濃度等進行全程監測及統計；可對各局部通風機的安裝位置、操作、責任人等信息進行記錄；能夠在異常發生時以聲光報警方式將報警信息通知給操作人并進行記錄；還能夠判斷各控制站的以太網通信是否正常，并給予提示。組態軟件通過并行通信方式與各PLC控制站通信，個別通信站與組態軟件間的通信斷不會影響其他控制站間的正常通信。

3.1 主界面

系統通過圖形化的主界面可直觀顯示各局部通風機的主要參數，能進入單臺局部通風機的主界面查看每臺局部通風機具體參數，并能對局部通風機進行遠程操作。為了避免誤操作，系統對操作人員實行登錄權限管理，并且對其進行遠程控制管理。只有在系統顯示啟動條件，且具備操作權限的人員操作時，系統才允許對局部通風機實施遠程分合閘操作。否則，系統會顯示警告畫面提示，而不允許操作人員進行遠程操作。

3.2 定值參數界面

操作人員可以在定值參數界面中設置主從延時、額定電流、短路倍數等參數，滿足不同局部通風機的控制要求。另外，如果局部通風機開關因故障發生了主、從機切換，操作人員可在該界面中進行故障查詢與故障復位。

3.3 歷史查詢界面

歷史查詢界面分為歷史記錄查詢界面和歷史曲線查詢界面兩部分。操作人員可以在歷史記錄查詢界面中查詢以往發生的報警記錄，對故障進行回溯，也可以在歷史曲線查詢界面中選擇相關參數，查看參數的連續變化趨勢，以便更好地分析和判斷故障。

3.4 報表界面

報表界面按時間分為時報表、日報表、月報表等。系統在報表中可顯示各控制站的主要數據。操作人員對報表時間、需查詢的控制站號進行選擇后，就可以迅速生成直觀的報表記錄，并可根據需要進行打印存檔。

4 應用效果分析

煤礦井下局部通風機監控系統在長治縣紅山煤礦進行了實踐應用。從試運行的情況來看，系統運行穩定，能有效地實現其功能。（1）當系統分析數據得到報警預警時，會順利完成自動倒機功能。（2）系統能實時地顯示風機運行的數據，并能對數據進行處理、記錄和調用操作。（3）該系統能對遠程數據畫面進行發布，同時對各畫面進行監控。

當前煤礦井下局部通風機監控系統的成功應用實現了井下局部通風機系統的參數監測、遠程控制，定值修改、遠程故障復位等功能，該系統的應用提高了通風系統的自動化水平，可以降低通風崗位工作人員的勞動強度，提高工作效率。另外，該系統通過標準接口接入到紅山煤礦綜合自動化系統當中，從而實現了數據的上傳，對于紅山煤礦全面建設數字化、智能化礦山起到了積極的推動作用。

5 結語

煤礦井下局部通風機監控系統是以PLC為控制核心，高速工業以太環網為控制平臺的實時監控系統，符合煤礦特殊生產環境及安全生產的需求，可以有效降低人力物力的投入，提高生產效率。煤礦井下局部通風機監控系統在長治縣紅山煤礦中的成功運行，降低了通風系統安全事故的發生概率，為實現紅山煤礦高效高產安全開采奠定了基礎。