吳已成，王先敏，江梓懷

（江西銅業(yè)股份有限公司 武山銅礦，江西 瑞昌 332204）

1 引言

武山銅礦是一座井采銅礦山，井下含有各種粉塵及有害氣體，當(dāng)這些氣體達(dá)到一定濃度時(shí)，對(duì)人體產(chǎn)生危害。為保障井下安全生產(chǎn)，利用24 h運(yùn)轉(zhuǎn)的通風(fēng)機(jī)［1-3］，將粉塵及有害氣體排出，保證井下的空氣質(zhì)量。

若井下通風(fēng)機(jī)因故障而停止運(yùn)行，在地表既無(wú)報(bào)警裝置，也無(wú)監(jiān)控系統(tǒng)，極易延誤通風(fēng)機(jī)的重新啟動(dòng)，從而存在安全隱患。本設(shè)計(jì)研制一種基于PLC控制的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制裝置，可監(jiān)測(cè)與控制［4-7］井下通風(fēng)機(jī)，具有良好的穩(wěn)定性。

2 監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)的理論及模擬分析

2.1 系統(tǒng)報(bào)警流程

井下通風(fēng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，報(bào)警信息傳遞至地表越快，工作人員修復(fù)越及時(shí)，圖1為系統(tǒng)報(bào)警流程圖。監(jiān)測(cè)裝置捕獲通風(fēng)機(jī)狀態(tài)，判斷出故障后通過監(jiān)測(cè)裝置發(fā)送報(bào)警信號(hào)至地表調(diào)度室，提醒工作人員風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障。

圖1 系統(tǒng)報(bào)警流程圖

2.2 模擬報(bào)警時(shí)間

如表1所示，模擬井下風(fēng)機(jī)故障，報(bào)警傳遞至地表所需時(shí)間大約為10 s。

表1 報(bào)警環(huán)節(jié)模擬分析表 s

3 監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

3.1 功能單元設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)與控制裝置應(yīng)具備如下功能：

（1）風(fēng)機(jī)的狀態(tài)（溫度、電壓、電流）能實(shí)時(shí)反饋至地表；

（2）在地表對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制（正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、運(yùn)行、停止）；

（3）故障時(shí)可停機(jī)報(bào)警；

（4）能儲(chǔ)存歷史記錄數(shù)據(jù)。

若要實(shí)現(xiàn)上述功能，需要圖2的單元設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)需要智能處理單元、數(shù)據(jù)顯示單元、保護(hù)單元、電鈴報(bào)警單元和光纖傳輸單元。

圖2 設(shè)計(jì)方案樹圖

3.2 控制柜設(shè)計(jì)

控制柜共有兩個(gè)，一個(gè)放置井下，另一個(gè)放置地表調(diào)度室，控制柜的設(shè)計(jì)如圖3、圖4。

圖3 井下控制柜設(shè)計(jì)圖

圖4 地表控制柜設(shè)計(jì)圖

3.3 工作原理

（1）開關(guān)電源給光纖通信中繼器及PLC控制器供電。

（2）220V繼電器連接端子排，將井下通風(fēng)機(jī)啟動(dòng)、運(yùn)行、故障、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止等狀態(tài)反饋給光纖通信中繼器及PLC控制器。

（3）井下溫度巡檢儀傳輸?shù)哪M信號(hào)通過信號(hào)隔離器將電機(jī)溫度分成兩個(gè)信號(hào)，傳輸給光纖通信中繼器及PLC控制器。

（4）24V繼電器連接端子排1，將光纖通信中繼器及PLC控制器的啟動(dòng)、運(yùn)行、故障、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止等控制指令傳遞給井下通風(fēng)機(jī)。

（5）電壓變送器連接端子排將井下通風(fēng)機(jī)380V電壓轉(zhuǎn)變成4～20mA的模擬信號(hào)，傳輸給光纖通信中繼器及所述PLC控制器。

（6）電流變送器串接現(xiàn)場(chǎng)電流互感器二次回路，將回路的0～5A電流變成4～20mA模擬信號(hào)，傳輸給光纖通信中繼器及所述PLC控制器。

4 實(shí)施過程

4.1 搭建以PLC為核心的智能處理系統(tǒng)平臺(tái)

利用博圖軟件對(duì)PLC核心運(yùn)行參數(shù)設(shè)置；運(yùn)行主頻最佳值為100MHz，每個(gè)端口利用萬(wàn)用表進(jìn)行邏輯判斷功能測(cè)試；如表2所示，智能處理系統(tǒng)平臺(tái)組裝合格，引腳接口導(dǎo)通正常、功能準(zhǔn)確。

表2 PLC測(cè)試情況表

4.2 組裝無(wú)紙記錄儀

將無(wú)紙記錄儀連接控制器，并進(jìn)行通電測(cè)試。如表3所示，實(shí)測(cè)值與參考值相近，數(shù)據(jù)顯示準(zhǔn)確。

表3 無(wú)紙記錄儀測(cè)試情況表

4.3 編寫并錄入保護(hù)程序

針對(duì)通風(fēng)機(jī)的溫度（＞75℃）、電壓（＜250V）、電流（＞300A），編寫上下限保護(hù)程序并進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表4。根據(jù)表4所示，當(dāng)電機(jī)軸承溫度超過75°、繞組溫度超過110°、電壓值低于250V、電流值大于300A時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警停機(jī)。

表4 保護(hù)動(dòng)作測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

4.4 控制柜接線安裝及調(diào)試

運(yùn)送控制柜至-160m接線安裝，在地表監(jiān)測(cè)通風(fēng)機(jī)的啟停，如表5、表6所示地表數(shù)據(jù)顯示正常，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

表5 風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)模擬量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

表6 風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)數(shù)字量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

監(jiān)測(cè)裝置于2020年11月15日研制成功，11月17日開始試運(yùn)行。圖5為控制柜實(shí)物圖，圖6為報(bào)警畫面，遇到低電壓和過電流會(huì)自動(dòng)報(bào)警停機(jī)。

圖5 控制柜實(shí)物圖

圖6 報(bào)警列表圖

從2020年12月至2021年2月的三個(gè)月時(shí)間內(nèi)，共有發(fā)出5個(gè)報(bào)警信息，從井下通風(fēng)機(jī)到地表調(diào)度室所花費(fèi)的時(shí)間（以下簡(jiǎn)稱獲知時(shí)間）統(tǒng)計(jì)表見表7。

表7 井下通風(fēng)機(jī)故障獲知時(shí)間統(tǒng)計(jì)表

6 結(jié)語(yǔ)

本次課題成功研制監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)了井下通風(fēng)機(jī)24h的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能夠及時(shí)有效獲知風(fēng)機(jī)故障。從人員定時(shí)看管到機(jī)器的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在一定程度上改變了企業(yè)設(shè)備的管理模式，提高了工作效率。

本裝置能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的狀態(tài)，完成遠(yuǎn)程報(bào)警，具有很強(qiáng)的推廣價(jià)值?？蓪⒃摷夹g(shù)應(yīng)用于其他重要設(shè)備的監(jiān)測(cè)，全面提升各項(xiàng)設(shè)備管理水平，有效預(yù)防與緩解井下危險(xiǎn)事故的發(fā)生。