礦井主要通風機自動監(jiān)控系統(tǒng)改造

關(guān)鍵詞：通風機；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設(shè)備技術(shù)落后，設(shè)備老化加上經(jīng)多年運行，故障和隱患逐漸顯現(xiàn)，給現(xiàn)場的使用和維護帶來一系列問題。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，完全更換影響生產(chǎn)時間較長。針對此情況，最好的解決辦法是進行技術(shù)改造，即結(jié)合實際在原有的基礎(chǔ)上把存在嚴重隱患、技術(shù)落后、效率低下的設(shè)備或裝置進行更新或改造，利用先進的技術(shù)或產(chǎn)品進行嫁接，使其重新煥發(fā)生機與活力。 

目前我礦西風井主扇的監(jiān)控系統(tǒng)，只是由一些分散的溫度顯示器，負壓管及高壓啟動柜上的電流表組成，無風量監(jiān)測，風門位置檢測等裝置。無法實時了解通風系統(tǒng)的整體運行狀態(tài)。在進行正常及故障倒機時需分別對風門絞車、主扇一、二級電機分別進行操作才能開啟備用主扇。存在倒機時間長，容易誤操作等嚴重問題。針對這一系列的問題，本項目采用西門子公司的s7-300系列plc，通過工控機上位機監(jiān)控軟件和plc進行數(shù)據(jù)交換。實現(xiàn)對我礦西風井主扇的運行狀態(tài)，故障、正常倒機的自動監(jiān)測與控制及遠程監(jiān)控。大幅提升了西風井主扇運行的安全性、可靠性；減少了故障倒機、正常倒機的停風時間；便于機電管理及生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)實時掌握礦井通風系統(tǒng)的運行情況，對礦井的安全生產(chǎn)具有非常重要的意義。對于傳統(tǒng)的主扇監(jiān)控方法具有較大的推廣價值。 

1 通風機監(jiān)控系統(tǒng)改造方案 

一、總體實施方案 

西風井有二臺主要通風機，每臺風機均配之一個控制和信號采集柜（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，通過工控機上人機監(jiān)控軟件和plc進行數(shù)據(jù)交換。因此整個監(jiān)控系統(tǒng)由二個plc控制柜和二臺工控機組成，它們之間通過路由器用以太網(wǎng)進行連接，構(gòu)成局域網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。在正常情況下，每一臺工控機都可以對任何一臺plc控制柜發(fā)出控制命令及接受它們的數(shù)據(jù)，因此工控機屬于冗余配置。 

2 通風機監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能 

2.1通風機的控制方式； 

自動方式：如果控制柜上或組態(tài)軟件的運行窗口中被選風機的“待機”燈亮，表示此臺風機已經(jīng)具備了自動運行的必要條件，例如高、低壓柜沒有故障、電機和軸承超溫正常、集中就地箱在自動方式，各風門在相應位置等，此時可以用自動方式運行；操作方式可以按工控機上（軟按鈕）或plc控制柜上的按鈕。 

檢修方式：在對一臺經(jīng)過檢修的風機需進行試運行，在不影響另一臺運行風機正常工作情況下進行調(diào)試的那種工作方式叫檢修方式；此時那臺被檢修過的風機進風由風機的檢修門進風，操作方式可以按工控機上（軟按鈕）或plc控制柜上的按鈕。 

手動方式：此方式為當plc或系統(tǒng)產(chǎn)生故障，不能用自動運行程序控制時的應急起動方式，此時風機的操作不能在工控機上執(zhí)行控制。操作員必須在對風機運行工況有充分了解的基礎(chǔ)上，將風機運行所需的對應設(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)按鈕控制各個設(shè)備。 

調(diào)試方式：用于調(diào)試試驗和風機性能測試的工作方式。 

2.2通風機風門自動執(zhí)行系統(tǒng) 

控制風門電動執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)風門的開閉，在每臺風機風門兩邊各安裝一個磁性傳感器，利用風門傳感器（磁鋼式）并監(jiān)測連續(xù)到位信號，在一定的時 間內(nèi)檢測到對應的信號，檢測到全部固定個數(shù)的信號后確認風門是否開到位或關(guān)到位，從而實現(xiàn)plc柜對各風門控制。并全部在畫面上顯示風門實時位置顯示。 

2.3 通風機監(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)絡功能)， 

為保證本控制系統(tǒng)的先進性，我們機房內(nèi)的所有設(shè)備均采用plc控制，每個子控系統(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,為保證扇通風機運行的可靠性， plc選用日本西門子s系列作為控制核心。 

2.4 通風機監(jiān)控系統(tǒng)可靠的供電方式 

控制風機電機高壓柜啟動柜（需要具備遠控功能）的分、合閘，并監(jiān)測電機降壓運行、全壓運行狀態(tài)（東風井）；先行啟動一級電機，根據(jù)一級電機電流的實時曲線和回落狀況再啟動二級電機。并加時間時間輔助監(jiān)控。在風機倒機時自動顯示倒機畫面，即顯示風門實時位置和電機的電流曲線畫面。同時采集各個進線柜和啟動柜的分合閘信號傳輸至plc控制柜通過畫面實時監(jiān)測，從而保證了通風機的可靠運行。 

