地下工程空氣質量監測及通風控制系統設計研究

楊乾鴻，石 峰，姜發海

(華電四川瀘定水電有限公司，四川 瀘定 626100)

0 前 言

相對于空氣質量來說，地下工程與地面工程相比較最大的特點是空氣質量差，各種有害氣體不易排出，如果不進行實時監測監控并及時排除有害氣體，長期累積會對運行人員的身體健康產生很大的影響。目前大部分地下工程靠手持儀器儀表進行檢測，具有很大的局限性和隨意性，這種方法常常會導致檢測不正確，影響地下工程的工作人員的身體健康，已經不能適應現代的地下工程的智能化，自動化的控制要求。

1 系統介紹

某地下工程為國家電網的地下廠房，地下的地質條件多樣性，其原設計為靠手持儀器儀表進行檢測，存在很大的問題。后經修改，設計安裝了地下工程空氣質量監測及通風控制系統設備。現場管理人員可以在中央控制室監測地下空氣質量的所有數據，通過對監測的數據進行分析，如地下空氣質量不符合要求，地下空氣監測系統設備進行自動報警處理；還可以聯動控制地下廠房的通風設備進行通風換氣，使地下空氣質量達標；地下工程空氣質量監測監控系統自動對每天的數據進行更新、存儲、對比、分析，對地下廠房經常出現空氣質量不達標的地點進行預測及預警，可做到無人值守、自動檢測、數據及報警信息自動保存。

2 監測監控要求

2.1 系統監測監控要求

中心服務器通過系統網絡與各現地監測控制單元進行通信，實現對整個系統所有分單元的監視、控制和管理。

參數設定及控制功能：根據運行情況需要，組合編排系統監測的時間，并對各現地監測控制單元的測量參數整定值進行設定。

數據采集、報警及處理功能：自動定期采集整個系統的運行數據及運行狀態信息，越限時發出報警信號。

圖形顯示及打印功能：可顯示全廠空氣質量和某些特定區域空氣質量的動態畫面、曲線圖、操作流程框圖，在報警時自動推出相關報警畫面，操作時能夠推出相關指導畫面。系統可打印運行報表及事件、報警、人工輸入信息等報表。

掉電保護和自動恢復功能:電源恢復時應能自動恢復各設備運行狀態，并自動恢復到掉電前的運行狀態。

運行管理及設備維護管理:對系統內的主要設備建立檔案，記錄存儲兩年以上的環境空氣質量數據及設備運行狀態，報警及故障記錄。

系統與電站計算機監控系統的聯系：空氣質量監測監控系統自成體系，系統可通過I/O接口以無源接點方式和串行口通信方式與電站計算機監控系統聯系。

2.2 系統現地監測監控設備功能

現地監測監控設備具有自診斷功能，可對硬件設備或軟件進行在線或離線診斷，在出現故障時能自動維持設備運行狀態不變。

現地監測監控設備應能接受上位控制機的運行參數設定，即：現地監測監控設備自動檢測各測點的各種空氣質量參數；現地監測監控設備獨立進行系統自動監測監控；現地監測監控設備故障自動診斷與報警；與服務器保持通信，在通信通道故障時給出報警；自動上傳測量數據及運行情況、隨時接收上位控制機發出的命令并自動執行。

具有掉電保護功能。

3 系統監測監控參數

按照《水電工程勞動安全與工業衛生設計規范》(NB35074-2015)室內空氣質量標準規定，系統測量的參數有：二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、二氧化碳、氨、臭氧、甲醛、苯、甲苯、二甲苯、苯并笓、所吸入顆粒、總揮發性有機物等。

4 系統組成及設計

系統組成如圖1所示，空氣質量監測監控系統采用網絡通訊進行組網，以中心服務器為主站，各區域的現地監測監控設備為從站，在各個現地監測監控設備設置操作顯示屏。系統硬件組成有DELL740服務器一臺、網絡交換機四臺、UPS電源一臺、現地監測監控設備若干，其中UPS電源為服務器在緊急斷電的情況下供電。現地監測監控設備提供設備的運行狀態，故障狀態，同時提供二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、二氧化碳、氨、臭氧、甲醛、苯、甲苯、二甲苯、苯并笓、所吸入顆粒、總揮發性有機物的數據參數，通過網絡通訊上傳到中心服務器上進行處理。空氣質量監測監控系統中心服務器位于中央控制室，現地監測監控設備位于全廠各監測監控點。

