關(guān)鍵詞：通風(fēng)機(jī)；監(jiān)控；改造 

abstract: the coal mine ventilation system in coal mine safety production is an important part, reasonable, stable, reliable mine ventilation system is the guarantee for mine safety in production base, with the mining depth, strength is increased, air resistance, air produced bigger change, so real-time monitoring of main fan operation, when the operation of the main fan when a fault occurs, the rapid switching of main fan, protection of underground normal ventilation, the safeguard down hole operation personnel life safety, has very important significance. 

key words: ventilator; monitoring; transformation 

改造背景 

由于目前許多老礦井的大型通風(fēng)設(shè)備技術(shù)落后，設(shè)備老化加上經(jīng)多年運(yùn)行，故障和隱患逐漸顯現(xiàn)，給現(xiàn)場的使用和維護(hù)帶來一系列問題。但是鑒于生產(chǎn)條件、初期基建條件和近些年煤礦經(jīng)濟(jì)條件等因素的制約，這些面臨淘汰的設(shè)備還未能完全被更換掉；同時(shí)，完全更換影響生產(chǎn)時(shí)間較長。針對(duì)此情況，最好的解決辦法是進(jìn)行技術(shù)改造，即結(jié)合實(shí)際在原有的基礎(chǔ)上把存在嚴(yán)重隱患、技術(shù)落后、效率低下的設(shè)備或裝置進(jìn)行更新或改造，利用先進(jìn)的技術(shù)或產(chǎn)品進(jìn)行嫁接，使其重新煥發(fā)生機(jī)與活力。 

目前我礦西風(fēng)井主扇的監(jiān)控系統(tǒng)，只是由一些分散的溫度顯示器，負(fù)壓管及高壓啟動(dòng)柜上的電流表組成，無風(fēng)量監(jiān)測，風(fēng)門位置檢測等裝置。無法實(shí)時(shí)了解通風(fēng)系統(tǒng)的整體運(yùn)行狀態(tài)。在進(jìn)行正常及故障倒機(jī)時(shí)需分別對(duì)風(fēng)門絞車、主扇一、二級(jí)電機(jī)分別進(jìn)行操作才能開啟備用主扇。存在倒機(jī)時(shí)間長，容易誤操作等嚴(yán)重問題。針對(duì)這一系列的問題，本項(xiàng)目采用西門子公司的s7-300系列plc，通過工控機(jī)上位機(jī)監(jiān)控軟件和plc進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。實(shí)現(xiàn)對(duì)我礦西風(fēng)井主扇的運(yùn)行狀態(tài)，故障、正常倒機(jī)的自動(dòng)監(jiān)測與控制及遠(yuǎn)程監(jiān)控。大幅提升了西風(fēng)井主扇運(yùn)行的安全性、可靠性；減少了故障倒機(jī)、正常倒機(jī)的停風(fēng)時(shí)間；便于機(jī)電管理及生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)實(shí)時(shí)掌握礦井通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，對(duì)礦井的安全生產(chǎn)具有非常重要的意義。對(duì)于傳統(tǒng)的主扇監(jiān)控方法具有較大的推廣價(jià)值。 

1 通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造方案 

一、總體實(shí)施方案 

西風(fēng)井有二臺(tái)主要通風(fēng)機(jī)，每臺(tái)風(fēng)機(jī)均配之一個(gè)控制和信號(hào)采集柜（簡稱plc控制柜）；plc控制柜的控制核心采用西門子公司的s7-300系列plc，通過工控機(jī)上人機(jī)監(jiān)控軟件和plc進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。因此整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)由二個(gè)plc控制柜和二臺(tái)工控機(jī)組成，它們之間通過路由器用以太網(wǎng)進(jìn)行連接，構(gòu)成局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。在正常情況下，每一臺(tái)工控機(jī)都可以對(duì)任何一臺(tái)plc控制柜發(fā)出控制命令及接受它們的數(shù)據(jù)，因此工控機(jī)屬于冗余配置。 

