煤礦通風安全監測系統的設計分析

＊賈小婷

（霍州煤電集團李雅莊煤礦有限公司 山西 031400）

1.通風系統現狀

霍州煤電集團某礦通風形式采用兩翼對角式，機械抽出式通風形式，那么則需要在回風井位置設置兩臺防爆對旋式軸流風機，其動力是由YBF型電機提供，該電機可以提供改變風機的葉片角度進而來調整風量，這樣可以有效地滿足通風需要。將回采工作面位置的通風形式設置為U型。對于掘進工作面的通風形式而言，可以選用獨立局部通風，其他幾個方面的通過可以選用全負壓通風。當前，對于整個井下通風而言，主要借助人員進行控制，因此導致出現風量不均勻的形式，最終對系統的穩定性產生影響，與此同時不能實現遠程調風的功能，因此在緊急的情況下，不能迅速的采取有效地措施。由此可以看出，為了能夠有效地提高通風安全監測系統的有效性，需要對各個環節的用風量進行合理分配，從而可以實現智能化控制風量。

2.通風監測系統運行參數

(1)振動參數信號監測

當通風機在運行的過程中，轉子將出現一定的振動，間接地反應到軸承座，同時振動將會導致設備出現發熱，最終導致設備出現磨損，從而降低使用時間。可是經過探究發現并不能直接對軸承座的運行情況進行監測，往往借助軸承和軸承座之間的關系，通過測定軸承座的振動情況來判斷軸承的狀態，一般在通風機前后可以設置兩個傳感器，這樣可以有效地監督軸承座的振動情況，進而可以獲得振動參數。

(2)溫度參數信號監測

假如通風機內部出現不同程度的磨損，那么將引發電機軸的溫度過高，那么電機軸在高負荷運作下，導致軸承的溫度逐漸升高，假如超過了軸承的承受能力后，將導致電機燒毀。同時也會導致基礎零件出現磨損，誘發一定的安全問題。因此可以依據溫度傳感器的類型進行選擇傳感器。在檢測溫度時，鉑測量精確度準確，并且性能相對穩定，因此電機軸溫度的檢測選用鉑熱電阻。假如電機軸溫度高于設定之后，那么傳感器會將信號反饋給控制單元，控制單元將傳輸給電機停止工作的指令，并且報警。從而可以有效地防止燒毀電機。

(3)風量參數信號監測

在通風檢測系統中，風量參數檢測顯得非常重要。當風處于不均勻的運動狀態下，因此需要在同一個橫截面位置設置多個測量點，這樣將會導致增加不必要的工作。同時精確度也不高。當處于外界環境下，往往會對流場產生一定的干擾，對測量精度產生影響。由此可以看出，為了保證流場的均勻性，必須選用分體式組合動壓管，從而可以有效地檢測通風機的流量以及壓力，這樣可以有效地優化井下作業的安全性。

(4)壓力參數信號監測

當通風機工作的過程中，必須對通風道中的靜壓力以及全壓力進行實踐檢測，通常可以選用鉆孔取壓的形式。同時可以在通風機的入口位置設置相應的壓力傳感器，這樣能夠實現對壓力的實時監測，同時可以將壓力物理數值轉化成為電信號。

(5)風機啟停信號監測

監測通風機啟停信號，通常監測井下各類交流電機設備的工作狀態，同時可以把監測信息傳輸給PLC控制單元，以及可以借助感應側來測量電纜周圍是否存在磁場，從而可以推測出電纜中是否通過電流。

3.通風監測系統結構設計

(1)硬件設計

在對通風系統進行優化設計時，必須依據工作需要設計硬件單元。通常該硬件單元包括如下三個部分：第一，上位機監測管理層；第二，網絡通信層；第三，現場監測層。圖1表示相應的總體結構圖。可以把傳感器設置在合適的位置，這時現場監測層可以對通風機進行監測，從而可以獲得相應的數據，與此同時將參數傳輸給PLC控制單元，這時控制單元對數據進行處理，接著系統將會經過計算得到相應的通風方案。這時網絡通風層將信息傳輸給上位機，從而工作人員可對井下通風情況進行監測。在井下工況環境比較復雜，為了能夠有效地降低對信號傳輸的干擾，可以選用RS458通信模塊進行差分傳輸。而上位機選用工業控制計算機，這時可以把井下傳輸信息顯示在終端，從而便于工作人員監測與控制。

圖1 系統硬件設計圖

(2)軟件設計

本系統選用S7-300進行編程，該系統包含多個檢測系統軟件子單元，這樣能夠有效地便于后續增加功能，圖2表示對應的軟件設計的主程序流程。在啟動程序時需要對整個程序進行初始化處理，當子程序采集到信息后，才可以使得通風機工作。同時需要對通風系統的狀態進行監測，以及將傳感器的信號傳輸給PLC，經過對風量的計算后，輸出最佳的通風控制信號，這是通過調用控制子程序，進而可以給電機設備發出指令，并作出相應的動作，進而可以對風機的狀態進行監測，以及判斷風機是否運行合理。系統將監測到的數據在PLC內部與設定值進行比較，當超過設定值時那么系統將會報警，同時對各個設備的運行情況進行判斷。假如出現問題，那么工作人員可以在顯示終端進行觀察，及時對設備進行維護，從而可以有效地提高設備運行的有效性以及避免不必要的安全問題。

圖2 主程序流程圖

4.實際應用

將該設計的系統應用到工程中發現，該系統設置了兩臺防爆抽出式對旋軸流通風機，與此同時通風機可以設置兩臺電機，一臺使用，另一臺備用。對通風機監測而言，主要涉及如下幾方面的參數：第一，風壓；第二，風速；第三，功率；第四，流量；第五，電機等。在顯示終端可以觀察同一個時間內每一個監測量的對應實時曲線關系，以及觀察該時間內風機實時運動的狀態。同時工作人員可以通過歷史數據對某一個時間內的參數進行查看。通過報警信息報文可以了解到系統的故障信息，從而可以更好地開展維護，找到經常出現的問題，進而可以有效地提高系統的整體穩定性。

5.結論

總而言之，為能夠有效地解決煤礦通風安全監測系統的問題，分析了通風安全監測系統應監測的主要參數，構建了一個監測網絡包括如下幾個三個部分：現場監測層、網絡通信層、上位機監測管理層。主控單元選用PLC控制，經過對數據進行處理，從而可以有效地改善井下通風情況。同時該系統參用模塊化進行管理，不僅可以有效地提高系統的高效運行，而且可以便與后續程序增加新的功能，從而可以提高井下作業的安全性。經過工程實踐發現，該系統可以有效地提高井下通風效率，并且運行穩定，因此具有較大的應用價值。