圖1 空氣質量監測監控系統

5 組態軟件設計

5.1 界面設計

系統采用FameView 組態，FameView 組態具有高性能組態監控 SCADA 軟件平臺及設備數據表，采集點2000點及50萬變量，主控畫面內容豐富，功能齊全。服務器的主畫面功能如圖2所示。其主要功能有：

圖2 服務器主畫面功能示意

(1)可視化的界面。系統可根據監測監控的需要，設計了數據庫、報表、控制功能鍵、聯動輸出功能鍵，報警功能及數據實時顯示。

(2)參數及變量的設定。系統的報警參數設定在組態軟件中有對應的格式進行設定，變量在組態功能與對應現場監測監控的I/O接點及存儲器之間相對應，通過網絡進行傳輸及控制。

(3)系統的層次。根據系統實際監測監控的需要，系統分為兩個層次：系統的服務器管理界面層次和各現地監測監控設備的界面。系統的服務器管理界面層次顯示了系統所有設備的工作狀態，全廠區域檢測的二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、二氧化碳、氨、臭氧、甲醛、苯、甲苯、二甲苯、苯并笓、所吸入顆粒、總揮發性有機物的實時數據及曲線圖，報警事件及超標的數據，所有設備的運行數據記錄表，系統各時期的數據對比，各超標報警事件的與通風系統控制聯動記錄，系統管理人員的登錄管理。現地監測監控設備的界面獨立成系統，也在服務器管理界面層次管理下統一運行。

5.2 系統功能介紹

空氣質量監測監控系統的自動報警控制處于自動狀態時，各現地監測監控設備對區域內的空氣按設定程序進行檢測，如有超標數據系統啟動報警程序進行報警處理。

空氣質量監測監控系統處于手動狀態時，各現地監測監控設備對區域內的空氣檢測需要手動控制進行，檢測的數據進行處理后有超標數據，系統需要手動啟動報警程序進行報警處理。

空氣質量監測監控系統的通風聯動控制系統根據檢測的空氣質量數據進行分析，滿足啟動通風聯動系統的要求，通過網絡傳輸把指令發送到相對應的通風控制系統，進行聯動控制風機啟動。具體過程如圖3所示。

圖3 通風聯動控制系統分析流程

空氣質量監測監控系統的故障報警控制系統出現故障報警，在服務器管理界面層次對應的圖標進行閃爍及小警報聲報警，同時下發給對應的現地設備進行現場故障報警，現地設備自檢到故障進行現場報警同時上傳給服務器管理界面層次進行報警。

系統實現實時數據的監視、顯示及全廠的空氣質量的現地監測監控設備的運行狀態監視及數據管理，全廠的二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、二氧化碳、氨、臭氧、甲醛、苯、甲苯、二甲苯、苯并笓、所吸入顆粒、總揮發性有機物的實時數據都在服務器管理界面層次顯示、分析處理、對比及記錄。

空氣質量的現地監測監控設備通過現地的觸摸屏可以進行控制，并能顯示本區域的二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、二氧化碳、氨、臭氧、甲醛、苯、甲苯、二甲苯、苯并笓、所吸入顆粒、總揮發性有機物的數據的實時情況。

空氣質量的現地監測監控設備與通風系統的聯動，當現地監測監控設備監測到對應區域的空氣質量超標，啟動報警并上傳實時數據及報警信號，通過服務器發出聯動信號給通風系統，啟動對應區域的通風設備進行通風換氣直至該區域的空氣質量恢復正常，通風系統繼續運行20 min才恢復初始狀態。

空氣質量的現地監測監控設備設置，在交通洞、母線洞、出線洞等的區域，每20 m設置一套現地監測監控設備，其他區域如主副廠房、水輪機層、設備間每100 m2設置一套現地監測監控設備。

6 結 語

系統經過一段時間的運行實踐表明，該空氣質量監測監控系統具有靈敏度高、智能化水平高，運行可靠、操作簡便，維護費用及開支少的優勢，其智能的人機界面為運行維護管理人員提供一個優質管理操作平臺，很好地解決了當前地下工程的空氣質量監測監控困難自動化、智能化程度不高的問題，保障了電站的運行維護人員的職業健康，保證了水電工程勞動安全和衛生安全，為電站的安全運行提供可靠的保障。