2 通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能 

2.1通風(fēng)機(jī)的控制方式； 

自動(dòng)方式：如果控制柜上或組態(tài)軟件的運(yùn)行窗口中被選風(fēng)機(jī)的“待機(jī)”燈亮，表示此臺(tái)風(fēng)機(jī)已經(jīng)具備了自動(dòng)運(yùn)行的必要條件，例如高、低壓柜沒有故障、電機(jī)和軸承超溫正常、集中就地箱在自動(dòng)方式，各風(fēng)門在相應(yīng)位置等，此時(shí)可以用自動(dòng)方式運(yùn)行；操作方式可以按工控機(jī)上（軟按鈕）或plc控制柜上的按鈕。 

檢修方式：在對(duì)一臺(tái)經(jīng)過檢修的風(fēng)機(jī)需進(jìn)行試運(yùn)行，在不影響另一臺(tái)運(yùn)行風(fēng)機(jī)正常工作情況下進(jìn)行調(diào)試的那種工作方式叫檢修方式；此時(shí)那臺(tái)被檢修過的風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)由風(fēng)機(jī)的檢修門進(jìn)風(fēng)，操作方式可以按工控機(jī)上（軟按鈕）或plc控制柜上的按鈕。 

手動(dòng)方式：此方式為當(dāng)plc或系統(tǒng)產(chǎn)生故障，不能用自動(dòng)運(yùn)行程序控制時(shí)的應(yīng)急起動(dòng)方式，此時(shí)風(fēng)機(jī)的操作不能在工控機(jī)上執(zhí)行控制。操作員必須在對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況有充分了解的基礎(chǔ)上，將風(fēng)機(jī)運(yùn)行所需的對(duì)應(yīng)設(shè)備的方式轉(zhuǎn)換開關(guān)處于“就地”檔，直接在集中就地箱用起/停、開/關(guān)按鈕控制各個(gè)設(shè)備。 

調(diào)試方式：用于調(diào)試試驗(yàn)和風(fēng)機(jī)性能測試的工作方式。 

2.2通風(fēng)機(jī)風(fēng)門自動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng) 

控制風(fēng)門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)門的開閉，在每臺(tái)風(fēng)機(jī)風(fēng)門兩邊各安裝一個(gè)磁性傳感器，利用風(fēng)門傳感器（磁鋼式）并監(jiān)測連續(xù)到位信號(hào)，在一定的時(shí) 間內(nèi)檢測到對(duì)應(yīng)的信號(hào)，檢測到全部固定個(gè)數(shù)的信號(hào)后確認(rèn)風(fēng)門是否開到位或關(guān)到位，從而實(shí)現(xiàn)plc柜對(duì)各風(fēng)門控制。并全部在畫面上顯示風(fēng)門實(shí)時(shí)位置顯示。 

2.3 通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)核心 

系統(tǒng)采用公司的s7-300系列plc作為每個(gè)子控系統(tǒng)的控制核心，輔之以著名的工業(yè)監(jiān)測、監(jiān)視、控制軟件mcgs(網(wǎng)絡(luò)功能)， 

為保證本控制系統(tǒng)的先進(jìn)性，我們機(jī)房內(nèi)的所有設(shè)備均采用plc控制，每個(gè)子控系統(tǒng)的控制核心，輔之以著名的工業(yè)監(jiān)測、監(jiān)視、控制軟件mcgs,為保證扇通風(fēng)機(jī)運(yùn)行的可靠性， plc選用日本西門子s系列作為控制核心。 

