通风远程集中监控系统在金属矿山中的应用

摘要：风机每天24小时都是按设计的常年最大风量连续运行，存在许多弊端与安全隐患。通风远程集中监控系统在金属矿山中的应用从系统的设计思想、系统组成到系统软硬件的实现方法。系统实现了主风机的性能参数、状态参数和电动机电气参数的实时监测和远程控制，保证了主通风机经济、可靠地运行，具有操作方便、安全可靠的特点。

关键词：通风系统；管理监测；远程控制

中图分类号：TD672 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）15-0106-02

1 概述

现矿山井下通风风机数量较多、机站设置分散的多级机站通风系统中，这种工作方式普遍存在以下缺点：

（1）由于风机运行后巡视间隔时间较长，风机及控制设备运行是否正常不能及时反馈。（2）风机分散控制、关停不及时，不能按需分配风量，造成整个通风系统多余供风，能源浪费较大，多级机站通风系统节能的优越性得不到充分发挥。（3）无法远程监控风机，只能是人工到现场对设备进行管理。（4）无法在井下发生火灾时各级机站及时实现反风。（5）采场的风量无法根据实际生产情况按需分配。

针对矿山的具体情况，为了解决上述问题，提高矿井自动化管理水平，减少风机能耗，降低运行成本，特进行井下通风远程集中监控系统改造。该系统以PLC控制模块、变频器和工业通讯网络为核心，配以数据采集层组态监控软件和调度监控主机，使井下各机站风机运行状况和各种监测数据远传到地表调度监控主机，以动画、图形或文字方式动态地显示在计算机屏幕上，使得在地面调度室就可以对井下风机运行状况、风门开闭及实时监测和控制，实现井下多机站通风运行的远程集中管理。

1.1 设计思想

系统采用调度集中控制多系统多机热备切换型式。调度控制主机通过以太网与设在井下风机电控柜内的PLC控制模块进行通讯，控制模块根据主控机的指令完成风机的启、停、正转、反转等操作，监测开关量的输入输出以及对风量、风压、轴承温度、电流、电压等模拟量进行转换采集，远传回主控计算机。主控计算机对收到的数据进行分析处理，将风机的运行状态和各种性能参数以动画、图形或文字方式显示在主控机屏幕上。主控机可根据风机工作电流大小及持续时间判断风机是否过载，并及时发出过载关机指令。同时可以根据现场工作要求调节风量，通过上位机监控软件下发命令给PLC控制器，进而控制变频器来调整风机转速，从而达到调节风量的目的。还有，在总风量一定的情况下，关闭无需通风的采场风门，减少多余的供风量，保证作业采场的风量供应，适时地开启或关闭采场风门，实现采场风量的按需供给，达到供风最优化的目的。

风机电控机柜内的PLC主要与调度系统中的两台

I/O Server数据采集站连接，再与调度主机进行连接，进行实时数据的显示、处理及控制。同时通过I/O Server数据采集站与实时数据库及历史数据库连接，对数据进行处理、转发、存储、转换、发布等。

1.2 系统组成

1.2.1 硬件主要硬件组成如下：

（1）PLC控制器：对上传输通信数据，对下采集数据，并且控制变频器。

（2）变频器：控制风机转速，实现按需供风。

（3）风机性能检测传感器：是指差压传感器、轴承温度传感器、电流变送器、电压变送器。

（4）采场电动提升风门：用以控制采场的风量。

1.2.2 软件：随着计算机技术和网路技术的迅速发展，为工业自动化开辟了广阔发展的空间，为了实现系统的远程监控及诊断，方便快捷地组建优质高效的监控系统，并且易于被用户操作和使用，选用已经广泛应用于石油、电力、矿山等多种工程领域工业自动化控制组态软件作为系统监控软件的开发平台。操作站安装系统监控软件，由于采用局域网与PLC进行联机，因此操作站可以同时监控所有风机。

可实现实时报警、 历史报警，可反映风量风速、静压效率、 历史数据、 风机风量，对温度数据（ 电机温度、风机温度、历史数据）进行设置与显示；反映驱动风门运行状态，风门的开闭到位情况等。

2 应用

该井下通风远程集中监控系统通过通讯光缆将位于地面调度室的主控计算机与置于井下变电所的智能控制模块相连，形成通讯网络，从而通过主控计算机对每一台风机进行远程集中启停控制、正反转控制、变频调速控制，对风机运行状态和风机电流、电压，电机轴承温度、风量、风压等风流参数进行实时监测和采场风门开闭控制。具体控制和检测功能如下：