2.5通風機監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測點改造 

2.5.1軸承溫度監(jiān)測 

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

2.5.2軸承振動監(jiān)測 

在軸承箱上安裝振動探頭（每臺風機的前后級各一個，共計4個），把該信號傳到現(xiàn)場信號采集箱，匯總后送到plc控制柜。 

2.5.3電機軸承油位開關(guān)監(jiān)測 

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

2.5.4全壓、靜壓、風量監(jiān)測 

原全壓、靜壓監(jiān)測采用的是u型管，無風量監(jiān)測，所以需增加2個氣壓傳感器，風量信號通過電機功率及風道端面進行計算。 

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；各種報警信號等； 

 

3 監(jiān)控系統(tǒng)控制方式 

3.1通風機系統(tǒng)工作方式 

通風機系統(tǒng)設(shè)有自動、手動、檢修三種控制方式。在自動方式運行下，是按預先編制的程序進行集中控制。手動方式是當監(jiān)控管理計算機和控制plc全部癱瘓時，通過硬件設(shè)備起停按鈕緊急開車方式。主要的保護通過繼電器起作用，確保通風 

 

圖1：通風機啟動流程 

機及相關(guān)設(shè)備不出安全事故。當通風機檢修方式下運行是用于另一臺通風機在運行，本臺通風機檢修完成后的短時試運行或通風機調(diào)試方式，過程類似自動方式，只是進風由檢修門進風。 

以上各種不同運行方式是滿足通風機在不同狀態(tài)下生產(chǎn)的需要所做的。在不同的運行方式下，采用不同的運行狀態(tài)。通風機具體啟動流程如圖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，自動進行通風機所屬設(shè)備的順序起動、停止和各類保護。通風機葉片根據(jù)穩(wěn)定風量和通風機運行的狀況進行葉片角度的自動調(diào)節(jié)。操作站以人機對話方式指導操作，在自動狀態(tài)下，可用鍵盤或鼠標器實現(xiàn)通風機受控設(shè)備的起停操作。 

4.調(diào)試運行情況 

現(xiàn)場試運行(2011年5-9月份)。在我們的精心設(shè)計和安裝調(diào)試下，經(jīng)過近3個月的實際運行試驗證明自動監(jiān)控系統(tǒng)質(zhì)量合格、滿足現(xiàn)場的應用要求，達到減小倒機時間、增加系統(tǒng)運行安全性、可靠性的目標，試驗項目及目的： 

4.1空、重負荷試運行。 

高壓啟動柜空、重負荷分合閘和調(diào)整各保護系統(tǒng)參數(shù)，保證系統(tǒng)安全可靠。通過plc監(jiān)控柜與高壓啟動柜、各傳感器、風門絞車接觸器對接后，空負荷聯(lián)合試運行，檢查監(jiān)控系統(tǒng)軟件的可行性、可靠性。調(diào)整一、二級電機啟動延遲時間，模擬量模塊的參數(shù)設(shè)置，保證帶負荷運轉(zhuǎn)安全可靠，通過試驗，細致調(diào)整，確保帶負荷試驗時主扇啟動平穩(wěn)，風門絞車動作可靠，負壓、風量、溫度、風門位置檢測、電壓電流檢測準確，系統(tǒng)性能均達到設(shè)計要求。 

4.2主扇自動倒臺試運行 

將plc監(jiān)控柜轉(zhuǎn)換開關(guān)撥到自動位置，如果控制柜上或組態(tài)軟件的運行窗口中被選風機的“待機”燈亮，表示此臺風機已經(jīng)具備了自動運行的必要條件，例如高、低壓柜沒有故障、電機和軸承超溫正常、集中就地箱在自動方式，各風門在相應位置等，此時可以用自動方式運行；按工控機上（軟按鈕）或plc控制柜上的按鈕。主扇、風門絞車按照倒臺操作順序自動進行倒臺。通過試車，新監(jiān)控系統(tǒng)各部分均運轉(zhuǎn)正常。 

5.結(jié)論 

通風機自動化監(jiān)控系統(tǒng)改造后風機倒臺控制精確，倒臺的速度提高2.5分鐘以上，減小了倒臺時井下的停風時間，對風機的各種性能參數(shù)進行集中監(jiān)測，集中顯示在工控機界面上便于掌握通風系統(tǒng)的整體運行狀態(tài)，實現(xiàn)主扇運行參數(shù)的遠程監(jiān)控便于整體調(diào)度礦井的安全生產(chǎn)，為六礦增產(chǎn)計劃（以風定產(chǎn)）提供了科學依據(jù)，還提高了礦井的安全系數(shù)和工人作業(yè)環(huán)境，因為通風機葉片角度可以根據(jù)負荷情況，進行調(diào)節(jié)。這樣我們可以做到根據(jù)礦井實際需要風量進行調(diào)節(jié)，可以避免礦井用風的損失，從而節(jié)能，提高企業(yè)經(jīng)濟效益. 

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請以pdf形式查看。