局部通風機智能化監控系統的應用

李曉威

（晉能控股煤業集團大斗溝煤業公司，山西 大同 037031）

引言

大斗溝煤業公司井下目前有兩條巷道處于掘進期間，每條巷道安裝兩臺功率為55 kW的局部通風機井下供風，局部通風機采用雙電源供電模式，雖然井下局部通風機能夠實現“三專兩閉鎖”，但是在實際掘進過程中因風機故障、供電系統故障，很容易造成因局部通風機停風瓦斯超限現象，當前煤礦局部通風機監控系統只能對通風機開停情況進行井下監測，但是無法對局部通風機故障情況進行分析排除，需人工現場排除及現場開啟風機，遠程自動化水平相對較低[1-2]。為了進一步提高煤礦局部通風機運行穩定性，保證煤礦掘進工作面通風安全，大斗溝礦對井下4臺局部通風機安裝了一套智能化遠程監控系統。

1 監控系統的結構組成及監測

1.1 監控系統結構

局部通風機遠程監控系統主要由工業計算機系統（地面上位機）、工業以太網、網絡交換站、開關、電源、PLC控制器、各類傳感器、攝像儀等部分組成，如圖1所示。

圖1 局部通風機智能化遠程監控系統結構示意圖

1）工業計算機系統：該系統安裝在地面操控室內，主要在主機系統、打印機、主機系統內安裝專用組態軟件，上位機系統根據井下數據采集直觀顯示局部通風運行工況情況，主要包括局部通風機運行臺數、故障情況、瓦斯濃度、開關狀態、事件記錄、電壓、電流等，同時可通過組態軟件對井下局部通風機運行進行控制。

2）網絡交換站：網絡交換站安裝在掘進巷道巷口、井底車場以及井口位置，網絡交換站主要對系統監測數據進行傳輸，將井下數據通過網絡上傳至地面上位機系統內[3]。

3）PLC控制器：每套系統安裝一臺PLC控制器，PLC控制器主要收集各類傳感器發送的數據信號，并對各類數據信號進行處理，然后發送執行指令；同時將數據信號轉換為電信號，通過工業以太網上傳至地面。

4）各類傳感器：遠程監控系統安裝的傳感器主要有溫度傳感器、瓦斯傳感器、風機開關傳感器、風速傳感器、風壓傳感器等，監測內容主要包括風機電機溫度、工作面瓦斯濃度、風機開關切換情況、風速、風壓等。

1.2 監測系統工作原理

1）系統運行前通過PLC控制器對各類參數進行設置，如風壓、風量、溫度等，風機正常運行時通過各類傳感器將參數上傳至PLC內并進行數據處理，處理后PLC發出執行指令，并將收集數據上傳至地面上位系統內，通過組態軟件直觀地顯示出來。

2）當系統監測的風機運行異常時，如工作面內瓦斯濃度超過1.0%時，系統發出警報，并及時進行瓦電閉鎖，切斷工作面內所有動力電源；當風機風量、風壓、風速不足時，通過PLC控制器對風機進行控制，及時切換一二級開啟模式[4]。

3）地面遠程監控系統可對井下局部通風機運行情況進行實時監控，根據風機運行狀態遠程切換風機，同時可監控通風機故障情況，從而可及時有效地進行檢修維護。

2 監控系統的主要功能

2.1 監控顯示功能

該系統能夠對井下局部通風機風速、溫度、風壓以及工作面瓦斯濃度實時監控；對局部通風機供電開關及進線開關進行監控，以及供電電壓、電流、功率實時顯示功能，具有帶時標的歷史數據、工作記錄、故障記錄顯示功能，同時該系統具有故障報警以及自動診斷功能[5]。

2.2 控制功能

智能遠程監控系統對局部通風機控制方式主要包括：遠程控制、就地自動控制和手動控制三種模式。

1）遠程控制主要通過地面操控室主機系統進行操控局部通風機啟停，當發出遠程控制指令時，系統自動診斷故障源，在診斷無停機故障時遠程開啟局部通風機。遠程控制時系統具有風機故障切換、閉鎖等功能，當發生故障時系統能夠實時報警，并顯示故障源。

2）就地自動控制主要由操控人員在現場通過對監控分站的開停按鈕對風機進行控制，該控制方式保持了風機自動切換以及閉鎖等功能。

3）就地手動控制操作人員通過監控分站上單臺風機控制按鈕控制風機開停，但是該控制方式不具有風機自動切換功能，但具有閉鎖功能，該控制方式主要用于風機檢修維護。

2.3 系統保護功能

1）瓦斯報警功能：當工作面內瓦斯濃度達1.0%時，系統對傳感器上傳數據進行分析，及時閉鎖工作面內所有動力電源，并發出警報，當工作面內瓦斯濃度降低至0.8%以下時閉鎖解除；同時當風機附近5.0 m范圍內瓦斯濃度達0.5%時，系統及時切斷風機電源并發出警報，瓦斯濃度低于0.5%時通過遠程控制界面重新啟動風機。

2）信息儲存功能：當局部通風機因故障或檢修停機后，重新開啟風機時原風機運行參數通過系統保留，并重新進行校準。

3）自動切換功能：通過監控系統可設置風機自動切換時間，并定時切換，地面主機系統對每天風機切換時間、切換時長、各風機運行狀況進行監控顯示。

4）故障報警功能：當風機在運行過程中出現風機高溫、開關故障時，系統發出警報并自動切換風機；當風筒風壓不足或風量不足時，系統發出警報但不自動切換風機。

2.4 系統安全管理功能

通過該系統可實時掌握井下局部通風機運行狀況、安全性能以及實測數據等，提高了局部通風機運行安全及可靠性，該系統具有查詢、儲存、數據庫管理等功能，通過系統可以對每月、每季度單臺風機故障次數、故障源等情況進行查詢，從而協助管理人員及時對局部通風機可能存在的隱患風險進行分析評估，從而進行處理。

3 結語

大斗溝煤礦在井下局部通風機安裝了智能遠程監控系統后，通過現場實際應用效果來看，該系統對風機監控保護動作靈敏可靠，可及時發現風機故障，解決了傳統風機監控系統自動化水平低、風機監控效果差等技術難題，有效保證了煤礦井下局部通風機運行穩定性，取得了顯著的應用成效。