董彪+李洪國+楊憲民+陳廣友

摘 要：煤礦主通風機設備的監(jiān)測系統(tǒng)普遍存在著穩(wěn)定性差、故障點多、出現(xiàn)問題不易查找、監(jiān)測內(nèi)容不全面、通訊接口協(xié)議互補兼容等缺點，已無法滿足礦井安全生產(chǎn)和自動化管理的需要。本文主要闡述煤礦主通風機如何提高運行的安全性和可靠性，使通風機房具備無人值守條件。

關鍵詞：智能化監(jiān)控管理；無人值守；故障預警預報；自動化控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.05.063

0 引言

主通風機設備主要功能是對環(huán)境參數(shù)、風機性能參數(shù)和電氣參數(shù)的在線監(jiān)測以及風機設備的簡單控制功能，但不具有自動化控制和管理的功能。這種狀況已成為制約煤礦安全生產(chǎn)、提高企業(yè)經(jīng)濟效益和自動化管理水平的瓶頸之一。

1 研究實施方案

以主通風機現(xiàn)場參數(shù)的采集與監(jiān)測；自動化控制功能程序的設計；故障診斷算法的設計和系統(tǒng)信息的傳輸?shù)葹橹饕芯績?nèi)容。其核心技術主要包括通風機、電機啟動系統(tǒng)（降壓啟動、變頻啟動及勵磁啟動）、高壓開關柜系統(tǒng)、風門控制系統(tǒng)等設備的故障識別、預報技術，各系統(tǒng)之間信息傳輸?shù)目偩€技術、自動化控制算法和可靠性等方面。

（1）系統(tǒng)采用RS485和以太網(wǎng)等現(xiàn)場總線，保證了系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?、快速性，有效地屏蔽了現(xiàn)場的各種干擾，提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性，將為煤礦主通風機設備、壓縮機設備的安全運行提供一個重要保障。

（2）基于Force control組態(tài)軟件研制開發(fā)的智能化監(jiān)控管理系統(tǒng)，將具有主風機設備、壓縮機設備參數(shù)實時在線監(jiān)測、數(shù)據(jù)存儲、報表打印、自動化控制和網(wǎng)絡傳輸功能，為煤礦大型機電設備的自動化管理提供一個重要途徑。

（3）通過冗余性的控制單元構建系統(tǒng)，使整個控制系統(tǒng)具有更高的可靠性，為實現(xiàn)系統(tǒng)的控制功能奠定一個重要基礎。

（4）研究準確、可靠的流量在線監(jiān)測方法和裝置，解決當前風機設備監(jiān)控系統(tǒng)中流量檢測不準確的難題。

（5）開發(fā)監(jiān)測內(nèi)容全面且控制準確可靠，并具有主通風機設備遠程監(jiān)測和控制智能化的聯(lián)合自動化控制系統(tǒng)，為實現(xiàn)主通風機房的無人值守提供條件。

（6）研究通風機運行中喘振狀態(tài)的預測和預報的算法，準確預報通風機在高負壓條件下運行的喘振故障。

2 主要研究內(nèi)容

本項目的主要研究內(nèi)容是以礦用主風機設備為對象，研制一套礦用主通風機自動化監(jiān)控系統(tǒng)。研究內(nèi)容涉及的對象包括具有繼電保護裝置的開關柜、電機控制系統(tǒng)、通風機設備和壓縮機設備。根據(jù)研究對象的特點和現(xiàn)場環(huán)境，完成了一下工作：總體技術方案的確定；硬件系統(tǒng)的設計和選型，軟件系的構建；系統(tǒng)自動化控制程序的設計與編制、故障診斷算法的設計與編制；設備安裝，實驗室測試。

說明：實線為控制線，箭頭方向代表被控對象；虛線為檢測線，箭頭方向代表顯示設備。

（1）自動化監(jiān)控管理系統(tǒng)是一套礦用主通風機自動化監(jiān)控系統(tǒng)，其主要功能包括：風機設備的在線實時監(jiān)測、動態(tài)顯示和數(shù)據(jù)存儲；風機設備的自動控制和故障報警；集中管理與控制系統(tǒng)各部分之間的相互通訊；系統(tǒng)的遠程通訊與控制。在該系統(tǒng)的研發(fā)過程中，主要從軟件系統(tǒng)、故障診斷算法、硬件系統(tǒng)等三個方面開展工作。

