孫成爾

（西山煤電集團有限責任公司西山救護大隊，山西 太原 030200）

1 通風系統(tǒng)現(xiàn)狀

西山煤電目前采用兩翼對角式通風方式，機械抽出式通風方法，在回風井處安裝兩臺防爆對旋式軸流風機，由YBF 型電機驅(qū)動，通過改變風機的葉片角度來調(diào)整風量，以滿足各種通風需要。對回采工作面的通風布置呈U 型，對掘進工作面的通風采用獨立的局部通風，變電所、消防、水倉、水泵房等利用全負壓進行通風[1-2]。井下通風系統(tǒng)目前通過人工來操作，會使風量出現(xiàn)分配不均勻情況，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而且不具備遠程實時調(diào)控風量功能，在出現(xiàn)緊急情況時不能及時采取措施。因而對通風安全監(jiān)測系統(tǒng)進行優(yōu)化，對各個用風地點的風量進行按需分配，實現(xiàn)系統(tǒng)的智能化，根據(jù)現(xiàn)場動態(tài)監(jiān)測的實際情況，合理及時進行調(diào)整。

2 通風監(jiān)測系統(tǒng)運行參數(shù)

2.1 振動參數(shù)信號監(jiān)測

通風機中由于轉(zhuǎn)子的運動會出現(xiàn)一些振動問題，間接地反應到軸承座上，振動會引發(fā)設備發(fā)熱，進而出現(xiàn)磨損，降低使用壽命。由于無法直接監(jiān)測出軸承的運行狀況，可通過軸承和軸承座的內(nèi)在聯(lián)系，監(jiān)測軸承座的振動情況來判斷軸承的狀態(tài)。在通風機的前后軸承上分別安裝兩個傳感器來監(jiān)測軸承座的振動，得到振動參數(shù)。

2.2 溫度參數(shù)信號監(jiān)測

由于風機磨損等內(nèi)部故障通常會導致通風機電機軸的溫度過高，風機葉片在電機軸的運轉(zhuǎn)下長時間工作，使軸的溫度不斷升高，在超過電機軸所能承受的最高溫度時，便會燒壞電機。通風機的溫度過高時，其內(nèi)部的一些零部件基本已經(jīng)磨損，影響作業(yè)的安全性，根據(jù)溫度傳感器的特性及其應用對應選擇傳感器。由于鉑的測量精度高，性能穩(wěn)定，選擇PT100 鉑熱電阻監(jiān)測電機軸的溫度，在電機軸溫度超過設定的閾值時，使電機停止運行并報警，以防電機被燒壞。

2.3 風量參數(shù)信號監(jiān)測

通風監(jiān)測系統(tǒng)中對風量參數(shù)的監(jiān)測也是十分必要的。在風流動過程中，由于流場的不均勻性，在同一測量截面處要對多個點進行測量，工作量較大，而且精確度不高，在外界氣候影響下，流場容易受干擾，影響測量的精度，很難保證流場的均勻性。因此，采用分體式組合動壓管，測量通風機的流量和壓力，保證井下作業(yè)的安全可靠，防止出現(xiàn)安全事故。

2.4 壓力參數(shù)信號監(jiān)測

在通風機工作過程中，要實時監(jiān)測通風道中的靜壓力和全壓力，采用鉆孔取壓，在通風機的入口處安裝壓力傳感器，實時進行監(jiān)測，將監(jiān)測的各類壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號。

2.5 風機啟停信號監(jiān)測

對通風機啟停信號進行監(jiān)測主要是對井下各類交流驅(qū)動機電設備狀態(tài)進行監(jiān)測，將監(jiān)測的信號傳輸給PLC，通過感應來測試電纜周圍有沒有磁場，進而確定電纜中有沒有電流流過，以檢測設備的工作狀態(tài)。

