凡口礦東風(fēng)井通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)

中金嶺南凡口鉛鋅礦　周　勇

凡口礦東風(fēng)井通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)

中金嶺南凡口鉛鋅礦周勇

本文針對(duì)通風(fēng)機(jī)的工作環(huán)境和運(yùn)行特點(diǎn)，介紹了可編程邏輯控制器（PLC）在凡口礦山通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用；分析了通風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成和設(shè)計(jì)；并介紹了PLC與其他智能裝置及計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)組成的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，為通風(fēng)設(shè)備的管理和維修提供了可靠的科學(xué)依據(jù)。

通風(fēng)機(jī)；PLC；遠(yuǎn)程監(jiān)控

0　前言

礦井通風(fēng)系統(tǒng)主要是為了解決礦井內(nèi)空氣的流通問題，使在井下作業(yè)的人員能夠正常工作并使有害氣體能夠及時(shí)地疏散到井外大氣中去（有的排出氣體需先經(jīng)過處理，如我礦通風(fēng)井經(jīng)過噴淋裝置過濾后排出氣體）。故對(duì)通風(fēng)設(shè)施進(jìn)行系統(tǒng)化管理和利用優(yōu)越的控制與監(jiān)視系統(tǒng)的工作就顯得尤為重要。

1　凡口礦礦井通風(fēng)概況

礦井的氣候條件常用風(fēng)流的溫度、濕度及風(fēng)速三個(gè)參數(shù)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。井下工作地點(diǎn)最適宜的氣候條件是：空氣溫度為15℃至20℃，空氣相對(duì)濕度為50%至60%，所要求風(fēng)速的大小根據(jù)氣溫的高低和其它條件而定，無提升設(shè)備的風(fēng)硐其最高風(fēng)速為15m/s。這三個(gè)參數(shù)是影響人體散熱的主要因素。風(fēng)速不僅對(duì)人體散熱及舒適有重要影響，還對(duì)礦塵懸浮、炮煙集聚、井巷通風(fēng)阻力等有較大關(guān)系。因此，為了改善礦井氣候條件，防止炮煙集聚，要求井巷風(fēng)速不能太低；為了防止井巷中落塵飛揚(yáng)、產(chǎn)生較大的通風(fēng)阻力等，要求風(fēng)速也不能過大。在井通風(fēng)氣候條件三要素中，濕度與溫度密切相關(guān)，但由于濕度控制比較困難，故改善氣候條件的重點(diǎn)就是將井下、特別是采掘工作面的氣溫和風(fēng)速進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，通過按需分風(fēng)決定各工作面的風(fēng)量。凡口礦井下通道四通八達(dá)，縱深寬廣，最深處距地面882m，每條通道橫向距離達(dá)2-5公里，每個(gè)中段通道總長長在20公里以上，全部礦井通道總長在500公里左右，且通道截面寬闊。因此，控制溫度不切實(shí)際，而控制風(fēng)量風(fēng)速變得切實(shí)可行。除風(fēng)井通風(fēng)外，井下使用小型風(fēng)機(jī)往深遠(yuǎn)的通道通風(fēng)。

2　通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行控制方式

本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方中控室控制、本地控制二種開機(jī)方式，通風(fēng)機(jī)亦可實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)運(yùn)行。兩種方式均可可實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)控制、風(fēng)門控制、潤滑站、噴淋系統(tǒng)、水箱、變頻器等手、自動(dòng)控制，緊急情況下，操作臺(tái)、現(xiàn)場、中控室可以急停風(fēng)機(jī)。

2.2通風(fēng)機(jī)的參數(shù)檢測

本系統(tǒng)由于主、輔設(shè)備多，分類廣，所用到的檢測裝置也各式各樣，主要有：

（1）溫度信號(hào)的檢測：采用測量電阻作為傳感器，變送器為多路溫度巡檢儀，可顯示、轉(zhuǎn)變信號(hào)、報(bào)警。

（2）啟/停信號(hào)的檢測：主要用于各種機(jī)電設(shè)備啟/停狀態(tài)檢測，并把檢測到的設(shè)備啟/停信號(hào)轉(zhuǎn)換成各種標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)傳輸給PLC。

