關(guān)于FBCDZ 22250 型礦用通風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

王榮華

（山西世德孫家溝煤礦有限公司， 山西 忻州 036600）

引言

通風(fēng)機(jī)因其體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、工作效率高、風(fēng)量大、噪音小、輸送風(fēng)的能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于礦井、工廠環(huán)境、隧道、冷卻塔系統(tǒng)等行業(yè)。通風(fēng)設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中起到了重要的作用，尤其在礦井下應(yīng)用通風(fēng)系統(tǒng)，對(duì)井下開采作業(yè)人員的安全起著重要作用。礦井通風(fēng)系統(tǒng)可有效降低井下有害氣體濃度，改善空氣質(zhì)量，從而可有效保障人員安全并提高企業(yè)生產(chǎn)效率[1-2]。

1 FBCDZ 22250 型礦用通風(fēng)機(jī)

井下通風(fēng)系統(tǒng)按功能的劃分可以分為三種子系統(tǒng)：主通風(fēng)系統(tǒng)、輔助通風(fēng)設(shè)備、局部通風(fēng)設(shè)備。其中主通風(fēng)系統(tǒng)起到主要通風(fēng)作用。現(xiàn)對(duì)改造項(xiàng)目通風(fēng)系統(tǒng)的布置情況做簡(jiǎn)要說明，通風(fēng)系統(tǒng)主要硬件設(shè)備包括：主通風(fēng)機(jī)、風(fēng)門以及通風(fēng)管道。其中主通風(fēng)機(jī)使用的是FBCDZ 22250 型礦用通風(fēng)機(jī)，兩臺(tái)通風(fēng)機(jī)安裝于巷道中，風(fēng)門的主要功能是提供通風(fēng)系統(tǒng)的維修口，其次可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)對(duì)風(fēng)量的控制。通風(fēng)管道的布置主要用于對(duì)空氣的輸送和導(dǎo)向[3]。

對(duì)項(xiàng)目中所選擇的FBCDZ 22250 型礦用通風(fēng)機(jī)做簡(jiǎn)要說明，通風(fēng)機(jī)主要結(jié)構(gòu)如圖1 所示，集流器主要作用是改善流體狀態(tài)，提高進(jìn)氣效率。通風(fēng)機(jī)進(jìn)出口消音器主要作用為減小氣流導(dǎo)致的設(shè)備振動(dòng)。通風(fēng)機(jī)擴(kuò)壓器主要作用是回收風(fēng)機(jī)的動(dòng)壓能，有效提高靜壓比例，達(dá)到節(jié)能的效果。電動(dòng)機(jī)為通風(fēng)機(jī)的動(dòng)力來源，該通風(fēng)機(jī)為兩級(jí)葉片結(jié)構(gòu)，采用雙級(jí)對(duì)稱旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，減小了流體的能量損失，提高了整機(jī)的效能[4]。

圖1 通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖

2 監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

基于現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)改造項(xiàng)目，提出系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體改造目標(biāo)，簡(jiǎn)要對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行說明：

1）系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、控制，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)接入互聯(lián)網(wǎng)；

2）可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)跟蹤查詢、監(jiān)控；

3）各控制系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)終端均具備良好的數(shù)據(jù)接口，可接入工業(yè)以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互；

4）可監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；

5）能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)、變頻器等自動(dòng)化控制。

2.2 硬件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

下頁圖2 為礦井主通風(fēng)在線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖，該監(jiān)控系統(tǒng)主要構(gòu)架由三部分組成，分別是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)、基礎(chǔ)控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)。

1）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)主要由溫度傳感器、變頻器等部件組成，其功能是對(duì)通風(fēng)機(jī)關(guān)鍵參數(shù)，如溫度、振動(dòng)情況、電量消耗、風(fēng)速等信息進(jìn)行采集并分析。

2）基礎(chǔ)控制系統(tǒng)。對(duì)系統(tǒng)的基礎(chǔ)控制系統(tǒng)的建設(shè)，其主要核心是控制器，并由以太網(wǎng)模塊等組成，主要作用是按程序設(shè)定值對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析與處理。