2.4 通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可靠的供電方式 

控制風(fēng)機(jī)電機(jī)高壓柜啟動(dòng)柜（需要具備遠(yuǎn)控功能）的分、合閘，并監(jiān)測電機(jī)降壓運(yùn)行、全壓運(yùn)行狀態(tài)（東風(fēng)井）；先行啟動(dòng)一級(jí)電機(jī)，根據(jù)一級(jí)電機(jī)電流的實(shí)時(shí)曲線和回落狀況再啟動(dòng)二級(jí)電機(jī)。并加時(shí)間時(shí)間輔助監(jiān)控。在風(fēng)機(jī)倒機(jī)時(shí)自動(dòng)顯示倒機(jī)畫面，即顯示風(fēng)門實(shí)時(shí)位置和電機(jī)的電流曲線畫面。同時(shí)采集各個(gè)進(jìn)線柜和啟動(dòng)柜的分合閘信號(hào)傳輸至plc控制柜通過畫面實(shí)時(shí)監(jiān)測，從而保證了通風(fēng)機(jī)的可靠運(yùn)行。 

2.5通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測點(diǎn)改造 

2.5.1軸承溫度監(jiān)測 

原軸承溫度監(jiān)測用的是電接點(diǎn)溫度表，現(xiàn)改為pt100溫度傳感器（5個(gè)），把該信號(hào)傳到現(xiàn)場信號(hào)采集箱，匯總后送到plc控制柜。 

2.5.2軸承振動(dòng)監(jiān)測 

在軸承箱上安裝振動(dòng)探頭（每臺(tái)風(fēng)機(jī)的前后級(jí)各一個(gè)，共計(jì)4個(gè)），把該信號(hào)傳到現(xiàn)場信號(hào)采集箱，匯總后送到plc控制柜。 

2.5.3電機(jī)軸承油位開關(guān)監(jiān)測 

電機(jī)原軸承潤滑油沒有油位開關(guān)，所以需增加油位開關(guān)，把該信號(hào)傳到現(xiàn)場信號(hào)采集箱，匯總后送到plc控制柜。 

2.5.4全壓、靜壓、風(fēng)量監(jiān)測 

原全壓、靜壓監(jiān)測采用的是u型管，無風(fēng)量監(jiān)測，所以需增加2個(gè)氣壓傳感器，風(fēng)量信號(hào)通過電機(jī)功率及風(fēng)道端面進(jìn)行計(jì)算。 

2.5.5高壓電量監(jiān)測 

通過和新的高壓柜中的綜合檢測裝置通訊，采集有功功率、無功功率、功率因數(shù)、電壓、電流等信號(hào)；各種報(bào)警信號(hào)等； 

 

3 監(jiān)控系統(tǒng)控制方式 

3.1通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)工作方式 

通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)有自動(dòng)、手動(dòng)、檢修三種控制方式。在自動(dòng)方式運(yùn)行下，是按預(yù)先編制的程序進(jìn)行集中控制。手動(dòng)方式是當(dāng)監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)和控制plc全部癱瘓時(shí)，通過硬件設(shè)備起停按鈕緊急開車方式。主要的保護(hù)通過繼電器起作用，確保通風(fēng) 

 

圖1：通風(fēng)機(jī)啟動(dòng)流程 

機(jī)及相關(guān)設(shè)備不出安全事故。當(dāng)通風(fēng)機(jī)檢修方式下運(yùn)行是用于另一臺(tái)通風(fēng)機(jī)在運(yùn)行，本臺(tái)通風(fēng)機(jī)檢修完成后的短時(shí)試運(yùn)行或通風(fēng)機(jī)調(diào)試方式，過程類似自動(dòng)方式，只是進(jìn)風(fēng)由檢修門進(jìn)風(fēng)。 

以上各種不同運(yùn)行方式是滿足通風(fēng)機(jī)在不同狀態(tài)下生產(chǎn)的需要所做的。在不同的運(yùn)行方式下，采用不同的運(yùn)行狀態(tài)。通風(fēng)機(jī)具體啟動(dòng)流程如圖1所示。 

根據(jù)采集的數(shù)據(jù)和信息，建立各類信息庫。根據(jù)工藝要求編程，自動(dòng)進(jìn)行通風(fēng)機(jī)所屬設(shè)備的順序起動(dòng)、停止和各類保護(hù)。通風(fēng)機(jī)葉片根據(jù)穩(wěn)定風(fēng)量和通風(fēng)機(jī)運(yùn)行的狀況進(jìn)行葉片角度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。操作站以人機(jī)對(duì)話方式指導(dǎo)操作，在自動(dòng)狀態(tài)下，可用鍵盤或鼠標(biāo)器實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)受控設(shè)備的起停操作。 

