煤礦地面主要通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)研究

馮艷陽(yáng)

（山西汾西礦業(yè)孝義煤礦管理分公司，山西 孝義 032300）

引言

煤礦井下開采時(shí)，難以避免有大量的粉塵、瓦斯等，給煤礦生產(chǎn)安全帶來(lái)制約，通風(fēng)系統(tǒng)是將井下有害物質(zhì)排出到地面的主要方式[1-2]。為確保煤礦通風(fēng)系統(tǒng)可靠運(yùn)行，煤礦地面主要通風(fēng)機(jī)一般采用冗余原則設(shè)計(jì)，即布置2臺(tái)主要通風(fēng)機(jī)，一用一備，同時(shí)2臺(tái)主要通風(fēng)機(jī)均有其獨(dú)立的供電系統(tǒng)[3-5]。現(xiàn)階段地面通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)功能較為簡(jiǎn)單，一些關(guān)鍵監(jiān)測(cè)參數(shù)多采用人工方式進(jìn)行分析處理，從而降低了監(jiān)控系統(tǒng)可靠性及實(shí)時(shí)性等[6-7]。本文結(jié)合煤礦地面主要通風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)需求，設(shè)計(jì)一種主要通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)主要通風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的故障并及時(shí)發(fā)出預(yù)警信息，可在一定程度上提高煤礦通風(fēng)系統(tǒng)可靠性。

1 礦井地面主要通風(fēng)機(jī)概述

山西某礦回風(fēng)井布置2臺(tái)軸流式通風(fēng)機(jī)，2臺(tái)通風(fēng)機(jī)型號(hào)、功率完全一樣。按照各部位功能，可將主要通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)劃分為擴(kuò)散器、工作葉片、集風(fēng)器、動(dòng)輪、流線體、機(jī)殼及整流器等部分，具體回風(fēng)井布置的主要通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

集風(fēng)器結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)曲線形狀，越靠近出口口徑越大（反之越靠近里面口徑越?。?。線留體呈曲面圓錐形，可以遮蓋輪轂并與流線體、集風(fēng)器等結(jié)合形成入風(fēng)口。風(fēng)機(jī)葉片均在動(dòng)輪上安裝，安裝角可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整，具體礦井使用的局部通風(fēng)機(jī)安裝角包括15°、25°、30°、35°、40°及45°六種角度，葉輪安裝鄰近葉片間應(yīng)保持等距。在動(dòng)輪后側(cè)位置安裝整流器，對(duì)流入空氣進(jìn)行整流，避免出現(xiàn)渦流損失。擴(kuò)散器主要作用是增加氣體流動(dòng)時(shí)靜壓，降低氣體流動(dòng)損失。

圖1 主要通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

2 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層級(jí)

設(shè)計(jì)的主要通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)包括現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)及控制層、中央管理層及遠(yuǎn)程監(jiān)控層3個(gè)層級(jí)。

1）現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)及控制層：該層級(jí)主要功能包括采用各類測(cè)量裝置、傳感器對(duì)主要通風(fēng)機(jī)各結(jié)構(gòu)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)；依據(jù)中央管理層指令，對(duì)主要通風(fēng)機(jī)及附屬設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行控制，如可遠(yuǎn)程控制風(fēng)門啟動(dòng)、閉合。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)及控制層與中央控制層間采用RS485總線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

2）中央管理層：該層級(jí)主要結(jié)構(gòu)包括工業(yè)計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集裝置及不間斷電源等，主要功能為對(duì)監(jiān)測(cè)獲取到的參數(shù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)及管理，并將監(jiān)測(cè)參數(shù)傳輸給遠(yuǎn)程監(jiān)控層進(jìn)行處理、分析。遠(yuǎn)程監(jiān)控層發(fā)出的控制指令也通過中央管理層傳輸給現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)及控制層，實(shí)現(xiàn)地面主要通風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)控制。

3）遠(yuǎn)程監(jiān)控層：遠(yuǎn)程監(jiān)控層結(jié)構(gòu)包括監(jiān)控大屏、顯示屏、數(shù)據(jù)服務(wù)器等，遠(yuǎn)程監(jiān)控層與中央管理層間采用工業(yè)以太網(wǎng)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。監(jiān)控大屏可實(shí)時(shí)顯示主要通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，從而便于相關(guān)通風(fēng)管理人員及時(shí)掌握通風(fēng)機(jī)運(yùn)行信息。

2.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)方案

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下頁(yè)圖2所示，整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)從功能層面分析可劃分為上位機(jī)、下位機(jī)兩個(gè)部分，主要結(jié)構(gòu)包括PLC（S7-200型）、各類監(jiān)測(cè)傳感器、工控機(jī)及視頻監(jiān)控系統(tǒng)等。