圖2 礦井主通風(fēng)在線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

3）監(jiān)控系統(tǒng)。主要負(fù)責(zé)對(duì)傳感器所采集的信號(hào)進(jìn)行分析，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的接收、顯示、存儲(chǔ)等，可對(duì)監(jiān)控信息進(jìn)行管理，完成監(jiān)控工作[5]。

2.3 系統(tǒng)功能

根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)際需要，對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能提出了各種功能性要求。主通風(fēng)機(jī)的變頻控制功能為根據(jù)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，及時(shí)對(duì)通風(fēng)機(jī)輸出功率進(jìn)行控制，變頻技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)的平穩(wěn)控制。對(duì)通風(fēng)機(jī)關(guān)鍵參數(shù)的監(jiān)測(cè)能力，主要是對(duì)電機(jī)相關(guān)參數(shù)的監(jiān)測(cè)。

3 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)

根據(jù)《電業(yè)安全規(guī)程》和《煤礦安全規(guī)程》的要求，井下通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用了兩套獨(dú)立的供電系統(tǒng)，對(duì)通風(fēng)機(jī)進(jìn)行供電的是6/0.6 kV 的低壓變電所，低壓配電柜為通風(fēng)機(jī)可提供0.6 kV 的電源，下面對(duì)主要的系統(tǒng)硬件做簡(jiǎn)要介紹[6]：

1）變壓器。主通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)低壓配電柜的兩個(gè)獨(dú)立電源是由2 臺(tái)變壓器組成，選擇的型號(hào)為S11-1000/6/0.4 kV，容量為1 000 kVA。

2）PLC 控制器。項(xiàng)目中選擇了SIEMENS 公司的SIMATIC D8-450 系列PLC 控制器，其具有體積小、可靠性好、輸入接口豐富等優(yōu)點(diǎn)。

3）變頻器。主要選用了ABB 公司生產(chǎn)的型號(hào)為CS500-03S 的變頻器，ABB 長(zhǎng)期以來在該領(lǐng)域都有性能穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品，該型號(hào)產(chǎn)品根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際需要，具有可靠性好，適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

4）通風(fēng)機(jī)振動(dòng)傳感器。為了檢測(cè)通風(fēng)機(jī)在不同方向的振動(dòng)情況，本設(shè)計(jì)方案中選擇了DWV-CZ20型振動(dòng)傳感器，可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集和數(shù)據(jù)傳輸。

4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

首先根據(jù)通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)需要達(dá)到的各項(xiàng)功能要求，對(duì)整個(gè)井下通風(fēng)系統(tǒng)工藝過程、控制要求、性能參數(shù)等進(jìn)行分析，提出對(duì)軟件的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主程序下嵌套多個(gè)子程序，其中包括：高壓進(jìn)線柜子程序、低壓進(jìn)線柜子程序、母線聯(lián)絡(luò)柜子程序、單雙級(jí)選擇子程序、變頻器控制子程序、模擬量采集子程序、PID 子程序等，如圖3 所示。

圖3 軟件程序結(jié)構(gòu)框圖

監(jiān)控系統(tǒng)軟件以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的建立均采用第三方專業(yè)程序編輯公司合作完成，編程軟件采用Siemens 公司的STEP8-Micro/WIN 軟件，數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建采用Microsoft 公司的SQL Server 管理系統(tǒng)創(chuàng)建，其具有交互性好、易于學(xué)習(xí)等諸多特點(diǎn)。

5 結(jié)論

1）以某礦業(yè)公式一礦井通風(fēng)系統(tǒng)系統(tǒng)化改造為研究對(duì)象，應(yīng)用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)、控制方案提高礦井通風(fēng)效能。先擬定通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)的總體方案，在硬件方面對(duì)控制電路、監(jiān)控系統(tǒng)硬件、設(shè)備選型等進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。在監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)時(shí)，主要對(duì)系統(tǒng)模塊、功能進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2）監(jiān)控系統(tǒng)軟件以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的建立均與專業(yè)程序編輯公司合作完成，編程軟件采用STEP8-Micro/WIN 軟件，數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建采用Microsoft公司的SQL Server 管理系統(tǒng)。最后，完成了上位機(jī)監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)的總設(shè)計(jì)，系統(tǒng)整體達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)，有力保障了井下作業(yè)的安全，同時(shí)為井下通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了有力參考。