礦井通風監測系統的設計與應用

劉思敏

（晉能控股煤業集團安全管理部督查大隊二中隊，山西 大同 037003）

引言

煤礦通風系統是保證礦井開采安全的重要措施。通風系統的穩定運行給礦井內作業提供了新鮮的空氣，并排出礦井內部的氣體及粉塵。隨著自動化開采技術的進步，為了提高通風系統的性能，依據礦井內部的狀態對通風系統的運行參數進行實時動態的調整[1]，成為提高運行效率保證礦井安全的重要方法。對通風系統的動態調整，必須要實時地監測通風系統的運行狀態，建立通風實時監測系統。

1 礦井通風監測系統的整體設計

對礦井的通風系統進行在線實時監測，需要對礦井的通風機布置進行整體設計，如圖1 所示為煤礦的主通風機布置圖。依據通風機的布置，進行監測系統的設計，滿足根據礦井內不同狀態的風量需求變化進行實時調整，既能獨立運行，又能兩級電機同時運行，并且單臺故障時，備用風機能夠快速啟動，滿足煤礦的通風要求，保證礦井安全[2]。

圖1 礦井通風機整體布置圖

礦井通風監測系統的主要功能要實現對通風機的變頻控制，對通風機的參數進行實時的監測，包括系統的電流參數及系統的風速、壓力等，對供電系統的穩定性進行監測，具備遠程和本地控制的功能，對系統的運行狀態進行監控并下發指令，系統具備故障報警的功能，能對系統的運行故障進行預警[3]。

礦井通風監測系統采用集中管理的方式進行分散式控制，系統的整體架構如圖2 所示，系統主要包括現場測量級、基礎控制級、監控管理級三個部分[4]。現場測量級由變頻器、溫度采集、風量采集等多種傳感器組成，進行通風系統的參數測量，并對通風機的運行進行變頻控制；基礎控制及時監控系統的核心部分，由PLC 控制模塊、模擬量及通訊模塊等組成，進行程序的編制實現通風機的實時監控數據的采集及處理；監控管理機是通風監控系統的人機接口，完成與PLC的通訊及數據交互，實現對數據的存儲顯示及指令的輸入等控制。

圖2 礦井通風監測系統的整體架構圖

2 礦井通風監測系統主要硬件的設計

礦井通風系統的供電系統為獨立雙電源供電模式，兩路電源相互自鎖，供電系統采用柜式一體化結構，供電系統的組成主要包括變壓器、低壓進線柜、低壓配電柜、聯絡柜、變頻柜及UPS 電源，供電系統實現通風系統及在線監測系統的不間斷供電。

對于監控系統的運行控制，由于礦井內部的環境惡劣，為保證系統的穩定運行，采用工業控制常用的PLC 作為主控制器，具有較高的可靠性及較強的適應性，滿足礦井環境的應用。采用西門子S7-1200系列的PLC，具有較高的靈活性和可靠性，并且具有豐富的輸入輸出接口，滿足系統的使用需求[5]。

通風系統采用兩臺軸流通風機，在運行過程中滿足一用一備的工作方式，每臺通風機具有獨立的兩臺電動機驅動，依據風量的需求來進行電機的運行。在使用過程中，兩臺風機的轉速要保證一致，電機的運行達到同步，風機既可以單級運行，也可以雙級運行，系統的變頻調節原理如圖3 所示。系統的變頻器選用ABB 變頻器ACS800-04P，具有較多的應用場合，功能強大，能夠進行靈活的編程應用，滿足大功率的風機應用。

圖3 變頻調節原理圖

對通風系統的關鍵參數進行信息采集，需要多種不同類型的傳感器。適宜的傳感器能夠提高系統監測的準確性，降低系統誤差。系統的監測參數主要包括供電系統的電壓、電流等，風機運行的壓力、瓦斯濃度、風量、溫度等參數，選用的采集裝置主要包括振動、壓力、溫度、瓦斯濃度、風速傳感器及相應的變送器及采集儀表[6]。

3 礦井通風監測系統的軟件設計

通風監測系統的軟件采用組態軟件進行開發設計，上位機軟件主要包括工程項目的管理界面、人機界面、系統配置、數據庫及組件工具，軟件開發的整體流程如圖4 所示。

圖4 軟件開發設計流程

上位機軟件采用工業以太網的形式進行通訊，在組態軟件中進行I/O 接口的設置。系統的數據庫是進行監控的基礎部分，建立PLC的寄存器地址及變量點的關聯是進行數據庫創建的主要工作，將PLC 傳輸來的系統參數包括電量參數、溫度參數、風速、瓦斯含量等模擬量參數進行存儲，并依據系統指令進行數據的調用。

系統的軟件界面采用窗口分布的形式，主要包括監控主頁、系統控制、趨勢變化曲線、報警記錄、數據報表及用戶管理，通過窗口系統進行系統的管理分析，實現對通風系統的控制。

通過上位機監控軟件的開發，實現與PLC 系統的通訊，建立系統的數據庫，實時地顯示監控畫面，并具有報警及用戶管理的功能，實現對通風系統的監控控制。

4 結語

礦井通風系統的穩定運行對于礦井的安全性具有重要的影響。建立礦井通風監測系統，依據礦井的狀態，實時地監測調整礦井通風機的運行狀態，可提高礦井通風系統的安全穩定性。該系統通過本地控制和上位機遠程控制的方式控制風機的云狀，通過多種傳感器進行數據的采集，并通過PLC的分析處理傳輸至上位機軟件中，提供各類參數的曲線及報表，并具有指令下發的功能，動態地調整通風系統的運行參數，提高了礦井通風系統的運行效率，保證了礦井開采的安全高效。