圖2 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

1）遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)：下位機(jī)最為主要的結(jié)構(gòu)為PLC（S7-200型），為了便于現(xiàn)場(chǎng)安裝及后期保養(yǎng)維護(hù)，選用的PLC為模塊化結(jié)構(gòu)，監(jiān)控系統(tǒng)中現(xiàn)場(chǎng)布置的各類設(shè)備、監(jiān)測(cè)傳感器均受PLC控制?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)采用風(fēng)量、壓力、溫度等傳感器即可實(shí)時(shí)獲取主要通風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)。監(jiān)控系統(tǒng)選擇采用的PLC類型為S7-200型，PLC內(nèi)存及I/O接口數(shù)可滿足監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控及后續(xù)功能擴(kuò)展需求。各類傳感器用以對(duì)主要通風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控需要，選擇使用的壓力傳感器型號(hào)為APG-LC100、溫度傳感器型號(hào)為GWP100（D）、振動(dòng)傳感器型號(hào)為GB20、煙霧傳感器型號(hào)為GQQ0.1（D）、風(fēng)量傳感器型號(hào)為KGF2。在主要通風(fēng)機(jī)上布置的各類傳感器監(jiān)測(cè)參數(shù)會(huì)實(shí)時(shí)傳輸給S7-200PLC，通過PLC判斷監(jiān)測(cè)參數(shù)是否在合理范圍內(nèi)，同時(shí)傳感器可接受遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)控制，實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、停止。地面主要通風(fēng)機(jī)上各類監(jiān)測(cè)傳感器布置位置如圖3所示。

圖3 傳感器布置位置示意圖

2）上位機(jī)部分：上位機(jī)部分用以分析下位機(jī)監(jiān)測(cè)參數(shù)并實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測(cè)結(jié)果。在監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)預(yù)先設(shè)定安全值，當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過設(shè)定安全值后，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信息。上位機(jī)主要包括工業(yè)計(jì)算機(jī)、監(jiān)控顯示屏，并通過光纖網(wǎng)絡(luò)與下位機(jī)進(jìn)行通信。視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用主要通過高清防爆攝像機(jī)對(duì)風(fēng)門、通風(fēng)機(jī)房等位置畫面進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并通過光纖網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測(cè)畫面?zhèn)鬏斀o監(jiān)控中心，協(xié)助實(shí)現(xiàn)主要通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控。選用的高清防爆攝像頭型號(hào)為KBA，主要布置在風(fēng)門等有防爆需求的場(chǎng)所。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

將文中所提主要通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用到地面主要通風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)中?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用取得較好效果，通過采用遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，可明顯提升主要通風(fēng)機(jī)可靠性，一旦通風(fēng)機(jī)運(yùn)行出現(xiàn)故障監(jiān)控系統(tǒng)即會(huì)發(fā)出報(bào)警信息，便于相關(guān)人員及時(shí)排除主要通風(fēng)機(jī)運(yùn)行故障。

采用遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)后，通風(fēng)人員可在監(jiān)控中心顯示大屏掌握主要通風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況，并通過遠(yuǎn)程系統(tǒng)啟動(dòng)備用風(fēng)機(jī)，縮小備用風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間。在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中布置的風(fēng)速、風(fēng)量等傳感器可實(shí)時(shí)掌握通風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)參數(shù)存在異常時(shí)可及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)；同時(shí)傳感器還可對(duì)通風(fēng)機(jī)設(shè)備本身、開關(guān)柜等狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的小故障。具體現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控畫面如圖4所示。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控畫面

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用后，可依據(jù)井下通風(fēng)實(shí)際需要遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)主要通風(fēng)機(jī)運(yùn)行，在滿足井下通風(fēng)的同時(shí)降低主要通風(fēng)機(jī)運(yùn)行能耗；同時(shí)主要通風(fēng)機(jī)運(yùn)行無(wú)須人員值守，僅安排相關(guān)人員例行巡檢即可，可在一定程度上降低人力成本。

4 結(jié)語(yǔ)

在分析煤礦地面主要通風(fēng)機(jī)運(yùn)行基礎(chǔ)上，對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以S7-200PLC為核心，采用各類監(jiān)測(cè)傳感器對(duì)主要通風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并輔助采用視頻監(jiān)控系統(tǒng)提高監(jiān)測(cè)效果。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)可實(shí)時(shí)顯示井下各傳感器監(jiān)測(cè)參數(shù)并對(duì)故障信息進(jìn)行報(bào)警?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，主要通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)控，并提高煤礦通風(fēng)系統(tǒng)可靠性，且現(xiàn)場(chǎng)不需要安排專人值守，僅通過巡檢即可滿足主要通風(fēng)機(jī)檢測(cè)需要。