賈安民 黃壽元

(1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司；2.金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國(guó)家工程研究中心有限公司)

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GPRS無(wú)線通訊技術(shù)在礦井通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用*

賈安民1,2,3黃壽元1,2,3

(1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司；2.金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國(guó)家工程研究中心有限公司)

GPRS(General packet radio service)無(wú)線通訊技術(shù)具有良好的實(shí)時(shí)響應(yīng)與處理能力、無(wú)線信號(hào)覆蓋廣等特點(diǎn)。以某礦通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)為工程實(shí)例，通過(guò)企業(yè)局域網(wǎng)、Internet、GPRS網(wǎng)絡(luò)使地表監(jiān)控中心主控計(jì)算機(jī)與置于地表風(fēng)機(jī)機(jī)站的GPRS遠(yuǎn)程I/O控制柜進(jìn)行通訊，并通過(guò)GPRS遠(yuǎn)程I/O控制柜進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、控制風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)變頻器和降壓?jiǎn)?dòng)柜，從而實(shí)現(xiàn)通過(guò)主控計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)站風(fēng)機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程無(wú)線集中啟停及調(diào)速控制，對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。實(shí)踐表明，該系統(tǒng)運(yùn)行效果顯著，對(duì)于進(jìn)一步提高礦井通風(fēng)自動(dòng)化管理水平有一定的參考價(jià)值。

礦井通風(fēng)監(jiān)控 GPRS通訊 通風(fēng)管理

礦井通風(fēng)系統(tǒng)須建立機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)，通風(fēng)機(jī)為通風(fēng)系統(tǒng)提供動(dòng)力，是整個(gè)系統(tǒng)的“心臟”部分，掌握風(fēng)機(jī)的運(yùn)行情況是提高通風(fēng)系統(tǒng)管理水平的重要環(huán)節(jié)。多級(jí)機(jī)站通風(fēng)系統(tǒng)相對(duì)于單一的地表主扇回風(fēng)通風(fēng)系統(tǒng)而言，風(fēng)機(jī)數(shù)量較多，通風(fēng)系統(tǒng)維護(hù)管理尤為重要。若將傳統(tǒng)的通風(fēng)系統(tǒng)與通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合，通過(guò)通風(fēng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)部分風(fēng)機(jī)進(jìn)行開(kāi)?；蛘{(diào)速控制，確保風(fēng)量供需平衡，可最大限度地挖掘通風(fēng)節(jié)能潛力[1-3]。對(duì)于通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)通訊方式，井下一般單獨(dú)敷設(shè)光纖傳輸介質(zhì)或利用礦山六大系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)，而對(duì)于地表風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程控制，若采用GPRS通用分組無(wú)線服務(wù)技術(shù)，充分利用其良好的實(shí)時(shí)響應(yīng)與處理能力、信號(hào)覆蓋廣等特點(diǎn)，可減少通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)投資，便于后期維護(hù)管理[4-5]。某礦地下開(kāi)采采用側(cè)翼對(duì)角抽出式通風(fēng)系統(tǒng)，中豎井和-120 m平硐進(jìn)風(fēng)，主回風(fēng)井和通風(fēng)斜井回風(fēng)，通風(fēng)系統(tǒng)回風(fēng)機(jī)站設(shè)于地表。由于地表主回風(fēng)井和通風(fēng)斜井風(fēng)機(jī)機(jī)站相距較遠(yuǎn)，且兩者間為山區(qū)丘陵地形地貌，由山間小路相連通，不利于風(fēng)機(jī)的有效控制與管理。

