地下工程空氣質(zhì)量監(jiān)測及通風(fēng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

楊乾鴻，石 峰，姜發(fā)海

(華電四川瀘定水電有限公司，四川 瀘定 626100)

0 前 言

相對于空氣質(zhì)量來說，地下工程與地面工程相比較最大的特點(diǎn)是空氣質(zhì)量差，各種有害氣體不易排出，如果不進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測監(jiān)控并及時(shí)排除有害氣體，長期累積會對運(yùn)行人員的身體健康產(chǎn)生很大的影響。目前大部分地下工程靠手持儀器儀表進(jìn)行檢測，具有很大的局限性和隨意性，這種方法常常會導(dǎo)致檢測不正確，影響地下工程的工作人員的身體健康，已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代的地下工程的智能化，自動化的控制要求。

1 系統(tǒng)介紹

某地下工程為國家電網(wǎng)的地下廠房，地下的地質(zhì)條件多樣性，其原設(shè)計(jì)為靠手持儀器儀表進(jìn)行檢測，存在很大的問題。后經(jīng)修改，設(shè)計(jì)安裝了地下工程空氣質(zhì)量監(jiān)測及通風(fēng)控制系統(tǒng)設(shè)備。現(xiàn)場管理人員可以在中央控制室監(jiān)測地下空氣質(zhì)量的所有數(shù)據(jù)，通過對監(jiān)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如地下空氣質(zhì)量不符合要求，地下空氣監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行自動報(bào)警處理；還可以聯(lián)動控制地下廠房的通風(fēng)設(shè)備進(jìn)行通風(fēng)換氣，使地下空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)；地下工程空氣質(zhì)量監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)自動對每天的數(shù)據(jù)進(jìn)行更新、存儲、對比、分析，對地下廠房經(jīng)常出現(xiàn)空氣質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的地點(diǎn)進(jìn)行預(yù)測及預(yù)警，可做到無人值守、自動檢測、數(shù)據(jù)及報(bào)警信息自動保存。

2 監(jiān)測監(jiān)控要求

2.1 系統(tǒng)監(jiān)測監(jiān)控要求

中心服務(wù)器通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與各現(xiàn)地監(jiān)測控制單元進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)所有分單元的監(jiān)視、控制和管理。

參數(shù)設(shè)定及控制功能：根據(jù)運(yùn)行情況需要，組合編排系統(tǒng)監(jiān)測的時(shí)間，并對各現(xiàn)地監(jiān)測控制單元的測量參數(shù)整定值進(jìn)行設(shè)定。

數(shù)據(jù)采集、報(bào)警及處理功能：自動定期采集整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)及運(yùn)行狀態(tài)信息，越限時(shí)發(fā)出報(bào)警信號。

圖形顯示及打印功能：可顯示全廠空氣質(zhì)量和某些特定區(qū)域空氣質(zhì)量的動態(tài)畫面、曲線圖、操作流程框圖，在報(bào)警時(shí)自動推出相關(guān)報(bào)警畫面，操作時(shí)能夠推出相關(guān)指導(dǎo)畫面。系統(tǒng)可打印運(yùn)行報(bào)表及事件、報(bào)警、人工輸入信息等報(bào)表。

掉電保護(hù)和自動恢復(fù)功能:電源恢復(fù)時(shí)應(yīng)能自動恢復(fù)各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并自動恢復(fù)到掉電前的運(yùn)行狀態(tài)。

運(yùn)行管理及設(shè)備維護(hù)管理:對系統(tǒng)內(nèi)的主要設(shè)備建立檔案，記錄存儲兩年以上的環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，報(bào)警及故障記錄。

系統(tǒng)與電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)系：空氣質(zhì)量監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)自成體系，系統(tǒng)可通過I/O接口以無源接點(diǎn)方式和串行口通信方式與電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)系。

2.2 系統(tǒng)現(xiàn)地監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備功能

現(xiàn)地監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備具有自診斷功能，可對硬件設(shè)備或軟件進(jìn)行在線或離線診斷，在出現(xiàn)故障時(shí)能自動維持設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)不變。

