凡口矿东风井通风机远程监控的实现

2016-03-14中金岭南凡口铅锌矿

电子世界 2016年16期

关键词：风门变送器矿井

中金岭南凡口铅锌矿　周　勇

凡口矿东风井通风机远程监控的实现

中金岭南凡口铅锌矿周勇

本文针对通风机的工作环境和运行特点，介绍了可编程逻辑控制器（PLC）在凡口矿山通风系统中的应用；分析了通风机自动控制系统的组成和设计；并介绍了PLC与其他智能装置及计算机联网组成的远程监控系统，为通风设备的管理和维修提供了可靠的科学依据。

通风机；PLC；远程监控

0　前言

矿井通风系统主要是为了解决矿井内空气的流通问题，使在井下作业的人员能够正常工作并使有害气体能够及时地疏散到井外大气中去（有的排出气体需先经过处理，如我矿通风井经过喷淋装置过滤后排出气体）。故对通风设施进行系统化管理和利用优越的控制与监视系统的工作就显得尤为重要。

1　凡口矿矿井通风概况

矿井的气候条件常用风流的温度、湿度及风速三个参数进行综合评价。井下工作地点最适宜的气候条件是：空气温度为15℃至20℃，空气相对湿度为50%至60%，所要求风速的大小根据气温的高低和其它条件而定，无提升设备的风硐其最高风速为15m/s。这三个参数是影响人体散热的主要因素。风速不仅对人体散热及舒适有重要影响，还对矿尘悬浮、炮烟集聚、井巷通风阻力等有较大关系。因此，为了改善矿井气候条件，防止炮烟集聚，要求井巷风速不能太低；为了防止井巷中落尘飞扬、产生较大的通风阻力等，要求风速也不能过大。在井通风气候条件三要素中，湿度与温度密切相关，但由于湿度控制比较困难，故改善气候条件的重点就是将井下、特别是采掘工作面的气温和风速进行适当调节，通过按需分风决定各工作面的风量。凡口矿井下通道四通八达，纵深宽广，最深处距地面882m，每条通道横向距离达2-5公里，每个中段通道总长长在20公里以上，全部矿井通道总长在500公里左右，且通道截面宽阔。因此，控制温度不切实际，而控制风量风速变得切实可行。除风井通风外，井下使用小型风机往深远的通道通风。

2　通风机远程监控系统的硬件设计

2.1通风机的运行控制方式

本系统可实现远方中控室控制、本地控制二种开机方式，通风机亦可实现反转运行。两种方式均可可实现风机控制、风门控制、润滑站、喷淋系统、水箱、变频器等手、自动控制，紧急情况下，操作台、现场、中控室可以急停风机。

2.2通风机的参数检测

本系统由于主、辅设备多，分类广，所用到的检测装置也各式各样，主要有：

（1）温度信号的检测：采用测量电阻作为传感器，变送器为多路温度巡检仪，可显示、转变信号、报警。

（2）启/停信号的检测：主要用于各种机电设备启/停状态检测，并把检测到的设备启/停信号转换成各种标准信号传输给PLC。

（3）风量的检测：使用一体式压力变送器进行风量、风压检测，并显示和输出电信号。

（4）振动参数的检测：使用一体化振动变送器。将传统的振动传感器、精密测量电路集成在一起，实现了高精度振动测量。一体化振动变送器主要安装在风机装置的轴承盖上，可测量振动烈度或者振动幅度。它是由运动线圈切割磁力线产生输出信号的变送器。

（5）压力的检测：需要检测风道中的静压和全压。压力的测量采用钻孔取压。测点选择在通风机的入口，将取得的压力信号通过压力传感器转换成电信号。

（6）电气参数检测方式：关于电气参数，就是电力系统中配备的空载电流与负载电流，此外，功率、电压、电能、功率因数也是一个重要的部分。此外，电压开关柜还需要应用到多功能智能仪表与综合保护装置，可以对线路和电量进行保护和采集，相关的电气参数是可以利用这一装置来获取的。