1 風(fēng)機(jī)分布情況及監(jiān)控范圍

通風(fēng)系統(tǒng)采用側(cè)翼對(duì)角抽出方式，在+24 m主回風(fēng)井地表、+87 m通風(fēng)斜井地表各設(shè)一個(gè)回風(fēng)機(jī)站，通風(fēng)機(jī)站及風(fēng)機(jī)分布方案為：①+24 m主回風(fēng)井回風(fēng)機(jī)站設(shè)有K40-6-19型風(fēng)機(jī)一臺(tái)，配135 kW電動(dòng)機(jī)，采用變頻器啟動(dòng)及調(diào)速控制；②+87 m通風(fēng)斜井回風(fēng)機(jī)站設(shè)有K40-6-12型風(fēng)機(jī)一臺(tái)，配15 kW電動(dòng)機(jī)，采用接觸器直接啟動(dòng)控制。該方案中被監(jiān)控風(fēng)機(jī)為地表+24 m主回風(fēng)井機(jī)站、地表+87 m通風(fēng)斜井機(jī)站風(fēng)機(jī)，其中+24 m主回風(fēng)井機(jī)站的一臺(tái)風(fēng)機(jī)采用變頻器啟動(dòng)及調(diào)速控制，而+87 m通風(fēng)斜井機(jī)站的一臺(tái)風(fēng)機(jī)由于功率較小，采用接觸器直接啟動(dòng)控制。

2 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本研究通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)采用以工控計(jì)算機(jī)、GPRS遠(yuǎn)程I/O控制柜為核心的硬件系統(tǒng)，通過(guò)企業(yè)局域網(wǎng)、Internet和GPRS網(wǎng)絡(luò)，對(duì)全礦地表主風(fēng)機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程無(wú)線集中監(jiān)控。

2.1 監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及原理

整個(gè)系統(tǒng)由監(jiān)控中心主控計(jì)算機(jī)、GPRS遠(yuǎn)程I/O控制柜、風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)變頻器(降壓?jiǎn)?dòng)柜)、企業(yè)局域網(wǎng)、Internet、GPRS網(wǎng)絡(luò)組成。設(shè)于地表調(diào)度室監(jiān)控中心的主控計(jì)算機(jī)采用TCP/IP協(xié)議，通過(guò)企業(yè)局域網(wǎng)連接至Internet，通過(guò)Internet連接至GPRS通訊網(wǎng)絡(luò)，與設(shè)于現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)機(jī)站的GPRS遠(yuǎn)程I/O控制柜進(jìn)行通訊，GPRS遠(yuǎn)程I/O控制柜根據(jù)主控機(jī)的指令完成風(fēng)機(jī)的啟?？刂坪惋L(fēng)機(jī)電流、運(yùn)行頻率等參數(shù)監(jiān)測(cè)，并將結(jié)果傳回主控計(jì)算機(jī)。主控計(jì)算機(jī)對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)分析處理，將風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以圖形(動(dòng)畫(huà))、文字等形式顯示于主控機(jī)屏幕上。同時(shí)主控機(jī)根據(jù)風(fēng)機(jī)電流大小及持續(xù)時(shí)間判斷風(fēng)機(jī)是否過(guò)載，當(dāng)檢測(cè)到某臺(tái)風(fēng)機(jī)過(guò)載時(shí)，及時(shí)發(fā)出關(guān)閉過(guò)載風(fēng)機(jī)指令，通風(fēng)機(jī)站現(xiàn)場(chǎng)GPRS遠(yuǎn)程I/O控制柜根據(jù)主控機(jī)的指令關(guān)閉過(guò)載風(fēng)機(jī)。

2.2 監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本研究用Windows XP操作系統(tǒng)的工控組態(tài)軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)通風(fēng)系統(tǒng)監(jiān)控軟件。工控組態(tài)軟件具有豐富的畫(huà)面顯示組態(tài)功能，控制操作、風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)及相關(guān)監(jiān)測(cè)參數(shù)以圖形化的控制按鈕及動(dòng)畫(huà)顯示，可操作性、適應(yīng)性較強(qiáng)。

2.3 通訊網(wǎng)絡(luò)及布線

地面調(diào)度室監(jiān)控中心距地表的2個(gè)回風(fēng)機(jī)站較遠(yuǎn)，+24 m主回風(fēng)井回風(fēng)機(jī)站與+87 m通風(fēng)斜井回風(fēng)機(jī)站均設(shè)置于地表，三者間的地形地貌為山區(qū)丘陵，中間由山間小路相連通。若采用光纖傳輸介質(zhì)進(jìn)行通訊，需架空或埋地敷設(shè)通訊光纜，不僅施工成本高，而且后期維護(hù)管理不便。因此，結(jié)合該礦現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，利用GPRS無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)，建立了通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)(圖1)。

