朱建峰， 孫 鑫

（山西寧武大運(yùn)華盛能源集團(tuán)有限公司， 山西 寧武 036700）

引言

礦井通風(fēng)系統(tǒng)作為綜采工作面的呼吸系統(tǒng)，其主要任務(wù)是為工作面輸送干凈的空氣，降低工作面的瓦斯、粉塵等濃度，為作業(yè)人員提供健康、相對(duì)安全的生產(chǎn)環(huán)境[1]，因此，礦井通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)煤礦安全生產(chǎn)十分重要。為進(jìn)一步提升礦井通風(fēng)系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化水平，要求系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)工作面瓦斯、粉塵等濃度的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，并對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行處理分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)的實(shí)時(shí)精確控制。本文將著重對(duì)礦井通風(fēng)安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，為礦井通風(fēng)安全奠定基礎(chǔ)。

1 通風(fēng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分析

礦井通風(fēng)安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)包括有硬件控制系統(tǒng)和軟件控制系統(tǒng)。其中，硬件控制系統(tǒng)主要是采集工作面各類(lèi)信息的設(shè)備、處理所采集信息的設(shè)備、工控機(jī)以及報(bào)警器等；軟件控制系統(tǒng)為基于通風(fēng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)功能所編制的控制程序[2]。

1.1 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)礦井通風(fēng)安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的控制要求，特設(shè)計(jì)如圖1所示的自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。

如圖1所示，礦井通風(fēng)安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)主要包括有通風(fēng)機(jī)、傳感器、變頻器、PLC控制器以及上位機(jī)等[3]。為確保監(jiān)控系統(tǒng)能夠?yàn)橥L(fēng)機(jī)的控制提供基礎(chǔ)，要求監(jiān)控系統(tǒng)的硬件部分滿足以下要求：

1）風(fēng)壓、風(fēng)量是該系統(tǒng)主要監(jiān)控的兩項(xiàng)指標(biāo)，要求系統(tǒng)所選的風(fēng)壓傳感器和風(fēng)量傳感器能夠能夠?qū)ぷ髅娴娘L(fēng)壓和風(fēng)量進(jìn)行全天候24 h的監(jiān)測(cè)。當(dāng)所監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)超出限值時(shí)，要求系統(tǒng)立即報(bào)警。

圖1 自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)硬件組成

2）要求所選各類(lèi)傳感器、變送器等設(shè)備能夠滿足惡劣的工作面環(huán)境，具有較強(qiáng)的可靠性和穩(wěn)定性。

3）要求系統(tǒng)能夠?qū)νL(fēng)機(jī)前后軸承的振動(dòng)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

4）工作面各類(lèi)傳感器所采集的數(shù)據(jù)能夠精確地經(jīng)PLC控制器上傳至工控機(jī)中，要求系統(tǒng)能夠?qū)?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、記錄以及打印等。

1.2 軟件控制系統(tǒng)

軟件控制系統(tǒng)主要通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。根據(jù)礦井通風(fēng)安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的控制需求，要求其軟件控制系統(tǒng)滿足以下功能：數(shù)據(jù)通訊功能；將所監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)圖形化的功能；對(duì)所采集到的數(shù)據(jù)可進(jìn)行查詢、存儲(chǔ)功能；能夠顯示通風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)，并可對(duì)事故進(jìn)行預(yù)警和追憶；能夠?qū)⑺璐蛴〉臄?shù)據(jù)進(jìn)行打印。

2 通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要指的是PLC的輸入輸入量的設(shè)置。本監(jiān)控系統(tǒng)采用的PLC的型號(hào)為S7-300，其硬件結(jié)構(gòu)圖如下頁(yè)圖2所示。

如圖2中的接口模塊用于實(shí)現(xiàn)PLC與觸摸屏之間的連接。在本監(jiān)控系統(tǒng)中，所選用的觸摸屏為M370觸摸屏，并可以實(shí)現(xiàn)其與PLC的多點(diǎn)連接，最終實(shí)現(xiàn)了完美通信。數(shù)字量的輸入、輸出模塊主要用于檢測(cè)開(kāi)關(guān)量的動(dòng)作情況；模擬輸入模塊主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)量、風(fēng)速以及溫度等參數(shù)模擬量到數(shù)字化的轉(zhuǎn)換；通信模塊是實(shí)現(xiàn)下位機(jī)與上位機(jī)通信的關(guān)鍵模塊；綜保裝置的主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的保護(hù)，并對(duì)相關(guān)電氣參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，通常情況下綜保裝置安裝于控制室[4]。

圖2 PLC硬件結(jié)構(gòu)圖

針對(duì)礦井通風(fēng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的控制要求，傳感器作為提供該系統(tǒng)控制的基礎(chǔ)。因此，傳感器的選型尤為重要。經(jīng)調(diào)研，該監(jiān)控系統(tǒng)所選傳感器的型號(hào)及功能如表1所示。

表1 監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵傳感器

3 監(jiān)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

在各版本組態(tài)軟件對(duì)比的基礎(chǔ)上，本監(jiān)控系統(tǒng)選用組態(tài)軟件INTouch9.5實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)?；诒O(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)操作人員可以形象地在人機(jī)界面獲取被監(jiān)測(cè)對(duì)象的工作狀態(tài)，并將指令通過(guò)人機(jī)界面發(fā)送至PLC中。

3.1 監(jiān)控系統(tǒng)界面的設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控界面可以形象、直觀、方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)主通風(fēng)機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)和下一步動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。因此，系統(tǒng)的監(jiān)控界面包含有系統(tǒng)的主界面、主通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、登錄界面以及電動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)等。其中，監(jiān)控系統(tǒng)的主界面如圖3所示。

3.2 監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理的設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理主要指的是主通風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)，將這些所采集到數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后上傳于主機(jī)中，方便工作人員對(duì)以往設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行查詢和統(tǒng)計(jì)[5]。本監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換主要是通過(guò)常用的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換協(xié)議實(shí)現(xiàn)其功能的。本監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

3.3 數(shù)據(jù)報(bào)表的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)報(bào)表是為工作人員查詢以往設(shè)備工作狀態(tài)而來(lái)的。在本監(jiān)控系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)報(bào)表主要包括有實(shí)時(shí)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)報(bào)表、設(shè)備運(yùn)行歷史狀態(tài)報(bào)表以及報(bào)警記錄報(bào)表。比如，當(dāng)所監(jiān)測(cè)的值超過(guò)系統(tǒng)設(shè)定值時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)立即發(fā)出報(bào)警并記錄報(bào)警數(shù)據(jù)。從而，工作人員可以隨時(shí)隨地對(duì)發(fā)出報(bào)警的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，以便更氣清晰、準(zhǔn)確地對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析。

圖3 監(jiān)控系統(tǒng)主界面圖

圖4 監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)語(yǔ)

礦井通風(fēng)系統(tǒng)作為綜采工作面呼吸系統(tǒng)，其主要任務(wù)是為工作面提供新鮮的空氣，為作業(yè)人員提供安全、健康的生產(chǎn)環(huán)境。瓦斯、粉塵作為威脅工作面安全生產(chǎn)的主要因素，基于通風(fēng)系統(tǒng)能夠?qū)⑼咚辜胺蹓m濃度得到有效改善。為實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦綜采工作面通風(fēng)情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，進(jìn)而對(duì)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)控制，本文基于PLC設(shè)計(jì)了一款礦井通風(fēng)安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，為綜采工作面的安全、高效生產(chǎn)提供了支撐。