局部通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程集中管控系統(tǒng)研究

陳 帥，袁樹杰，2，馬瑞峰

（1.安徽理工大學(xué) 能源與安全學(xué)院，安徽 淮南 232001；2.煤礦安全高效開采省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 淮南 232001；3.湖南平安礦井安全技術(shù)有限公司，湖南 湘潭 411100）

在我國礦山安全研究領(lǐng)域，礦井通風(fēng)技術(shù)的研究比較薄弱，尤其是在礦井通風(fēng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與井下通風(fēng)動(dòng)力裝置遠(yuǎn)程智能化控制技術(shù)方面更為落后。國內(nèi)多數(shù)礦山在礦井通風(fēng)方面主要存在以下3點(diǎn)問題：①礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算為靜態(tài)解算數(shù)據(jù)，解算結(jié)果只對(duì)應(yīng)礦井之前的某一狀態(tài)，未能實(shí)時(shí)反映當(dāng)前礦井的通風(fēng)狀況；②監(jiān)控系統(tǒng)只能對(duì)部分主要井巷進(jìn)行風(fēng)量監(jiān)控，未能覆蓋整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)所有井巷，存在監(jiān)控盲區(qū)；③井下通風(fēng)動(dòng)力裝置主要為局部通風(fēng)機(jī)，當(dāng)斷電后的井下局部通風(fēng)機(jī)恢復(fù)供電時(shí)，局部通風(fēng)機(jī)的開啟需要人工手動(dòng)操作，當(dāng)掘進(jìn)工作面及相關(guān)區(qū)域內(nèi)瓦斯處于安全范圍內(nèi)時(shí)，無法實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)自動(dòng)送電，降低了井下掘進(jìn)工作效率。因此，迫其需要對(duì)局部通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程集中管控系統(tǒng)進(jìn)行研究[1，2]。

1 設(shè)計(jì)需求分析

1.1 功能需求分析

局部通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程集中管控系統(tǒng)具有監(jiān)測(cè)和控制局部通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、遠(yuǎn)程啟/停、一鍵倒機(jī)、風(fēng)電閉鎖、瓦斯電閉鎖和變頻調(diào)速等功能。建立統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái)，將風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)轉(zhuǎn)記錄、故障等信息上傳至就近集中控制硐室[3]。

1.2 數(shù)據(jù)需求分析

系統(tǒng)涉及多種數(shù)據(jù)信息，按照數(shù)據(jù)信息的作用和形態(tài)分為靜態(tài)信息和動(dòng)態(tài)信息。

（1）靜態(tài)信息包括：①礦山信息：礦山的名稱、地理位置等；②設(shè)備信息：設(shè)備的類型、位置及編號(hào)等；③用戶信息：部門管理、在線用戶、用戶名稱、使用權(quán)限等。

（2）動(dòng)態(tài)信息包括：①設(shè)備采集信息：風(fēng)機(jī)運(yùn)行的風(fēng)量、風(fēng)壓、噪音、震動(dòng)、前后級(jí)電機(jī)的溫度、電壓和電流、環(huán)境參數(shù)等。②控制信息：風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)程啟/停、一鍵倒機(jī)、變頻和反風(fēng)操作等。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 控制界面

系統(tǒng)主頁面包括入風(fēng)口的風(fēng)量、風(fēng)筒出風(fēng)口的風(fēng)量及相關(guān)瓦斯?jié)舛鹊膭?dòng)態(tài)顯示。設(shè)計(jì)為綠色圓形圖標(biāo)代表正常運(yùn)行、黃色圓形圖標(biāo)代表故障、紅色圓形圖標(biāo)代表關(guān)閉，且具備報(bào)警功能。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)采用三級(jí)管控技術(shù)：地面集中控制平臺(tái)、井下集中控制硐室、就地控制[4，5]。地面集中控制平臺(tái)為系統(tǒng)的第一層級(jí)，采用WEB瀏覽器作為控制界面，通過環(huán)網(wǎng)交換機(jī)與井下集中控制硐室通訊連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)訪問，并可以在授權(quán)狀態(tài)下遠(yuǎn)程控制風(fēng)機(jī)，以達(dá)到動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)控制的目的。

