劉元杰

摘 要：主要通風機是現(xiàn)代工礦企業(yè)的重要裝備，通風機能否可靠運行，直接關系到企業(yè)的安全生產(chǎn)，主要通風機是否能建立在線監(jiān)控系統(tǒng)有著十分重要的意義。本論文以礦井主要通風機的工作特點為中心，以PLC為主要控制設備，講解可編程控制器（PLC）在礦井通風系統(tǒng)中的應用;探討主要通風機實現(xiàn)自控功能的組成部分、系統(tǒng)工作原理、系統(tǒng)硬件的選型以及傳感器的選擇配置。

關鍵詞：通風機;自動控制系統(tǒng);系統(tǒng)硬件選型

1 緒論

1.1 企業(yè)通風概況

主要通風機是完成礦井通風任務的主要裝備，擔負著往煤礦井下所有巷道、生產(chǎn)一線、輔助系統(tǒng)等持續(xù)輸送新鮮空氣，并將井下粉塵和污濁風流排出地面，保障煤礦井下作業(yè)工人的人體健康和安全的重要裝備。所以在現(xiàn)代化信息化日益發(fā)展的今天，對通風系統(tǒng)進行系統(tǒng)化的管理，對礦井主通風機采用在先進的在線監(jiān)控技術，在企業(yè)安全生產(chǎn)中日益起著重要的核心作用。

1.2 主通風機監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能

①主要通風機監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)能夠監(jiān)測和控制低壓配電系統(tǒng)的開停狀態(tài)，實現(xiàn)對電氣系統(tǒng)的相關參數(shù)的采集和顯示。能夠?qū)χ饕L機的運行狀態(tài)、工作參數(shù)進行實時檢測和顯示。對主要通風機運行過程中實時的電流數(shù)值、電流的不平衡度、有功、無功、功率因數(shù)、電壓數(shù)值等，確保風機相關參數(shù)的實時動態(tài)監(jiān)測;②實時地檢測主要通風機的風壓（包括靜壓力和全壓力）、風的速度、風量數(shù)值、電機軸承溫度值、定子的溫度值、電機的功率、電機的效率值、風機的效率值、風道內(nèi)的空氣濕度、溫度、大氣壓等各種主要通風機運行時的數(shù)值，檢測風機閘板門的位置、主要通風機的開/停情況、檢測并接收反風時系統(tǒng)發(fā)出的信號指令等各種信息，控制主要通風機閘板門蝶閥的開啟和關閉，風機電機的啟動和停止;③系統(tǒng)能在控制界面上實現(xiàn)主要通風機切換的自動切換和手動切換的選擇，能在控制界面上可靠實現(xiàn)風機的自動切換。自動切換時系統(tǒng)能可靠實現(xiàn)1#、2#風門的開啟關閉、1#、2#蝶閥的開啟關閉以及1#、2#風機一級電動機二級電動機啟動停止的順序控制以及邏輯互鎖，防止誤操作;④系統(tǒng)能實現(xiàn)檢測風機電機的溫度和振動參數(shù)實現(xiàn)電機工況參數(shù)的定時監(jiān)測，在監(jiān)控界面顯示風機負壓和軸承溫度等重要參數(shù);⑤系統(tǒng)能以實時曲線圖形的方式顯示在線監(jiān)測量，并能夠轉(zhuǎn)換處理風機的運行歷史數(shù)據(jù)，便于查看不同日期、不同時間段各個數(shù)據(jù)值的變化情況;并且系統(tǒng)能繪制風機性能參數(shù)曲線;⑥系統(tǒng)能將報警燈閃爍提示切換到報警窗口以報表詳細顯示;并實現(xiàn)蜂鳴器鳴叫提示;⑦系統(tǒng)能完成風機實時運行數(shù)據(jù)的以太網(wǎng)發(fā)布，為遠程監(jiān)控系統(tǒng)提供實時數(shù)據(jù);系統(tǒng)能實現(xiàn)對監(jiān)測數(shù)據(jù)的遠程訪問：搭建企業(yè)級網(wǎng)絡交換系統(tǒng)，把局域網(wǎng)和主要通風機監(jiān)控系統(tǒng)的各種控制裝備接到外部網(wǎng)絡中。通過網(wǎng)絡交換裝置將局域網(wǎng)的全部數(shù)據(jù)信息接至外部網(wǎng)絡。最終通過以太環(huán)網(wǎng)實現(xiàn)遠程控制操作，并能實現(xiàn)主通風機機房的無人值守。

2 主要通風機監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的設計架構(gòu)

2.1 系統(tǒng)的組成和特點

①系統(tǒng)控制部分的核心在主要通風機值班室內(nèi)安裝了西門子S7-300，可以完成本系統(tǒng)的邏輯計算、邏輯閉鎖保護，主要通風機運行數(shù)據(jù)的動態(tài)收集，和數(shù)據(jù)格式化等多個方面功能;②系統(tǒng)的通信部分：應用的是多點接口（MPI）作為可編程控制器（PLC）和工控機之間數(shù)據(jù)通訊的橋梁，其物理層是RS-485，采用PROFIBUS連接PLC的MPI端口，以及系統(tǒng)工控機上面CP5711卡的D型口;③傳動部分采用四個10kV電機來驅(qū)動主通風機扇葉，采用兩個5.5kW、兩個1.5kW的電動機來驅(qū)動閘板門和蝶閥的開/閉;④檢測部分采用各種類型的傳感器、變送器，以及各種數(shù)字量/模擬量智能儀表等裝備。把系統(tǒng)相關信息傳輸?shù)絇LC的輸入/輸出模塊中以便進行后續(xù)處理。

