井下通風機遠程監(jiān)測與控制裝置的研制

吳已成，王先敏，江梓懷

（江西銅業(yè)股份有限公司 武山銅礦，江西 瑞昌 332204）

1 引言

武山銅礦是一座井采銅礦山，井下含有各種粉塵及有害氣體，當這些氣體達到一定濃度時，對人體產生危害。為保障井下安全生產，利用24 h運轉的通風機［1-3］，將粉塵及有害氣體排出，保證井下的空氣質量。

若井下通風機因故障而停止運行，在地表既無報警裝置，也無監(jiān)控系統(tǒng)，極易延誤通風機的重新啟動，從而存在安全隱患。本設計研制一種基于PLC控制的遠程監(jiān)測與控制裝置，可監(jiān)測與控制［4-7］井下通風機，具有良好的穩(wěn)定性。

2 監(jiān)測與控制系統(tǒng)的理論及模擬分析

2.1 系統(tǒng)報警流程

井下通風機發(fā)生故障時，報警信息傳遞至地表越快，工作人員修復越及時，圖1為系統(tǒng)報警流程圖。監(jiān)測裝置捕獲通風機狀態(tài)，判斷出故障后通過監(jiān)測裝置發(fā)送報警信號至地表調度室，提醒工作人員風機出現(xiàn)故障。

圖1 系統(tǒng)報警流程圖

2.2 模擬報警時間

如表1所示，模擬井下風機故障，報警傳遞至地表所需時間大約為10 s。

表1 報警環(huán)節(jié)模擬分析表 s

3 監(jiān)測與控制系統(tǒng)的設計方案

3.1 功能單元設計

監(jiān)測與控制裝置應具備如下功能：

（1）風機的狀態(tài)（溫度、電壓、電流）能實時反饋至地表；

（2）在地表對風機進行遠程控制（正轉、反轉、運行、停止）；

（3）故障時可停機報警；

（4）能儲存歷史記錄數據。

若要實現(xiàn)上述功能，需要圖2的單元設計方案。系統(tǒng)需要智能處理單元、數據顯示單元、保護單元、電鈴報警單元和光纖傳輸單元。

圖2 設計方案樹圖

3.2 控制柜設計

控制柜共有兩個，一個放置井下，另一個放置地表調度室，控制柜的設計如圖3、圖4。

圖3 井下控制柜設計圖

圖4 地表控制柜設計圖

3.3 工作原理

（1）開關電源給光纖通信中繼器及PLC控制器供電。

（2）220V繼電器連接端子排，將井下通風機啟動、運行、故障、正轉、反轉、停止等狀態(tài)反饋給光纖通信中繼器及PLC控制器。

（3）井下溫度巡檢儀傳輸的模擬信號通過信號隔離器將電機溫度分成兩個信號，傳輸給光纖通信中繼器及PLC控制器。

（4）24V繼電器連接端子排1，將光纖通信中繼器及PLC控制器的啟動、運行、故障、正轉、反轉、停止等控制指令傳遞給井下通風機。

（5）電壓變送器連接端子排將井下通風機380V電壓轉變成4～20mA的模擬信號，傳輸給光纖通信中繼器及所述PLC控制器。

（6）電流變送器串接現(xiàn)場電流互感器二次回路，將回路的0～5A電流變成4～20mA模擬信號，傳輸給光纖通信中繼器及所述PLC控制器。

4 實施過程

4.1 搭建以PLC為核心的智能處理系統(tǒng)平臺

利用博圖軟件對PLC核心運行參數設置；運行主頻最佳值為100MHz，每個端口利用萬用表進行邏輯判斷功能測試；如表2所示，智能處理系統(tǒng)平臺組裝合格，引腳接口導通正常、功能準確。

表2 PLC測試情況表

4.2 組裝無紙記錄儀

將無紙記錄儀連接控制器，并進行通電測試。如表3所示，實測值與參考值相近，數據顯示準確。

表3 無紙記錄儀測試情況表

4.3 編寫并錄入保護程序

針對通風機的溫度（＞75℃）、電壓（＜250V）、電流（＞300A），編寫上下限保護程序并進行測試，測試結果見表4。根據表4所示，當電機軸承溫度超過75°、繞組溫度超過110°、電壓值低于250V、電流值大于300A時，系統(tǒng)會自動報警停機。

表4 保護動作測試結果統(tǒng)計表

4.4 控制柜接線安裝及調試

運送控制柜至-160m接線安裝，在地表監(jiān)測通風機的啟停，如表5、表6所示地表數據顯示正常，實現(xiàn)對風機的實時監(jiān)測。

表5 風機監(jiān)測模擬量實驗數據表

表6 風機監(jiān)測數字量實驗數據表

5 實驗驗證

監(jiān)測裝置于2020年11月15日研制成功，11月17日開始試運行。圖5為控制柜實物圖，圖6為報警畫面，遇到低電壓和過電流會自動報警停機。

圖5 控制柜實物圖

圖6 報警列表圖

從2020年12月至2021年2月的三個月時間內，共有發(fā)出5個報警信息，從井下通風機到地表調度室所花費的時間（以下簡稱獲知時間）統(tǒng)計表見表7。

表7 井下通風機故障獲知時間統(tǒng)計表

6 結語

本次課題成功研制監(jiān)測裝置，實現(xiàn)了井下通風機24h的實時監(jiān)測，能夠及時有效獲知風機故障。從人員定時看管到機器的實時監(jiān)測，在一定程度上改變了企業(yè)設備的管理模式，提高了工作效率。

本裝置能夠實時監(jiān)測設備的狀態(tài)，完成遠程報警，具有很強的推廣價值?？蓪⒃摷夹g應用于其他重要設備的監(jiān)測，全面提升各項設備管理水平，有效預防與緩解井下危險事故的發(fā)生。