井下集中控制硐室為系統(tǒng)的第二層級(jí)，安裝在方便人員到達(dá)，較易接入工業(yè)環(huán)網(wǎng)的硐室，顯示與控制風(fēng)機(jī)的開停狀態(tài)、規(guī)格型號(hào)、點(diǎn)檢記錄、維保記錄等，實(shí)時(shí)顯示風(fēng)機(jī)的電壓、電流、頻率、溫度、風(fēng)量等參數(shù)，并存儲(chǔ)設(shè)備運(yùn)行時(shí)間、故障報(bào)警記錄。

就地控制為系統(tǒng)的第三層級(jí)，主要包括設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)、周邊環(huán)境參數(shù)及視頻信號(hào)的采集與傳輸，并執(zhí)行上級(jí)管控平臺(tái)發(fā)出的指令。

局部通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程集中管控系統(tǒng)架構(gòu)圖如下圖1所示。

圖1 局部通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程集中管控系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.3 系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境

操作系統(tǒng)平臺(tái)：Windows server；

數(shù)據(jù)庫平臺(tái)：SqlServer；

Web服務(wù)器：Tomcat；

運(yùn)行環(huán)境 ：Java Development Kit（JDK）。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 登錄

在登錄界面，輸入用戶名和密碼，點(diǎn)擊登錄按鈕，即可進(jìn)入系統(tǒng)。系統(tǒng)默認(rèn)用戶名和密碼分別是admin和123456，登錄后，可以修改密碼。

圖2 系統(tǒng)登錄界面

3.2 局部通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)及控制

該頁面主要包括局部通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)、歷史數(shù)據(jù)查詢、報(bào)警信息查詢、系統(tǒng)管理、設(shè)備管理等功能及實(shí)時(shí)顯示風(fēng)機(jī)地理位置信息、出入口風(fēng)量大小、瓦斯?jié)舛鹊葏?shù)。

圖3 局部風(fēng)機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的功能顯示界面

點(diǎn)擊“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)”系統(tǒng)進(jìn)入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)頁面，該頁面顯示該局部通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、電壓、電流、溫度等，并可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。此頁面共分為6區(qū)，1區(qū)為風(fēng)機(jī)的通信狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、兩級(jí)電機(jī)運(yùn)行的頻率，故障報(bào)警及處理意見；2區(qū)為動(dòng)態(tài)儀表盤，包括風(fēng)機(jī)的入風(fēng)口風(fēng)量和風(fēng)筒的出風(fēng)口風(fēng)量；3區(qū)為局部通風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)程控制區(qū)域，包括就地/遠(yuǎn)程、一級(jí)風(fēng)機(jī)電機(jī)的啟停、二級(jí)風(fēng)機(jī)電機(jī)的啟停、一鍵送電、一鍵倒機(jī)、復(fù)位、變頻調(diào)速、漏電實(shí)驗(yàn)、切換實(shí)驗(yàn)和閉鎖實(shí)驗(yàn)按鈕；4區(qū)包括風(fēng)機(jī)的前后電機(jī)的電壓和電流；5區(qū)為風(fēng)機(jī)的周邊環(huán)境參數(shù)的動(dòng)態(tài)顯示，包括甲烷、一氧化碳、溫度、氧氣、呼吸性粉塵和全塵；6區(qū)為風(fēng)機(jī)運(yùn)行環(huán)境的參數(shù)顯示，包括風(fēng)機(jī)的電機(jī)橫向震動(dòng)和豎向震動(dòng)、噪音、電機(jī)絕緣值和溫度。

圖4 局部風(fēng)機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)頁面

點(diǎn)擊“統(tǒng)計(jì)分析”系統(tǒng)進(jìn)入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)頁面，該頁面對(duì)當(dāng)日的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析，形成各種報(bào)表。包括：局部通風(fēng)機(jī)入風(fēng)口風(fēng)量、風(fēng)筒出風(fēng)口風(fēng)量、電機(jī)電流電壓、電機(jī)溫度、噪音、震動(dòng)。

圖5 局部風(fēng)機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析界面

4 結(jié)論

局部通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程集中管控系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)功能：

（1）實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)程智能啟停、一鍵倒機(jī)及變頻、反風(fēng)操作。

（2）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)及環(huán)境參數(shù)并動(dòng)態(tài)顯示，可轉(zhuǎn)換為HTML或XML格式，可通過WEB瀏覽器瀏覽。

（3）實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析，并可根據(jù)不同要求打印相關(guān)報(bào)表。

（4）實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警及有毒有害氣體超限報(bào)警，未處理的報(bào)警反復(fù)提示。