王榮華

（山西世德孫家溝煤礦有限公司， 山西 忻州 036600）

引言

通風(fēng)機因其體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、工作效率高、風(fēng)量大、噪音小、輸送風(fēng)的能力強等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于礦井、工廠環(huán)境、隧道、冷卻塔系統(tǒng)等行業(yè)。通風(fēng)設(shè)備在實際應(yīng)用中起到了重要的作用，尤其在礦井下應(yīng)用通風(fēng)系統(tǒng)，對井下開采作業(yè)人員的安全起著重要作用。礦井通風(fēng)系統(tǒng)可有效降低井下有害氣體濃度，改善空氣質(zhì)量，從而可有效保障人員安全并提高企業(yè)生產(chǎn)效率[1-2]。

1 FBCDZ 22250 型礦用通風(fēng)機

井下通風(fēng)系統(tǒng)按功能的劃分可以分為三種子系統(tǒng)：主通風(fēng)系統(tǒng)、輔助通風(fēng)設(shè)備、局部通風(fēng)設(shè)備。其中主通風(fēng)系統(tǒng)起到主要通風(fēng)作用。現(xiàn)對改造項目通風(fēng)系統(tǒng)的布置情況做簡要說明，通風(fēng)系統(tǒng)主要硬件設(shè)備包括：主通風(fēng)機、風(fēng)門以及通風(fēng)管道。其中主通風(fēng)機使用的是FBCDZ 22250 型礦用通風(fēng)機，兩臺通風(fēng)機安裝于巷道中，風(fēng)門的主要功能是提供通風(fēng)系統(tǒng)的維修口，其次可實現(xiàn)系統(tǒng)運行時對風(fēng)量的控制。通風(fēng)管道的布置主要用于對空氣的輸送和導(dǎo)向[3]。

對項目中所選擇的FBCDZ 22250 型礦用通風(fēng)機做簡要說明，通風(fēng)機主要結(jié)構(gòu)如圖1 所示，集流器主要作用是改善流體狀態(tài)，提高進(jìn)氣效率。通風(fēng)機進(jìn)出口消音器主要作用為減小氣流導(dǎo)致的設(shè)備振動。通風(fēng)機擴壓器主要作用是回收風(fēng)機的動壓能，有效提高靜壓比例，達(dá)到節(jié)能的效果。電動機為通風(fēng)機的動力來源，該通風(fēng)機為兩級葉片結(jié)構(gòu)，采用雙級對稱旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，減小了流體的能量損失，提高了整機的效能[4]。

圖1 通風(fēng)機結(jié)構(gòu)圖

2 監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計

2.1 系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)

基于現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)改造項目，提出系統(tǒng)設(shè)計的總體改造目標(biāo)，簡要對系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)進(jìn)行說明：

1）系統(tǒng)需實現(xiàn)對通風(fēng)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測、控制，監(jiān)測系統(tǒng)接入互聯(lián)網(wǎng)；

2）可實現(xiàn)實時跟蹤查詢、監(jiān)控；

3）各控制系統(tǒng)的監(jiān)測終端均具備良好的數(shù)據(jù)接口，可接入工業(yè)以太網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互；

4）可監(jiān)控系統(tǒng)運行狀態(tài)，并對監(jiān)控數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析；

5）能夠?qū)崿F(xiàn)對通風(fēng)機、變頻器等自動化控制。

2.2 硬件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

下頁圖2 為礦井主通風(fēng)在線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)示意圖，該監(jiān)控系統(tǒng)主要構(gòu)架由三部分組成，分別是現(xiàn)場測量系統(tǒng)、基礎(chǔ)控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)。

1）現(xiàn)場測量系統(tǒng)?，F(xiàn)場測量系統(tǒng)主要由溫度傳感器、變頻器等部件組成，其功能是對通風(fēng)機關(guān)鍵參數(shù)，如溫度、振動情況、電量消耗、風(fēng)速等信息進(jìn)行采集并分析。

2）基礎(chǔ)控制系統(tǒng)。對系統(tǒng)的基礎(chǔ)控制系統(tǒng)的建設(shè)，其主要核心是控制器，并由以太網(wǎng)模塊等組成，主要作用是按程序設(shè)定值對信號進(jìn)行分析與處理。