（7）信号采集设备：采用隔离变压器和高精度稳压电源，提高系统工作的稳定性。选用高精度的变送器将一次信号转换成标准的4至20mA电流。传输信号采用屏蔽电缆，减弱电磁耦合干扰。系统的专用软件完成数据的采集、分析等工作，从而实现系统的各项功能。

（8）系统的通讯：通讯网络采用总线网络拓扑，现场通讯采用profibus-DP通讯网络，上位机与PLC、上位机和远方控制（集控室）网络则采用以太网方式通讯，远距离通过光纤与中央控制室工业控制计算机联网，实现通风机的远程监视和控制。

2.3系统的输入/输出模块

数字量输入模块用于连接外部的机械触点和电子数字传感器，例如光电开关、按钮等，它将来自现场的外部数字量信号的电平转换为PLC内部的信号电平，有数字滤波功能，以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起的错误信号。S7-300的数字量输入模块为SM321。S7-300的模拟量输入模块SM331，用于将模拟量信号转换为CPU内部处理用的数字信号，其主要组成部分是A/D转换器。

数字量输出模块在电动机启动器、灯、接触器、驱动电磁阀中都有着广泛的应用，这一模块能够将内部信号电平转化为外部信号电平，还可以起到放大功率以及隔离器的作用。本研究应用的S7-300数字量输出模块采用了SM322，其中S7-300模拟量输出模块可以直接应用在CPU中，并将其转化为相应比例的电压信号与电流信号，可以直接对执行机构产生调节与控制作用。

3　通风机远程监控系统软件应用模式

3.1程序的设计方式

系统PLC程序的设计应用分块程序结构模式，将工程任务分为不同的任务模块，每一个模块都可以根据子程序来实施处理工作，在开展处理工作时，CPU会不间断工作，在遇到子程序调用指令时，就会执行相应的工作。虽然分块程序结构相对复杂，但是可以将复杂的控制任务简单化，程序员编写起来也非常容易，具体的程序编写模式如下：

（1）主程序：用来调用各种功能或功能块，以实现各种功能。

（2）初始化程序：开始执行自动控制程序之前，要求系统处于规定的初始状态，将初始步对应的存储器位置位于1状态，初始步变为活动步，为实现自动控制做好准备，当通风机运行后存储器位被复位。

（3）风门的控制程序：风门打开与关闭均采用天车控制，检测开关有开到位、关到位、过卷开关，风门辅助设备电动推杆开关位置信号则采用行程开关。为防止通风时形成风流短路，严禁两个通风机的风门同时打开，程序设计为相互闭锁。

（5）正常通风时通风机电机的控制程序：为防止两个电机同向启动运行，两个电机之间分别设计电气互锁。

3.2通风机的启动

通风机在未采用变频器驱动时应开风门启动，在安装变频器系统后，通风机应关住风门启动，其原因是带变频器启动时，其启动时比直接启动力矩小，电机慢慢开始转动，若开启风门启动，受其它风井反向风力影响，导致启动失败。启动条件还包括润滑系统、喷淋系统、水箱系统（包括水阀），高压系统、变频系统以及电机、风机各参数满足条件，各转换开关在准确位置。待风机启动正常稳定后，打开风门，再进行加速，直至满足所要求的速度。通风机启动可在现场仪表柜、操作台利用按钮启动；也可以在上位机启动，下图为上位机风机启动界面。

3.3通风机的运行与远程监控

通风机启动后需根据井下实际作业人数、作业面、作业内容和其它一些情况来调节转速，如我矿在周一至周六白天将风机调至最高转速，而周日和晚上则调至最高转速的80%，这样为企业节约了不少能源。下图为通风机运行主画面，其还包含有风机启动、报警、历史记录等子画面，随时可以进行切换观察。主画面显示风机温度、振动、电机温度、电流、转速、功率，润滑站、风门系统以及水箱等的部分参数和系统的其它状态参数等。