（2）在監(jiān)控系統(tǒng)的研制過程中選用了三維力控組態(tài)軟件作為開發(fā)平臺，它具有以下主要特點：實時性強、并行處理性能良好；豐富、生動的多媒體畫面；開放式結構，廣泛的數(shù)據(jù)獲取和強大的數(shù)據(jù)處理功能；完善的安全機制；強大的網(wǎng)絡功能；多樣化的報警功能。同時，用Force control開發(fā)軟件系統(tǒng)還具有開發(fā)周期短、通用性強、可靠性高等優(yōu)點。如圖2所示，利用Force control進行軟件系統(tǒng)開發(fā)的原理為：在組態(tài)環(huán)境下進行構建系統(tǒng)動態(tài)畫面、設計流程控制、定制報表、硬件設備連接等組態(tài)工作，生成組態(tài)結果數(shù)據(jù)庫；利用生成的組態(tài)數(shù)據(jù)庫，在Force control的控制下即可以完成監(jiān)控系統(tǒng)的運行。

圖3所示為軟件系統(tǒng)的結構，它由主控窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫和運行策略五個部分構成。

（3）在礦井主通風機智能化監(jiān)控管理系統(tǒng)中，用主控窗口和用戶窗口來構成監(jiān)控系統(tǒng)的人機交互圖形界面，這些界面包括監(jiān)控系統(tǒng)主畫面、實時曲線畫面、歷史曲線畫面、倒機操作畫面、故障記錄報警與查詢畫面、高壓開關柜信息畫面和變頻器信息畫面等；將各種不同類型和功能的對象或構件組態(tài)起來，同時對實時數(shù)據(jù)進行可視化處理。

（4）設備窗口專門用來放置不同類型和功能的設備構件，實現(xiàn)對外部設備的操作和控制。設備窗口通過設備構件把外部設備的數(shù)據(jù)采集進來，送入實時數(shù)據(jù)庫，或把實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)輸出到外部設備。在本系統(tǒng)中，在設備窗口中主要進行S7-300等硬件設備的參數(shù)設置。在一個應用系統(tǒng)中只有一個設備窗口，運行時系統(tǒng)自動打開設備窗口，管理和調度所有設備構件正常工作，并在后臺獨立運行。

（5）在礦井主通風機智能化監(jiān)控管理系統(tǒng)中，實時數(shù)據(jù)庫用來管理所有實時數(shù)據(jù)，它相當于一個數(shù)據(jù)處理中心，同時也起到公用數(shù)據(jù)交換區(qū)的作用，是監(jiān)控系統(tǒng)軟件的核心。從外部設備采集來的實時數(shù)據(jù)送入實時數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)其它部分操作的數(shù)據(jù)也來自于實時數(shù)據(jù)庫。實時數(shù)據(jù)庫自動完成對實時數(shù)據(jù)的報警處理和存盤處理，同時它還根據(jù)需要把有關信息以事件的方式發(fā)送給系統(tǒng)的其它部分，以便觸發(fā)相關事件，進行實時處理。在基于三維力控開發(fā)的系統(tǒng)中，實時數(shù)據(jù)庫采用面向對象的技術，為其它部分提供服務，實現(xiàn)了系統(tǒng)各個功能部件的數(shù)據(jù)共享。

3 推廣應用效果

采用西門子S7-300控制器冗余系統(tǒng)，具有極高的可靠性。同時，通過對風門系統(tǒng)的改造，具有了不停風倒機操作方式。不僅有效地提高了礦井通風的安全性，而且在國內(nèi)的主風機控制系統(tǒng)處于領先的位置，具有較高的推廣應用價值。在風機的流量測量、喘振故障預報、溫度故障預備等方面，目前礦用主通風機監(jiān)控的故障報警普遍采用的是邏輯控制，對處于萌芽狀態(tài)的故障不具有預測預報的功能。

4 結語

本系統(tǒng)可實時監(jiān)測、控制設備的運行狀態(tài)，并可根據(jù)需要進行自動化控制和操作，從根本上提高了設備運行的安全性和可靠性，并有效避免了風機運行在不經(jīng)濟工況點。系統(tǒng)完善的故障預警預報、自動化控制和遠程監(jiān)控管理功能，使通風機房具備了無人值守條件，節(jié)省了人力資源，降低了勞動強度，具有重要的社會效益。

參考文獻：

[1]史麗萍等.礦井主通風機流量在線監(jiān)測系統(tǒng)的設計[J].

[2]王麗華等.礦井主通風機自動監(jiān)控系統(tǒng)的設計[J].

[3]呂振等.煤礦風機監(jiān)測系統(tǒng)中傳感器智能轉換單元研制[J].