圖2 礦井主通風(fēng)在線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)

3）監(jiān)控系統(tǒng)。主要負(fù)責(zé)對傳感器所采集的信號進(jìn)行分析，可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的接收、顯示、存儲等，可對監(jiān)控信息進(jìn)行管理，完成監(jiān)控工作[5]。

2.3 系統(tǒng)功能

根據(jù)設(shè)計的實際需要，對監(jiān)測系統(tǒng)功能提出了各種功能性要求。主通風(fēng)機的變頻控制功能為根據(jù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)，及時對通風(fēng)機輸出功率進(jìn)行控制，變頻技術(shù)可實現(xiàn)對通風(fēng)機的平穩(wěn)控制。對通風(fēng)機關(guān)鍵參數(shù)的監(jiān)測能力，主要是對電機相關(guān)參數(shù)的監(jiān)測。

3 系統(tǒng)硬件的設(shè)計

根據(jù)《電業(yè)安全規(guī)程》和《煤礦安全規(guī)程》的要求，井下通風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)采用了兩套獨立的供電系統(tǒng)，對通風(fēng)機進(jìn)行供電的是6/0.6 kV 的低壓變電所，低壓配電柜為通風(fēng)機可提供0.6 kV 的電源，下面對主要的系統(tǒng)硬件做簡要介紹[6]：

1）變壓器。主通風(fēng)機系統(tǒng)低壓配電柜的兩個獨立電源是由2 臺變壓器組成，選擇的型號為S11-1000/6/0.4 kV，容量為1 000 kVA。

2）PLC 控制器。項目中選擇了SIEMENS 公司的SIMATIC D8-450 系列PLC 控制器，其具有體積小、可靠性好、輸入接口豐富等優(yōu)點。

3）變頻器。主要選用了ABB 公司生產(chǎn)的型號為CS500-03S 的變頻器，ABB 長期以來在該領(lǐng)域都有性能穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品，該型號產(chǎn)品根據(jù)項目的實際需要，具有可靠性好，適應(yīng)性強的優(yōu)點。

4）通風(fēng)機振動傳感器。為了檢測通風(fēng)機在不同方向的振動情況，本設(shè)計方案中選擇了DWV-CZ20型振動傳感器，可實現(xiàn)信號的采集和數(shù)據(jù)傳輸。

4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計

首先根據(jù)通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)需要達(dá)到的各項功能要求，對整個井下通風(fēng)系統(tǒng)工藝過程、控制要求、性能參數(shù)等進(jìn)行分析，提出對軟件的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，主程序下嵌套多個子程序，其中包括：高壓進(jìn)線柜子程序、低壓進(jìn)線柜子程序、母線聯(lián)絡(luò)柜子程序、單雙級選擇子程序、變頻器控制子程序、模擬量采集子程序、PID 子程序等，如圖3 所示。

圖3 軟件程序結(jié)構(gòu)框圖

監(jiān)控系統(tǒng)軟件以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的建立均采用第三方專業(yè)程序編輯公司合作完成，編程軟件采用Siemens 公司的STEP8-Micro/WIN 軟件，數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建采用Microsoft 公司的SQL Server 管理系統(tǒng)創(chuàng)建，其具有交互性好、易于學(xué)習(xí)等諸多特點。

5 結(jié)論

1）以某礦業(yè)公式一礦井通風(fēng)系統(tǒng)系統(tǒng)化改造為研究對象，應(yīng)用自動化監(jiān)測、控制方案提高礦井通風(fēng)效能。先擬定通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)的總體方案，在硬件方面對控制電路、監(jiān)控系統(tǒng)硬件、設(shè)備選型等進(jìn)行設(shè)計研究。在監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計時，主要對系統(tǒng)模塊、功能進(jìn)行設(shè)計。

2）監(jiān)控系統(tǒng)軟件以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的建立均與專業(yè)程序編輯公司合作完成，編程軟件采用STEP8-Micro/WIN 軟件，數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建采用Microsoft公司的SQL Server 管理系統(tǒng)。最后，完成了上位機監(jiān)控軟件的設(shè)計，并實現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)的總設(shè)計，系統(tǒng)整體達(dá)到了設(shè)計目標(biāo)，有力保障了井下作業(yè)的安全，同時為井下通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計提供了有力參考。