矿井主通风监控系统的设计及测试评估

高春

（山西天地煤机装备有限公司，山西 太原030006）

1 主通风监控系统的测试

本文提供了主通风监控系统现场验收的方法和步骤，所描述的测试方法基于合同相关要求，严格遵守国家相关质量管理标准，保证产品质量，符合现场实施需要。测试是在系统内部测试完成的基础上进行的，即已经通过了验收前的系统联调和预验收。测试的目的在于通过对系统功能和性能检验，验证主通风监控系统的各项功能和性能是否满足合同要求、设计要求[1-3]。

本测试方案的依据是合同、招标文件、设计文件、现场环境和主通风监控系统范围内的控制设备。企业标准低于招标文件的，按照招标文件要求执行。测试大纲覆盖标准要求所有内容，并且根据现场实际情况有所增加。

2 系统介绍

主通风监控系统网络拓朴图见图1。本监控系统监控对象主要为2 台FBCDZ-10-№31 型矿用防爆对旋轴流式通风机 （其中1 台工作，1 台备用）和2 台水平风门绞车、2 台垂直风门绞车。系统采集的数据来源于：通风机、风门、电动机、高低压开关设备等。

图1 主通风监控系统网络拓朴图

本系统的硬件主要包括振动传感器、风速传感器、负压和差压变送器、PLC 控制柜、报警器及上位机及通讯装置等。

主通风机自动监控系统的安全可靠在煤矿安全生产中起着非常重要的作用。该自动控制系统分为两个部分，一部分是风机高压柜的监控，通过硬接线的方式，将高压柜的重要数据、分合闸状态以及控制同PLC 控制柜连接，通过PLC控制柜触摸屏实现高压控制柜数据、分合闸状态检测和控制；另一部分是风机运行各种参数的监测，通过各种传感器（振动、风机电机的轴温、风机电机的定子温度、风速、风量、负压）将风机运行参数传输至PLC 控制柜，通过PLC 控制柜触摸屏实现风机运行各种参数的监测。通风机系统的各种参数经PLC 逻辑判断后，对异常情况进行实时报警。通过工业环网将各种信息上传至调度室控制平台服务器，实现调度室、集控室的远程监控。系统需实现的主要功能有以下描述。

（1）监测功能

高压开关柜信息采集：分合闸状态、风机电机运行电压、电流、功率等参数。

通风机信息采集：风机电机前后轴和绕组温度、通风机机体振动；当参数值超出设定值时，自动报警。

通风系统信息采集：风量、风速、静压、全压等参数。

风门、蝶阀信息采集：开位、关位状态、打开过程、关闭过程、故障等信息。

（2）控制功能

系统能实现单台设备的单独控制功能；系统能实现设备的联动控制功能；系统具有报警及处理功能，当设备出现故障时，发出声光报警。

（3）控制方式

现场控制系统有三种控制模式： 就地控制/远程控制/集中控制，就地控制是设备现场自身的控制； 远程控制是由PLC 控制柜触摸屏对设备的控制；集中控制是由调度室生产控制平台对设备的控制。其中远程控制/集中控制模式包含手动、半自动、自动三种控制方式，具体描述如下:

就地控制模式：当选择开关置于“就地”时，在就地操作箱或者设备本体上通过按钮控制设备。

远程控制模式：即PLC 控制柜触摸屏控制，将现场设备选择开关置于“远程”，触摸屏上选择“触摸屏”控制，通过触摸屏对现场设备进行单动或联动控制，并监测设备运行参数、状态。

集中控制模式：即PLC 控制柜触摸屏控制，将现场设备选择开关置于“远程”，触摸屏上选择“调度室”控制，通过调度室或集控室生产控制平台对现场设备进行单动或联动控制，并监测设备运行参数、状态。