2.1 风机的启停控制

远程控制：在地面调度室主控机上可以随时远程操作，来控制任意一台或多台风机。风机的开停状态显示在主控机屏幕上；手动控制：原机站设在变电所内的手动控制部分仍然保留，以便在维修、应急情况下，仍能人工启停风机，也称为本地控制；自动定时控制：可以根据生产情况预先编制的控制计划由程序自动定时控制某些风机的启停。

2.2 风机的正反转控制

正常生产情况下，风机正转。如果需要，可以在短时间内远程实现全部反风、局部反风或单台风机反风的

操作。

2.3 风机的变频调速控制

根据井下作业量的大小（即需风量多少），调整风机转速达到按需供风的要求，节能降耗。

2.4 风机启动前发出启动警告信号

在调度室主机远程控制某机站风机启动前，系统会自动发出风机启动告警信号，通知机站处人员远离风机，注意安全。

2.5 两地启动互锁

在每一个机站设置维修启动互锁开关。当某机站进行维修作业时，合上维修互锁开关，则调度室主机对该机站风机的启动功能被禁止。

2.6 风机主要参数监测

对每一台风机的工作电流、电压、轴承温度、风机发出的风量、风压等参数进行连续监测，并且这些值与风机的运行状态以文字、动画、图形等形式显示在主控计算机屏幕上，使监控人员对井下各风机的运行状态一目了然。

2.7 风机的过载自动保护

当检测到风机过载时，及时发出报警信号，并关闭过载风机，以保护过载风机的电机不被烧毁。

2.8 采场风门的开关控制

实时地远程或本地开启或关闭采场风门，可以达到采场风量按需供给的目的，从而实现矿井通风的最优化。

3 系统特色

3.1 节能的变频调速

由于本系统采用变频器实施风机的转速控制，当风量需求大时，风机可以以工频高速运行；当风量需求量小时，通过远程控制变频器，使风机的转速降低，实现风量减少，从而真正实现了风量的按需供给，达到节能的

目的。

3.2 稳健的通信网络

本系统采用了光纤通信方式，它具有频带宽，通信容量大、损耗低，中继距离长、抗电磁干扰、无串音干扰，保密性好、耐腐蚀、光纤线径细、重量轻、柔软等优点，所以可以组成性能优良的通信网络。

3.3 生动的画面显示

使用以基于Windows 2000或Windows XP的组态软件开发的监控程序，具有丰富的画面显示组态功能，可以清晰准确地描述工业控制现场具体情况，使用图形化的控制按钮实现单任务和多任务，设计生动的动画显示现场的操作状态和数据，显示机站风机的工作过程的文字信息和图形信息，监控和记录所有报警信息，显示实时趋势曲线和历史趋势曲线。

3.4 实时的数据监测

主控机上的组态软件可以对各机站风机的各种参数、运行状态等状况进行轮流查询。数据上传与命令下发时间只有毫秒级，使得主控机屏幕上显示的数据及状态都是最新的，风机参数的变化能及时在主控机屏幕上显示，操作命令的下发能在毫秒级时间内完成。

3.5 采场风量的按需供给

采场电动风门的远程控制实现了采场风量的按需供给，可以有效提高井下通风效率。

4 先进的检测技术

本系统在检测风机的性能数据-风速时，使用了“静压差测风”方法。当难以在风机的进、出风侧布置风速传感器进行风量测量时，采用所谓“静压差原理”的方法。即根据流体力学理论，流体在通过变径管道时，其各种能量的转化及大小与流体风量和变径管的几何尺寸存在着相应的关系。用伯努利方程可描述为：当流体从大断面一端流向小断面一端时，静压能将由大变小，而动压能则由小变大。基于这一原理，通过风机整流环外壳两端的静压管口，分别引出两路压力至差压传感器输入端，则不难求得风机的平均风速以及风机风量。

参考文献

[1] 石井水，王益军.基于S7-300PLC矿井主通风机智能监控系统[J].矿山机械，2011，（1）.

[2] 胡亚非，陈士玮.蔺胜春矿井主通风机在线监测监控现状及展望[J].矿业安全与环保，2000，（2）.

作者简介：崔松涛（1970—），男，山东莱州人，内蒙山金阿尔哈达矿业经理，电气自动化工程师，研究方向：电气自动化。

（责任编辑：赵秀娟）