現(xiàn)地監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備應(yīng)能接受上位控制機(jī)的運(yùn)行參數(shù)設(shè)定，即：現(xiàn)地監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備自動檢測各測點(diǎn)的各種空氣質(zhì)量參數(shù)；現(xiàn)地監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備獨(dú)立進(jìn)行系統(tǒng)自動監(jiān)測監(jiān)控；現(xiàn)地監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備故障自動診斷與報(bào)警；與服務(wù)器保持通信，在通信通道故障時(shí)給出報(bào)警；自動上傳測量數(shù)據(jù)及運(yùn)行情況、隨時(shí)接收上位控制機(jī)發(fā)出的命令并自動執(zhí)行。

具有掉電保護(hù)功能。

3 系統(tǒng)監(jiān)測監(jiān)控參數(shù)

按照《水電工程勞動安全與工業(yè)衛(wèi)生設(shè)計(jì)規(guī)范》(NB35074-2015)室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，系統(tǒng)測量的參數(shù)有：二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、二氧化碳、氨、臭氧、甲醛、苯、甲苯、二甲苯、苯并笓、所吸入顆粒、總揮發(fā)性有機(jī)物等。

4 系統(tǒng)組成及設(shè)計(jì)

系統(tǒng)組成如圖1所示，空氣質(zhì)量監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)通訊進(jìn)行組網(wǎng)，以中心服務(wù)器為主站，各區(qū)域的現(xiàn)地監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備為從站，在各個(gè)現(xiàn)地監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備設(shè)置操作顯示屏。系統(tǒng)硬件組成有DELL740服務(wù)器一臺、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)四臺、UPS電源一臺、現(xiàn)地監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備若干，其中UPS電源為服務(wù)器在緊急斷電的情況下供電。現(xiàn)地監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備提供設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，故障狀態(tài)，同時(shí)提供二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、二氧化碳、氨、臭氧、甲醛、苯、甲苯、二甲苯、苯并笓、所吸入顆粒、總揮發(fā)性有機(jī)物的數(shù)據(jù)參數(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)通訊上傳到中心服務(wù)器上進(jìn)行處理?？諝赓|(zhì)量監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中心服務(wù)器位于中央控制室，現(xiàn)地監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備位于全廠各監(jiān)測監(jiān)控點(diǎn)。

圖1 空氣質(zhì)量監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)

5 組態(tài)軟件設(shè)計(jì)

5.1 界面設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用FameView 組態(tài)，F(xiàn)ameView 組態(tài)具有高性能組態(tài)監(jiān)控 SCADA 軟件平臺及設(shè)備數(shù)據(jù)表，采集點(diǎn)2000點(diǎn)及50萬變量，主控畫面內(nèi)容豐富，功能齊全。服務(wù)器的主畫面功能如圖2所示。其主要功能有：

圖2 服務(wù)器主畫面功能示意

(1)可視化的界面。系統(tǒng)可根據(jù)監(jiān)測監(jiān)控的需要，設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)庫、報(bào)表、控制功能鍵、聯(lián)動輸出功能鍵，報(bào)警功能及數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示。

(2)參數(shù)及變量的設(shè)定。系統(tǒng)的報(bào)警參數(shù)設(shè)定在組態(tài)軟件中有對應(yīng)的格式進(jìn)行設(shè)定，變量在組態(tài)功能與對應(yīng)現(xiàn)場監(jiān)測監(jiān)控的I/O接點(diǎn)及存儲器之間相對應(yīng)，通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸及控制。

(3)系統(tǒng)的層次。根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際監(jiān)測監(jiān)控的需要，系統(tǒng)分為兩個(gè)層次：系統(tǒng)的服務(wù)器管理界面層次和各現(xiàn)地監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備的界面。系統(tǒng)的服務(wù)器管理界面層次顯示了系統(tǒng)所有設(shè)備的工作狀態(tài)，全廠區(qū)域檢測的二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、二氧化碳、氨、臭氧、甲醛、苯、甲苯、二甲苯、苯并笓、所吸入顆粒、總揮發(fā)性有機(jī)物的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及曲線圖，報(bào)警事件及超標(biāo)的數(shù)據(jù)，所有設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄表，系統(tǒng)各時(shí)期的數(shù)據(jù)對比，各超標(biāo)報(bào)警事件的與通風(fēng)系統(tǒng)控制聯(lián)動記錄，系統(tǒng)管理人員的登錄管理。現(xiàn)地監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備的界面獨(dú)立成系統(tǒng)，也在服務(wù)器管理界面層次管理下統(tǒng)一運(yùn)行。

