煤礦地面主要通風機遠程監控系統研究

馮艷陽

（山西汾西礦業孝義煤礦管理分公司，山西 孝義 032300）

引言

煤礦井下開采時，難以避免有大量的粉塵、瓦斯等，給煤礦生產安全帶來制約，通風系統是將井下有害物質排出到地面的主要方式[1-2]。為確保煤礦通風系統可靠運行，煤礦地面主要通風機一般采用冗余原則設計，即布置2臺主要通風機，一用一備，同時2臺主要通風機均有其獨立的供電系統[3-5]。現階段地面通風機監控系統功能較為簡單，一些關鍵監測參數多采用人工方式進行分析處理，從而降低了監控系統可靠性及實時性等[6-7]。本文結合煤礦地面主要通風機監測需求，設計一種主要通風機遠程監控系統，該系統可實時發現主要通風機運行過程中出現的故障并及時發出預警信息，可在一定程度上提高煤礦通風系統可靠性。

1 礦井地面主要通風機概述

山西某礦回風井布置2臺軸流式通風機，2臺通風機型號、功率完全一樣。按照各部位功能，可將主要通風機結構劃分為擴散器、工作葉片、集風器、動輪、流線體、機殼及整流器等部分，具體回風井布置的主要通風機結構如圖1所示。

集風器結構呈現曲線形狀，越靠近出口口徑越大（反之越靠近里面口徑越小）。線留體呈曲面圓錐形，可以遮蓋輪轂并與流線體、集風器等結合形成入風口。風機葉片均在動輪上安裝，安裝角可根據現場實際情況調整，具體礦井使用的局部通風機安裝角包括15°、25°、30°、35°、40°及45°六種角度，葉輪安裝鄰近葉片間應保持等距。在動輪后側位置安裝整流器，對流入空氣進行整流，避免出現渦流損失。擴散器主要作用是增加氣體流動時靜壓，降低氣體流動損失。

圖1 主要通風機結構示意圖

2 遠程監控系統設計

2.1 遠程監控系統結構層級

設計的主要通風機遠程監控系統包括現場監測及控制層、中央管理層及遠程監控層3個層級。

1）現場監測及控制層：該層級主要功能包括采用各類測量裝置、傳感器對主要通風機各結構設備運行參數、運行狀況進行監測；依據中央管理層指令，對主要通風機及附屬設備運行進行控制，如可遠程控制風門啟動、閉合。現場監測及控制層與中央控制層間采用RS485總線方式進行數據通信。

2）中央管理層：該層級主要結構包括工業計算機、數據采集裝置及不間斷電源等，主要功能為對監測獲取到的參數進行采集、存儲及管理，并將監測參數傳輸給遠程監控層進行處理、分析。遠程監控層發出的控制指令也通過中央管理層傳輸給現場監測及控制層，實現地面主要通風機運行參數控制。

3）遠程監控層：遠程監控層結構包括監控大屏、顯示屏、數據服務器等，遠程監控層與中央管理層間采用工業以太網方式進行數據通信。監控大屏可實時顯示主要通風機運行狀態參數，從而便于相關通風管理人員及時掌握通風機運行信息。

2.2 遠程監控系統方案

遠程監控系統結構如下頁圖2所示，整個監控系統從功能層面分析可劃分為上位機、下位機兩個部分，主要結構包括PLC（S7-200型）、各類監測傳感器、工控機及視頻監控系統等。

圖2 遠程監控系統結構框圖

1）遠程監控系統下位機：下位機最為主要的結構為PLC（S7-200型），為了便于現場安裝及后期保養維護，選用的PLC為模塊化結構，監控系統中現場布置的各類設備、監測傳感器均受PLC控制。現場監測采用風量、壓力、溫度等傳感器即可實時獲取主要通風機運行參數。監控系統選擇采用的PLC類型為S7-200型，PLC內存及I/O接口數可滿足監控系統現場監控及后續功能擴展需求。各類傳感器用以對主要通風機運行參數進行監測，根據現場遠程監控需要，選擇使用的壓力傳感器型號為APG-LC100、溫度傳感器型號為GWP100（D）、振動傳感器型號為GB20、煙霧傳感器型號為GQQ0.1（D）、風量傳感器型號為KGF2。在主要通風機上布置的各類傳感器監測參數會實時傳輸給S7-200PLC，通過PLC判斷監測參數是否在合理范圍內，同時傳感器可接受遠程監控系統控制，實現啟動、停止。地面主要通風機上各類監測傳感器布置位置如圖3所示。

圖3 傳感器布置位置示意圖

2）上位機部分：上位機部分用以分析下位機監測參數并實時顯示監測結果。在監控系統內預先設定安全值，當監測數據超過設定安全值后，監測系統會自動發出報警信息。上位機主要包括工業計算機、監控顯示屏，并通過光纖網絡與下位機進行通信。視頻監控系統采用主要通過高清防爆攝像機對風門、通風機房等位置畫面進行實時采集，并通過光纖網絡將監測畫面傳輸給監控中心，協助實現主要通風機遠程監控。選用的高清防爆攝像頭型號為KBA，主要布置在風門等有防爆需求的場所。

3 現場應用效果分析

將文中所提主要通風機遠程監控系統應用到地面主要通風機監測中。現場應用取得較好效果，通過采用遠程監控系統，可明顯提升主要通風機可靠性，一旦通風機運行出現故障監控系統即會發出報警信息，便于相關人員及時排除主要通風機運行故障。

采用遠程監控系統后，通風人員可在監控中心顯示大屏掌握主要通風機運行情況，并通過遠程系統啟動備用風機，縮小備用風機啟動時間。在遠程監控系統中布置的風速、風量等傳感器可實時掌握通風系統參數，當發現監測參數存在異常時可及時發出報警信號；同時傳感器還可對通風機設備本身、開關柜等狀態進行監測，及時發現潛在的小故障。具體現場監控畫面如圖4所示。

圖4 現場監控畫面

遠程監控系統應用后，可依據井下通風實際需要遠程調節主要通風機運行，在滿足井下通風的同時降低主要通風機運行能耗；同時主要通風機運行無須人員值守，僅安排相關人員例行巡檢即可，可在一定程度上降低人力成本。

4 結語

在分析煤礦地面主要通風機運行基礎上，對遠程監控系統進行設計，以S7-200PLC為核心，采用各類監測傳感器對主要通風機運行參數進行監測，并輔助采用視頻監控系統提高監測效果。遠程監控系統上位機可實時顯示井下各傳感器監測參數并對故障信息進行報警。現場應用后，主要通風機遠程監控系統可實現通風機運行參數遠程監控，并提高煤礦通風系統可靠性，且現場不需要安排專人值守，僅通過巡檢即可滿足主要通風機檢測需要。