2.2 主要通風機的運行數(shù)據(jù)情況的檢測

①溫度信號監(jiān)測：電機定子溫度以及三相繞組溫度是由裝在電動機內(nèi)部的PT100測溫電阻測量轉(zhuǎn)換后得到的，風道內(nèi)空氣流的溫度則是由集成一體化的智能溫度變送器檢測得出，輸出的都是4～20mA電流信號，把電信號經(jīng)過具有屏蔽功能的信號傳輸電纜傳遞送達到多回路溫度巡檢儀上，通信輸出：RS485，可以通過此串口與S7-300的CP340連接;②風機開機/停機信號的檢測：風機開停傳感裝置主要應用于監(jiān)測本系統(tǒng)內(nèi)各種機電設備的開機/停機狀態(tài)，并把采集到的設備開機/停機信號變換成符合系統(tǒng)標準的信號傳給可編程控制器（PLC）;③風量的檢測：采用的是普通型渦街流量計，風速變送器進行檢測;④主要通風機振動參數(shù)的檢測：采用新型振動傳感變送器，將傳統(tǒng)的振動感應傳感器與精密測量電子電路融合在一起，實現(xiàn)了更高精確度的振動數(shù)據(jù)量測量，可與PLC等控制系統(tǒng)直接連接在一起使用;⑤壓力的檢測：主通風機風峒中靜壓、全壓數(shù)據(jù)量的獲取和傳輸。靜壓和全壓兩者的測量原理和數(shù)據(jù)量獲取技術基本一致，都是通過鉆孔取壓，監(jiān)測點選擇在主通風機側(cè)壁正中間，通過把得到的壓力數(shù)據(jù)信號通過新型變送器轉(zhuǎn)換成電的信號。HB1151DP2 Ⅲ N0Zd1電容式差壓/絕壓變送器，輸出5～20mA的標準電流信號;額定壓力4MPa;基準量程是0～0.125至0～1.5kPa;⑥電氣參數(shù)的檢測：是指風機電動機額定負載下的電流、空載時的電流、勵磁電流、電壓數(shù)值、功率值以及功率因數(shù)。由于主通風機房高壓配電開關柜采用南瑞的綜合保護裝置，能夠完成相關電氣數(shù)據(jù)的收集以及系統(tǒng)電路的保護，并可以通過CP360和南瑞綜合保護器的通訊拾取到;⑦系統(tǒng)抗干擾措施：所用變送器為電流輸出，傳遞數(shù)據(jù)使用的是雙絞線雙層屏蔽線纜，可以大幅度地減小電磁耦合效應的干擾。由于選用了隔離穩(wěn)壓變壓器，以及超高精度的穩(wěn)壓電源，大大改善了電源的相關特性。另外還選用了變送器專用電源，進一步增加了系統(tǒng)長期運行的可靠性、穩(wěn)定性;⑧系統(tǒng)的通訊：通過光纖與主通風機房集控室、企業(yè)調(diào)度指揮中心的工控機進行聯(lián)網(wǎng)，從而達成對主要通風機的遠距離監(jiān)測和控制。

3 主通風機監(jiān)控系統(tǒng)輸入和輸出的統(tǒng)計配置

3.1 數(shù)字/模擬輸入點統(tǒng)計及模塊的選擇

數(shù)字量輸入模塊用來聯(lián)通外部機械觸點以及各類傳感器，比如光電開關等，將來自主通風機上系統(tǒng)以外的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為可編程控制器（PLC）系統(tǒng)以內(nèi)的電信號，并且還具有濾波的功能，以避免系統(tǒng)以外的觸點抖動或干擾脈沖引發(fā)的錯誤信號對系統(tǒng)的干擾。通過數(shù)字量/模擬量輸入數(shù)量的統(tǒng)計，可以知道本系統(tǒng)一共有47個數(shù)字量輸入和50個模擬量輸入，因此選擇兩塊擁有32個輸入點的數(shù)字輸入模塊6ES7321-18L00-OAAO，各類模擬量經(jīng)過處理器可以直接與可編程控制器（PLC）相聯(lián)通，一共兩塊CP340與溫度巡檢儀相連，其余則通過模擬輸入模塊與之相連，因此我選擇4塊8通道的6ES7331-7KF02-OABO模塊。

3.2 模擬量或數(shù)字量輸出點的統(tǒng)計及選擇

輸出模塊用來驅(qū)動接觸器、信號燈、電磁閥組、電動機起動器等相關負載，它將內(nèi)部的電信號轉(zhuǎn)化成控制過程中所需要的外部電信號，又擁有功率放大、隔離信號干擾等作用。通過數(shù)字量/模擬量輸出數(shù)量的統(tǒng)計，可知在本系統(tǒng)中共有38個數(shù)字輸出點，考慮冗余，需配置兩個數(shù)字輸出模塊，分別是32輸出點的6ES7322-1FL00-OAAO以及16輸出點的6ES7322-1FH00-OAAO模塊。

4 結(jié)束語

在王家?guī)X煤業(yè)，主通風機監(jiān)控系統(tǒng)的投入運行，大大降低了主通風機司機的勞動強度，提高了主通風機及其附屬設備設施的自動化水平和安全效率，在主通風機突發(fā)停機事故的情況下，風機的切換時間從之前的8-10min降低至3-5min，崗位人員配置從之前的每班兩人減少至每班一人。風機的反風操作等傳統(tǒng)方式下比較復雜的操作流程，在新的監(jiān)控系統(tǒng)下也實現(xiàn)了智能化一鍵操作。

參考文獻：

[1]吳士東.主扇風機無人值守自動化監(jiān)控系統(tǒng)設計[D].青島：山東科技大學，2006.