4.調(diào)試運(yùn)行情況 

現(xiàn)場試運(yùn)行(2011年5-9月份)。在我們的精心設(shè)計(jì)和安裝調(diào)試下，經(jīng)過近3個(gè)月的實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn)證明自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)質(zhì)量合格、滿足現(xiàn)場的應(yīng)用要求，達(dá)到減小倒機(jī)時(shí)間、增加系統(tǒng)運(yùn)行安全性、可靠性的目標(biāo)，試驗(yàn)項(xiàng)目及目的： 

4.1空、重負(fù)荷試運(yùn)行。 

高壓啟動(dòng)柜空、重負(fù)荷分合閘和調(diào)整各保護(hù)系統(tǒng)參數(shù)，保證系統(tǒng)安全可靠。通過plc監(jiān)控柜與高壓啟動(dòng)柜、各傳感器、風(fēng)門絞車接觸器對(duì)接后，空負(fù)荷聯(lián)合試運(yùn)行，檢查監(jiān)控系統(tǒng)軟件的可行性、可靠性。調(diào)整一、二級(jí)電機(jī)啟動(dòng)延遲時(shí)間，模擬量模塊的參數(shù)設(shè)置，保證帶負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠，通過試驗(yàn)，細(xì)致調(diào)整，確保帶負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)主扇啟動(dòng)平穩(wěn)，風(fēng)門絞車動(dòng)作可靠，負(fù)壓、風(fēng)量、溫度、風(fēng)門位置檢測、電壓電流檢測準(zhǔn)確，系統(tǒng)性能均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 

4.2主扇自動(dòng)倒臺(tái)試運(yùn)行 

將plc監(jiān)控柜轉(zhuǎn)換開關(guān)撥到自動(dòng)位置，如果控制柜上或組態(tài)軟件的運(yùn)行窗口中被選風(fēng)機(jī)的“待機(jī)”燈亮，表示此臺(tái)風(fēng)機(jī)已經(jīng)具備了自動(dòng)運(yùn)行的必要條件，例如高、低壓柜沒有故障、電機(jī)和軸承超溫正常、集中就地箱在自動(dòng)方式，各風(fēng)門在相應(yīng)位置等，此時(shí)可以用自動(dòng)方式運(yùn)行；按工控機(jī)上（軟按鈕）或plc控制柜上的按鈕。主扇、風(fēng)門絞車按照倒臺(tái)操作順序自動(dòng)進(jìn)行倒臺(tái)。通過試車，新監(jiān)控系統(tǒng)各部分均運(yùn)轉(zhuǎn)正常。 

5.結(jié)論 

通風(fēng)機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)改造后風(fēng)機(jī)倒臺(tái)控制精確，倒臺(tái)的速度提高2.5分鐘以上，減小了倒臺(tái)時(shí)井下的停風(fēng)時(shí)間，對(duì)風(fēng)機(jī)的各種性能參數(shù)進(jìn)行集中監(jiān)測，集中顯示在工控機(jī)界面上便于掌握通風(fēng)系統(tǒng)的整體運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)主扇運(yùn)行參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控便于整體調(diào)度礦井的安全生產(chǎn)，為六礦增產(chǎn)計(jì)劃（以風(fēng)定產(chǎn)）提供了科學(xué)依據(jù)，還提高了礦井的安全系數(shù)和工人作業(yè)環(huán)境，因?yàn)橥�風(fēng)機(jī)葉片角度可以根據(jù)負(fù)荷情況，進(jìn)行調(diào)節(jié)。這樣我們可以做到根據(jù)礦井實(shí)際需要風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以避免礦井用風(fēng)的損失，從而節(jié)能，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益. 

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以pdf形式查看。