（3）風(fēng)量的檢測：使用一體式壓力變送器進(jìn)行風(fēng)量、風(fēng)壓檢測，并顯示和輸出電信號(hào)。

（4）振動(dòng)參數(shù)的檢測：使用一體化振動(dòng)變送器。將傳統(tǒng)的振動(dòng)傳感器、精密測量電路集成在一起，實(shí)現(xiàn)了高精度振動(dòng)測量。一體化振動(dòng)變送器主要安裝在風(fēng)機(jī)裝置的軸承蓋上，可測量振動(dòng)烈度或者振動(dòng)幅度。它是由運(yùn)動(dòng)線圈切割磁力線產(chǎn)生輸出信號(hào)的變送器。

（5）壓力的檢測：需要檢測風(fēng)道中的靜壓和全壓。壓力的測量采用鉆孔取壓。測點(diǎn)選擇在通風(fēng)機(jī)的入口，將取得的壓力信號(hào)通過壓力傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

（6）電氣參數(shù)檢測方式：關(guān)于電氣參數(shù)，就是電力系統(tǒng)中配備的空載電流與負(fù)載電流，此外，功率、電壓、電能、功率因數(shù)也是一個(gè)重要的部分。此外，電壓開關(guān)柜還需要應(yīng)用到多功能智能儀表與綜合保護(hù)裝置，可以對(duì)線路和電量進(jìn)行保護(hù)和采集，相關(guān)的電氣參數(shù)是可以利用這一裝置來獲取的。

（7）信號(hào)采集設(shè)備：采用隔離變壓器和高精度穩(wěn)壓電源，提高系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。選用高精度的變送器將一次信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的4至20mA電流。傳輸信號(hào)采用屏蔽電纜，減弱電磁耦合干擾。系統(tǒng)的專用軟件完成數(shù)據(jù)的采集、分析等工作，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。

（8）系統(tǒng)的通訊：通訊網(wǎng)絡(luò)采用總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，現(xiàn)場通訊采用profibus-DP通訊網(wǎng)絡(luò)，上位機(jī)與PLC、上位機(jī)和遠(yuǎn)方控制（集控室）網(wǎng)絡(luò)則采用以太網(wǎng)方式通訊，遠(yuǎn)距離通過光纖與中央控制室工業(yè)控制計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制。

2.3系統(tǒng)的輸入/輸出模塊

數(shù)字量輸入模塊用于連接外部的機(jī)械觸點(diǎn)和電子數(shù)字傳感器，例如光電開關(guān)、按鈕等，它將來自現(xiàn)場的外部數(shù)字量信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部的信號(hào)電平，有數(shù)字濾波功能，以防止由于輸入觸點(diǎn)抖動(dòng)或外部干擾脈沖引起的錯(cuò)誤信號(hào)。S7-300的數(shù)字量輸入模塊為SM321。S7-300的模擬量輸入模塊SM331，用于將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為CPU內(nèi)部處理用的數(shù)字信號(hào)，其主要組成部分是A/D轉(zhuǎn)換器。

數(shù)字量輸出模塊在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器、燈、接觸器、驅(qū)動(dòng)電磁閥中都有著廣泛的應(yīng)用，這一模塊能夠?qū)?nèi)部信號(hào)電平轉(zhuǎn)化為外部信號(hào)電平，還可以起到放大功率以及隔離器的作用。本研究應(yīng)用的S7-300數(shù)字量輸出模塊采用了SM322，其中S7-300模擬量輸出模塊可以直接應(yīng)用在CPU中，并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)比例的電壓信號(hào)與電流信號(hào)，可以直接對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生調(diào)節(jié)與控制作用。

3　通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)軟件應(yīng)用模式

3.1程序的設(shè)計(jì)方式

系統(tǒng)PLC程序的設(shè)計(jì)應(yīng)用分塊程序結(jié)構(gòu)模式，將工程任務(wù)分為不同的任務(wù)模塊，每一個(gè)模塊都可以根據(jù)子程序來實(shí)施處理工作，在開展處理工作時(shí)，CPU會(huì)不間斷工作，在遇到子程序調(diào)用指令時(shí)，就會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的工作。雖然分塊程序結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，但是可以將復(fù)雜的控制任務(wù)簡單化，程序員編寫起來也非常容易，具體的程序編寫模式如下：

