矿井通风机智能监控系统的研究

靳宏寅

（同煤浙能麻家梁煤业公司， 山西 朔州 036000）

引言

矿井通风机是通风系统中的核心设备，由于其特殊的工作需求，矿井通风机必须长期工作，但是通风机的运行环境恶劣，存在各种安全风险，一旦通风机出现问题就必须及时采取倒风机等安全措施，因此就要求对通风机进行长期24 h的有效监测和控制。目前主通风机在监测、控制和检修三个方面都有不足：在监测方面主要还是利用人工定时看表和记录；在监控方面由于电控系统采用的是传统的继电器控制，只能实现监测而不能实现控制；在检修方面采用人工巡检需要大量人工。

1 矿井通风机系统结构

矿井通风机按照气体流动风向进行分类可以分为轴流式、斜流式、横流式和离心式四种类型，其中轴流式通风机在煤炭企业中应用较多，一般在两回风井的通道上安装两台功率相同的通风机。

矿井通风机系统结构主要由主电机、冷却风机、电机加热器、稀油润滑站、风门等结构组成，其中主电机采用一用一备的形式，在各个风机的管道连接处都安装一个独立的风门，并且每个风门都是可以单独控制的，因此可以通过控制相应的开关来对风门的开启和关闭进行控制。

在煤炭安全规程中有相关要求，对通风机风洞的风速要能够进行实时监测，通风机的主要性能参数有最大风量、转速、功率、电压、叶轮直径、轮毂直径、级数等。矿井通风机的其他运行参数还包括轴承的温度、定子和转子的温度、电气参数、前后轴承振动数据参数等[1-2]。

2 通风机智能监控系统总体结构

矿井通风机智能监控系统总体结构包括三个层次，即现场测量与控制层、中央管理层和远程监控层，该系统采用的是分散控制和信息集中管理组合的结构模式。

2.1 现场测量与控制层

现场测量与控制层的主要功能是对现场通风机等设备进行各种参数的测量以及对现场设备的运行进行控制。在现场测量部分，该部分主要是由温湿度、烟雾等各传感器、视频监控仪器、智能巡检仪和PLC等组成，其中PLC采用的是可编程的逻辑控制器。因此通过这些测量方法和手段能够实现对通风机设备和电控开关柜的各种运行参数进行实时采集和监测，同时还能对风机励磁柜的运行状态进行实时监测。在现场控制部分，在中央管理层的控制下，主要能实现调节风门的开关状态、实现倒机、异常状态报警三种功能。现场测量与控制层与中央管理层之间在联网运行状态下，能够实时获取风机系统各个运行参数和状态[3-4]。此外，现场测量与控制层能够接收和执行来自远程控制层的命令，从而实现对风机系统的远程控制。

2.2 中央管理层

中央管理层的组成部分较多，主要有数据采集与通信装置、视频监视器、工业计算机、电源等，与现场测量和控制层通过RS485接口进行连接，能够实时收集风机系统各个设备的运行参数，通过分析和判断后，将数据实时动态在数据采集与通信装置的触摸屏上进行展示。由于在RS485和高压开关柜NARI之间形成了安全装置触点，因此能够对综合保护装置开关的信息和开关柜的相关模拟参数信息进行实时采集。结合现场数据的监测和远程监控层的判断，能够完成对风机的远程控制。

2.3 远程监控层

远程监控层包括上位监控计算机和视频监控主机两部分，同时采用光纤和OPC协议，使得现场测量与控制层和中央管理层之间能够进行通信，因此在中央控制室内，操作维护人员就可以对风机系统实现监测和控制，进而对通风机进行集中化管理。视频监控主机能够将采集到的视频信息以及机房内的环境信息和声音信息上传到云处理器。操作维护人员能够根据视频监控对风机风门进行控制，因此，从煤矿安全生产角度来看，通风机房是一个非常重要的安全部位，在生产过程中无关人员是禁止入内的。

3 智能监控系统硬件组成

矿井通风机智能监控系统的结构示意如图1所示，该系统由两大部分组成，图中左面是监测监控系统，右面是视频监控系统。

图1 矿井通风机智能监控系统的结构示意图

监测监控系统为典型的上下位机系统，下位机配置的PLC是整个监测监控系统的核心，可以完成数据的采集和通讯，传感器有温湿度传感器、烟雾传感器和风量传感器，采集这些传感器的数据传输至数据的采集和通讯装置。上位机包括主通风机控制室的控制台监控主机和机电队监控室的监控主机两台工业计算机。并且上位机采用MCGS软件进行组态，能够将下位机传输过来的数据信息进行显示和存储，同时还能进行分析处理，实现预警等功能，能够与下位机进行通信，从而可以对现场的通风机等设备进行远程控制[5-6]。

视频监控系统包含两组摄像头，一组安装在通风机房，改组为带云台的摄像机；另一组安装在与风门处，改组摄像头具有防爆功能。摄像头数据通过24口交换机传输到光纤收发器，通过网络传输至NVR进行存储和管理，通过视频监控显示器可以实时进行监控。

该智能监控系统能够实现通风机的实时在线监测，并能通过分析和处理在通风机系统已经发生或者即将发生故障时，能够及时发出报警和预警信号，及时通知设备维护人员对故障进行排查，从而延长通风机的使用寿命。

4 智能监控系统功能

4.1 运行参数实时监测

1）电机运行参数实时监测，主要包括电机的电压电流、电机的有功功率和无功功率、功率因数等。

2）矿井参数实时监测，包括矿井的静动压、全压压力参数，风速、风量、烟雾浓度等参数。

3）风机风筒等参数实时监测，包括风机的转速、振幅、以及风机主要部分的温度、风筒的温度等。

4.2 设备故障诊断和预警

本通风机智能监控系统采用了先进的传感器技术，不仅测量精度高，同时还具有较强的抗干扰能力。当风机运行时温度过高，或者风机的振幅过大等问题出现后，基于各个运行参数的高精度测量，以及通过配套的软件运行算法进行分析处理，该系统能够实现故障诊断和预警，并能记录和打印相关的故障信息，采取停机等相应的措施。该系统还可以实现在线帮助功能，帮助用户实现该系统操作方法的分析以及常见故障的分析。

4.3 视频监控和远程操作

在通风机房和与风门处安装了摄像头，通过云存储和网络可以更加直观地对整个矿井通风机系统进行实时的监测，能够清晰直观地看到风机风门的开启程度以及倒机状况等风机操作情况，同时能够将风机的运行参数以及故障信息通过无线通信的方式报送给监管部门，并且监管人员能够进行相应操作将反馈信息传输给监控系统。

5 结语

该通风机智能监控系统总体结构包括现场测量与控制层、中央管理层和远程监控层三个层次，硬件系统主要由监测监控系统和视频监控系统两大部分组成，该系统能够实现运行参数实时监测、设备故障诊断和预警以及视频监控和远程操作。