手动控制方式： 在远程控制/集中控制模式下，选择手动控制方式，可以对单台设备进行操作，并通过触摸屏或者生产控制平台监测设备运行参数、状态。

半自动控制方式： 在远程控制/集中控制模式下，选择半自动控制方式，可以一次操作完成一台风机启动或者停止全部流程，并通过触摸屏或者生产控制平台监测设备运行参数、状态。

自动控制方式： 在远程控制/集中控制模式下，选择自动控制方式，可以一次操作完成两台风机互相切换的所有流程，并通过触摸屏或者生产控制平台监测设备运行参数、状态。

（4）数据处理功能

系统可以自动完成风机的运行时间统计，为风机的维护提供指导性的数据。

（5）远程监测功能

控制系统预留远程监视的接口，技术人员不在现场就可以通过计算机网络查看现场设备的工作状态，帮助现场人员迅速解决发生的问题。

3 子系统接入设计

主通风系统监控通过PLC 控制器上的预留的通讯接口就近接入工业以太环网，实现数据的上传，以及本系统的远程控制。系统接入生产综合监控平台示意图见图2。

图2 主通风系统接入示意图

3.1 硬件接口设计

电气接口：一路AC 220 V 输入；二路DC 24 V 输出。

接口位置：主通风机房PLC 控制柜。

对接设备：工业以太网交换机。

接口数量：1 个。

接口类型:RJ45。

3.2 通讯协议

通讯协议：TCP/IP 协议。

3.3 通讯监测设计

PLC 给生产综合监控平台提供一个脉冲变量，变化频率为一秒一次，用于通讯状态的检测。

4 上位系统设计

4.1 就地监控设计

PLC 控制柜配置嵌入式触摸屏，作为现场的上位机； 现场监控上位主要作用是能够直观地、实时地、 动态地给出当前系统运行的所有状态、按照工艺流程要求给现场的控制系统下发对应的指令。主通风系统主画面示意图见图3。

图3 主通风系统监控示意图

4.2 显示功能

以模拟图的方式显示风机运行界面、风机供电系统显示界面、风机操作界面显示、风机越限报警显示。在显示界面中以文本或静态/动态图形的方式来显示设备的运行参数以及工作状态。高压配电柜的运行参数监测：合分闸状态、电压、电流、功率、功率因数等。

通风机监测： 风机电机前后轴和绕组温度、通风机机体振动；当参数值超出设定值时，自动报警。

通风系统监测：风量、风速、静压、全压等参数。

风门、蝶阀监测：开位、关位状态、打开过程、关闭过程、故障等信息。

4.3 控制功能

本节控制功能的描述并非直接参与现场的逻辑控制，是以现场的设备层的PLC 控制系统为依托来实现的，仅仅是控制指令的下发。

通过矿调度室与现场人员的远程配合，按规定操作流程，在矿调度室远程实现单设备启、停控制，完成主/备切换（包括风门开/关、蝶阀开/关、风机启/停控制）。

4.4 安全保护功能

为了系统的安全性，系统采用帐号管理的机制，限制不同人员的操作权限，来实现系统的安全。登录之后操作员拥有自己的访问级别，同时获取了相应的操作权限。同时系统设定了访问时间，超过访问时间后将自动注销用户。

4.5 事故自动报警功能

系统对温度、压力、振动、静压、风量等重要运行参数进行快速分析处理，当产生某事故信号时，触摸屏上立即显示相应事故部位和内容，并有音响报警。

经授权的操作者可以在权限范围内随意定义一些警报产生的条件。

5 主通风系统监测监控点

在风机监控系统中，需要实时监测风机电机的前后轴温、三相定子温度、风机振动参数、电机电流、电压、风机进风口处静压、风压、风速、风量等一系列的参数。监测这些参数，得到风机实际的工作情况，为通风机的安全运行和及时报警提供可靠的保证。系统的监测监控点设计见表1、表2、表3。

表1 通风机测控点

表2 高压柜测控点

表3 通风机电机测控点