（1）主程序：用來調(diào)用各種功能或功能塊，以實(shí)現(xiàn)各種功能。

（2）初始化程序：開始執(zhí)行自動(dòng)控制程序之前，要求系統(tǒng)處于規(guī)定的初始狀態(tài)，將初始步對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器位置位于1狀態(tài)，初始步變?yōu)榛顒?dòng)步，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制做好準(zhǔn)備，當(dāng)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行后存儲(chǔ)器位被復(fù)位。

（3）風(fēng)門的控制程序：風(fēng)門打開與關(guān)閉均采用天車控制，檢測開關(guān)有開到位、關(guān)到位、過卷開關(guān)，風(fēng)門輔助設(shè)備電動(dòng)推桿開關(guān)位置信號(hào)則采用行程開關(guān)。為防止通風(fēng)時(shí)形成風(fēng)流短路，嚴(yán)禁兩個(gè)通風(fēng)機(jī)的風(fēng)門同時(shí)打開，程序設(shè)計(jì)為相互閉鎖。

（5）正常通風(fēng)時(shí)通風(fēng)機(jī)電機(jī)的控制程序：為防止兩個(gè)電機(jī)同向啟動(dòng)運(yùn)行，兩個(gè)電機(jī)之間分別設(shè)計(jì)電氣互鎖。

3.2通風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)

通風(fēng)機(jī)在未采用變頻器驅(qū)動(dòng)時(shí)應(yīng)開風(fēng)門啟動(dòng)，在安裝變頻器系統(tǒng)后，通風(fēng)機(jī)應(yīng)關(guān)住風(fēng)門啟動(dòng)，其原因是帶變頻器啟動(dòng)時(shí)，其啟動(dòng)時(shí)比直接啟動(dòng)力矩小，電機(jī)慢慢開始轉(zhuǎn)動(dòng)，若開啟風(fēng)門啟動(dòng)，受其它風(fēng)井反向風(fēng)力影響，導(dǎo)致啟動(dòng)失敗。啟動(dòng)條件還包括潤滑系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)、水箱系統(tǒng)（包括水閥），高壓系統(tǒng)、變頻系統(tǒng)以及電機(jī)、風(fēng)機(jī)各參數(shù)滿足條件，各轉(zhuǎn)換開關(guān)在準(zhǔn)確位置。待風(fēng)機(jī)啟動(dòng)正常穩(wěn)定后，打開風(fēng)門，再進(jìn)行加速，直至滿足所要求的速度。通風(fēng)機(jī)啟動(dòng)可在現(xiàn)場儀表柜、操作臺(tái)利用按鈕啟動(dòng)；也可以在上位機(jī)啟動(dòng)，下圖為上位機(jī)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)界面。

3.3通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行與遠(yuǎn)程監(jiān)控

通風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后需根據(jù)井下實(shí)際作業(yè)人數(shù)、作業(yè)面、作業(yè)內(nèi)容和其它一些情況來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，如我礦在周一至周六白天將風(fēng)機(jī)調(diào)至最高轉(zhuǎn)速，而周日和晚上則調(diào)至最高轉(zhuǎn)速的80%，這樣為企業(yè)節(jié)約了不少能源。下圖為通風(fēng)機(jī)運(yùn)行主畫面，其還包含有風(fēng)機(jī)啟動(dòng)、報(bào)警、歷史記錄等子畫面，隨時(shí)可以進(jìn)行切換觀察。主畫面顯示風(fēng)機(jī)溫度、振動(dòng)、電機(jī)溫度、電流、轉(zhuǎn)速、功率，潤滑站、風(fēng)門系統(tǒng)以及水箱等的部分參數(shù)和系統(tǒng)的其它狀態(tài)參數(shù)等。

4　結(jié)束語

通風(fēng)機(jī)是保證礦井安全生產(chǎn)的主要核心設(shè)備之一，其工作狀況對(duì)礦井的企業(yè)運(yùn)營效益有很大的影響。通過選用具有優(yōu)良性能的傳感器、變流器等檢測裝置，可以對(duì)通風(fēng)機(jī)及相關(guān)配套設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測。