5.2 系統(tǒng)功能介紹

空氣質(zhì)量監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的自動報(bào)警控制處于自動狀態(tài)時(shí)，各現(xiàn)地監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備對區(qū)域內(nèi)的空氣按設(shè)定程序進(jìn)行檢測，如有超標(biāo)數(shù)據(jù)系統(tǒng)啟動報(bào)警程序進(jìn)行報(bào)警處理。

空氣質(zhì)量監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)處于手動狀態(tài)時(shí)，各現(xiàn)地監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備對區(qū)域內(nèi)的空氣檢測需要手動控制進(jìn)行，檢測的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后有超標(biāo)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)需要手動啟動報(bào)警程序進(jìn)行報(bào)警處理。

空氣質(zhì)量監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的通風(fēng)聯(lián)動控制系統(tǒng)根據(jù)檢測的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，滿足啟動通風(fēng)聯(lián)動系統(tǒng)的要求，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸把指令發(fā)送到相對應(yīng)的通風(fēng)控制系統(tǒng)，進(jìn)行聯(lián)動控制風(fēng)機(jī)啟動。具體過程如圖3所示。

圖3 通風(fēng)聯(lián)動控制系統(tǒng)分析流程

空氣質(zhì)量監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的故障報(bào)警控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障報(bào)警，在服務(wù)器管理界面層次對應(yīng)的圖標(biāo)進(jìn)行閃爍及小警報(bào)聲報(bào)警，同時(shí)下發(fā)給對應(yīng)的現(xiàn)地設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場故障報(bào)警，現(xiàn)地設(shè)備自檢到故障進(jìn)行現(xiàn)場報(bào)警同時(shí)上傳給服務(wù)器管理界面層次進(jìn)行報(bào)警。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的監(jiān)視、顯示及全廠的空氣質(zhì)量的現(xiàn)地監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視及數(shù)據(jù)管理，全廠的二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、二氧化碳、氨、臭氧、甲醛、苯、甲苯、二甲苯、苯并笓、所吸入顆粒、總揮發(fā)性有機(jī)物的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)都在服務(wù)器管理界面層次顯示、分析處理、對比及記錄。

空氣質(zhì)量的現(xiàn)地監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備通過現(xiàn)地的觸摸屏可以進(jìn)行控制，并能顯示本區(qū)域的二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、二氧化碳、氨、臭氧、甲醛、苯、甲苯、二甲苯、苯并笓、所吸入顆粒、總揮發(fā)性有機(jī)物的數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)情況。

空氣質(zhì)量的現(xiàn)地監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備與通風(fēng)系統(tǒng)的聯(lián)動，當(dāng)現(xiàn)地監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備監(jiān)測到對應(yīng)區(qū)域的空氣質(zhì)量超標(biāo)，啟動報(bào)警并上傳實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及報(bào)警信號，通過服務(wù)器發(fā)出聯(lián)動信號給通風(fēng)系統(tǒng)，啟動對應(yīng)區(qū)域的通風(fēng)設(shè)備進(jìn)行通風(fēng)換氣直至該區(qū)域的空氣質(zhì)量恢復(fù)正常，通風(fēng)系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行20 min才恢復(fù)初始狀態(tài)。

空氣質(zhì)量的現(xiàn)地監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備設(shè)置，在交通洞、母線洞、出線洞等的區(qū)域，每20 m設(shè)置一套現(xiàn)地監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備，其他區(qū)域如主副廠房、水輪機(jī)層、設(shè)備間每100 m2設(shè)置一套現(xiàn)地監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備。

6 結(jié) 語

系統(tǒng)經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行實(shí)踐表明，該空氣質(zhì)量監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)具有靈敏度高、智能化水平高，運(yùn)行可靠、操作簡便，維護(hù)費(fèi)用及開支少的優(yōu)勢，其智能的人機(jī)界面為運(yùn)行維護(hù)管理人員提供一個(gè)優(yōu)質(zhì)管理操作平臺，很好地解決了當(dāng)前地下工程的空氣質(zhì)量監(jiān)測監(jiān)控困難自動化、智能化程度不高的問題，保障了電站的運(yùn)行維護(hù)人員的職業(yè)健康，保證了水電工程勞動安全和衛(wèi)生安全，為電站的安全運(yùn)行提供可靠的保障。