圖1 通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)布置

2.4 功能設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)將位于地表調(diào)度室的主控計(jì)算機(jī)與置于地表風(fēng)機(jī)機(jī)站的GPRS遠(yuǎn)程I/O控制柜以及變頻器(降壓?jiǎn)?dòng)柜)相連，形成計(jì)算機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)主控計(jì)算機(jī)對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程集中啟停及調(diào)速控制，對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流、頻率等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)功能如圖2所示。

3 監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行情況

通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)安裝調(diào)試后，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠、故障率低、維護(hù)簡(jiǎn)單、可擴(kuò)展性強(qiáng)，系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，界面形象直觀，適合調(diào)度室監(jiān)控中心人員操作管理。機(jī)站監(jiān)控畫(huà)面主要顯示對(duì)風(fēng)機(jī)的控制操作、機(jī)站風(fēng)機(jī)啟動(dòng)警告警鈴開(kāi)關(guān)、風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)與相關(guān)參數(shù)以及機(jī)站狀態(tài)信號(hào)等信息(圖3、圖4)。

圖2 通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)功能

為進(jìn)一步提高通風(fēng)自動(dòng)化管理水平，在各機(jī)站監(jiān)控畫(huà)面的控制模式中選擇區(qū)域，單擊“手動(dòng)/自動(dòng)”切換開(kāi)關(guān)，顯示該機(jī)站進(jìn)入自動(dòng)控制模式。在自動(dòng)控制方案編輯畫(huà)面(圖5)中編輯該機(jī)站每一臺(tái)風(fēng)機(jī)在24 h內(nèi)以0.5 h間隔為單位的任意自動(dòng)啟停時(shí)段，以及風(fēng)機(jī)運(yùn)行的高低頻率值(僅采用變頻器驅(qū)動(dòng)的風(fēng)機(jī)具有該項(xiàng)參數(shù))。經(jīng)確認(rèn)后進(jìn)入自動(dòng)定時(shí)控制模式或僅保存自動(dòng)控制方案。在機(jī)站進(jìn)入自動(dòng)定時(shí)控制模式后，單擊“手動(dòng)/自動(dòng)”切換開(kāi)關(guān)，顯示該機(jī)站的取消自動(dòng)控制確認(rèn)畫(huà)面。

4 結(jié) 語(yǔ)

以某礦為例，對(duì)分布于地表的主風(fēng)機(jī)的通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)采用GPRS無(wú)線通訊方式，并結(jié)合企業(yè)局域網(wǎng)、Internet等對(duì)礦井通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)可迅速及時(shí)地實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)反風(fēng)，通風(fēng)管理人員可觀測(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況，及時(shí)對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行啟?？刂?、風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速，實(shí)現(xiàn)風(fēng)流按需調(diào)控，在滿足通風(fēng)安全需要的前提下，最大限度地降低通風(fēng)能耗，有助于提升礦井通風(fēng)系統(tǒng)的安全管理水平。

[1] 貢鎖國(guó)，賈安民，黃 欣，等.多級(jí)機(jī)站通風(fēng)計(jì)算機(jī)集中監(jiān)控系統(tǒng)[J].金屬礦山，2002(4)：49-52.

[2] 賈安民.井下多級(jí)機(jī)站通風(fēng)監(jiān)控與節(jié)能技術(shù)研究[J].金屬礦山，2012(6)：113-119.

[3] 賈安民，黃壽元.井下通風(fēng)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)在蒼山鐵礦的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2012(7)：75-78.

[4] 戰(zhàn)明君.基于GPRS的自動(dòng)氣象站系統(tǒng)[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2007.

[5] 韓海強(qiáng)，楊天金.GPRS無(wú)線通訊在能源計(jì)量的應(yīng)用[J].無(wú)線互聯(lián)科技，2011(6)：22-24.

圖3 +24 m機(jī)站監(jiān)控畫(huà)面

圖4 +87 m機(jī)站監(jiān)控畫(huà)面

圖5 自動(dòng)定時(shí)控制方案編輯畫(huà)面

2016-05-30)

*科研院所技術(shù)開(kāi)發(fā)研究專項(xiàng)(編號(hào)：2009EG113037)。

賈安民(1961—)，男，高級(jí)工程師，243000 安徽省馬鞍山市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)西塘路666號(hào)。