3 通風監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計

3.1 硬件設計

根據(jù)實際工作要求，對通風監(jiān)測系統(tǒng)進行優(yōu)化設計。通風監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設計主要包括上位機監(jiān)測管理層、網(wǎng)絡通信層、現(xiàn)場監(jiān)測層三部分，總體結(jié)構(gòu)如圖1。將傳感器安裝在需要的位置，通過現(xiàn)場監(jiān)測層監(jiān)測通風機以及通風量等參數(shù)，并將參數(shù)傳輸給PLC 主控制器，控制器對參數(shù)信息進行數(shù)據(jù)處理，然后按照預先設定的邏輯運算得到最佳通風方案，在網(wǎng)絡通信層作用下傳輸給上位機監(jiān)測管理層，便于工作人員及時監(jiān)測井下的通風情況[3]。由于井下工作環(huán)境的復雜性，為了減少干擾，增強通信，提高傳輸效率，采用RS458 通信模塊進行差分傳輸。上位機監(jiān)測管理層就是通過工業(yè)控制計算機，將井下傳輸?shù)男畔崟r顯示出來，便于監(jiān)測和控制。

3.2 軟件設計

通風監(jiān)測系統(tǒng)的軟件采用S7-300 進行編程[4]，整個監(jiān)測系統(tǒng)軟件由多個子模塊組成，采用模塊化編程是為了后續(xù)調(diào)用簡便和擴展功能，軟件設計的主程序流程圖如圖2。首先對每個單元進行初始化處理，待數(shù)據(jù)信息采集子程序傳輸?shù)讲杉盘柡箝_始，在通風機運行時，不斷監(jiān)測通風系統(tǒng)的狀態(tài)，并將傳感器監(jiān)測的數(shù)據(jù)傳輸給PLC，對通風量進行邏輯運算，并給出最佳通風量控制信號，調(diào)用控制方式子程序，控制相關機電設備的動作，調(diào)用風機運行監(jiān)測子程序，監(jiān)測通風機和通風量的運行狀態(tài)，判別控制方式以及通風量是否在要求范圍內(nèi)，調(diào)用故障預警子程序。根據(jù)實時監(jiān)測出的結(jié)果，與PLC控制器的閾值進行比較，得到預警報警信號，判斷各類機電設備能否正常工作，及時反饋給井下操作人員和地面監(jiān)測人員，便于維修，提高了設備的工作效率。

圖1 系統(tǒng)硬件設計圖

圖2 主程序流程圖

4 實際應用

將優(yōu)化后的通風監(jiān)測系統(tǒng)在西山煤電進行應用，采用兩臺防爆抽出式對旋軸流通風機，每個通風機用兩臺電機帶兩個風葉工作，一備一用，正常情況下，一個月倒換一次。通風監(jiān)測系統(tǒng)的主畫面如圖3，主要對通風機運行過程中的風壓、風速、流量、功率以及電機等參數(shù)進行監(jiān)測。通過實時曲線直觀地監(jiān)測同一時間每個監(jiān)測量的對應關系，以及短時間內(nèi)監(jiān)測量的變化情況，及時掌握通風機當前的運行狀況；通過歷史數(shù)據(jù)查看過去一段時間內(nèi)，各監(jiān)測量的變化趨勢；通過統(tǒng)計報表將任意一段時間內(nèi)，各運行參數(shù)的變化情況以報表的形式顯示出來，便于查看和儲存；通過告警信息快速查找出系統(tǒng)的故障，便于維修和解除故障，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

通風監(jiān)測系統(tǒng)自運行以來，通風效率明顯提高，總配風量從3000 m3/min 增加至3350 m3/min，采煤工作面風速由1.3 m/s 增加至 2.1 m/s，掘進工作面風速由0.7 m/s 增加至1 m/s，且隨著風速的增加，工作面的環(huán)境溫度從26 ℃降到23 ℃，工作環(huán)境得到很大改善。

圖3 監(jiān)測系統(tǒng)主畫面

5 結(jié)論

（1）構(gòu)建現(xiàn)場監(jiān)測層、網(wǎng)絡通信層、上位機監(jiān)測管理層三層網(wǎng)絡，以PLC 主控制器為核心，對數(shù)據(jù)進行處理和運算，實現(xiàn)最優(yōu)通風調(diào)節(jié)。

（2）使用模塊化編程，便于對子程序的調(diào)用，運行監(jiān)測和故障報警子程序，提升井下作業(yè)的安全性。

（3）通風監(jiān)測系統(tǒng)自運行以來，穩(wěn)定性較高，通風效率明顯提高，總配風量從3000 m3/min 增加至3350 m3/min，采煤工作面風速由1.3 m/s增加至 2.1 m/s，掘進工作面風速由0.7 m/s 增加至1 m/s，應用效果顯著。