于鵬飛

（晉能控股煤業(yè)集團白洞礦業(yè)公司， 山西 大同 037031）

引言

礦用通風(fēng)機是煤礦重要通風(fēng)設(shè)備，主要為煤礦井下供給新鮮風(fēng)流，并及時排除井下有害氣體及粉塵，所以通風(fēng)機安全穩(wěn)定運行對煤礦安全高效生產(chǎn)起著重要作用。通風(fēng)機在運行過程中主要采用監(jiān)控系統(tǒng)對風(fēng)機運行參數(shù)、運行工況以及故障情況進行實時監(jiān)控，但是傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)多采用單參數(shù)預(yù)警，系統(tǒng)故障率高，風(fēng)機出現(xiàn)故障后無法及時預(yù)警，影響著礦井風(fēng)機穩(wěn)定性運行，因此，基于傳統(tǒng)局部通風(fēng)機單參數(shù)監(jiān)測存在的問題，設(shè)計了一套主通風(fēng)機智能化監(jiān)控系統(tǒng)并展開應(yīng)用分析。

1 風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)設(shè)計目的

通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)礦用通風(fēng)機主要故障表現(xiàn)在軸承故障、扇葉故障、轉(zhuǎn)子故障等，這些故障主要出現(xiàn)在風(fēng)機電機以及旋轉(zhuǎn)部位上，所以對該區(qū)域需重點進行監(jiān)控；所以智能化監(jiān)控系統(tǒng)必須能夠?qū)χ黠L(fēng)機實時監(jiān)控，一旦風(fēng)機出現(xiàn)故障后必須及時發(fā)出警報；同時監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)對風(fēng)機工況參數(shù)進行收集、儲存，便于監(jiān)控人員調(diào)閱查看[1-2]。

1.2 系統(tǒng)主結(jié)構(gòu)

優(yōu)化后的智能監(jiān)控系統(tǒng)主要由主機系統(tǒng)、PLC控制器、傳感器、智能電表、電機以及變頻器等部分組成；系統(tǒng)運行時通過傳感器對風(fēng)機運行狀況進行數(shù)據(jù)采集，采集后的數(shù)據(jù)通過I/O 轉(zhuǎn)換模塊進行數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的信號發(fā)送至PLC 控制器內(nèi)，然后通過智能電表和變頻器等經(jīng)TCP/IP 協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控系統(tǒng)的主機系統(tǒng)內(nèi)，并利用顯示器進行顯示，從而便于操作人員遠程對風(fēng)機運行情況、故障情況進行實時監(jiān)控[3]。

2 監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 傳感器

風(fēng)機智能化監(jiān)控系統(tǒng)中傳感器是整個系統(tǒng)重要組成，主要用于對風(fēng)機工況情況進行數(shù)據(jù)采集；傳感器主要包括風(fēng)量傳感器、風(fēng)壓傳感器、溫度傳感器、振動傳感器以及智能電表，分別用于風(fēng)量、風(fēng)壓、電機溫度、風(fēng)機震動情況以及電壓電流等進行采集[4]，各類傳感器主要安裝在風(fēng)機機身主要部位上，具體安裝位置如圖1 所示。

圖1 主通風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)各類傳感器安裝示意圖

2.2 PLC 控制器

PLC 控制器是整個系統(tǒng)的核心部件，控制器主要對各類傳感器上傳的數(shù)據(jù)進行整理、分析以及處理，并對監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出保護指令，實現(xiàn)保護動作；同時PLC 控制對上傳的數(shù)據(jù)整理后，通過以太網(wǎng)及TCP/IP 通信協(xié)議將各類數(shù)據(jù)上傳至遠程主機系統(tǒng)內(nèi)，便于操作人員調(diào)閱[5-6]。

2.3 變頻器

變頻器主要對風(fēng)機電機進行控制，變頻器利用變頻技術(shù)以及微電子技術(shù)對電機電源頻率進行控制，從而達到對風(fēng)機電機調(diào)速的目的；電機運行過程中變頻器通過AC/DC 和DC/AC 雙向轉(zhuǎn)換后，從而保證電機無極調(diào)速，電機頻率變化值由PLC 控制器進行控制，如圖2 所示。

圖2 智能監(jiān)控系統(tǒng)中變頻器接線示意圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 PLC 控制程序設(shè)計

監(jiān)控系統(tǒng)PLC 控制程序主要在STEP7-Micro/WIN SMART 環(huán)境中進行編寫，從而實現(xiàn)PLC 控制器能夠完成數(shù)據(jù)采集、處理以及處理后的數(shù)據(jù)能夠上傳至出控制繼電器、變頻器；PLC 控制器利用傳感器進行數(shù)據(jù)采集，通過移動字指令、雙整數(shù)轉(zhuǎn)為浮點數(shù)指令DIR 等；如風(fēng)量傳感器對風(fēng)量數(shù)據(jù)進行采集后傳送至PLC 內(nèi)并進行儲存，PLC 對數(shù)據(jù)處理后上傳至上位機并顯示風(fēng)機風(fēng)量數(shù)值；開關(guān)量狀態(tài)主要包括開和關(guān)，代表控制器件的通斷情況；模擬量輸出后通過變頻器精確計算后得出參數(shù)值[7-8]。

3.2 系統(tǒng)通信方式

智能監(jiān)控系統(tǒng)PLC 控制器采用網(wǎng)絡(luò)接口與組態(tài)網(wǎng)進行連接，系統(tǒng)配備了建立連接的專用OPC 專用軟件，以及專用文件主要包括PLC 變量文件、開關(guān)量以及對應(yīng)地址等；在通信過程中OPC 專用軟件中變量對應(yīng)類型必須與組態(tài)網(wǎng)變量一致，才能保證數(shù)據(jù)讀取以及輸出時不會出錯。

3.3 遠程界面顯示設(shè)計

監(jiān)控系統(tǒng)顯示界面不僅能夠直觀地顯示主通風(fēng)機運行狀況，便于監(jiān)控人員遠程對通風(fēng)機實時運行狀況進行監(jiān)控，同時監(jiān)控人員可根據(jù)井下傳輸?shù)谋O(jiān)控數(shù)據(jù)以及變化趨勢，及時對通風(fēng)機運行工況參數(shù)進行修改，從而實現(xiàn)風(fēng)機遠程監(jiān)控的目的；遠程界面顯示的內(nèi)容主要包括風(fēng)機運行情況、通風(fēng)量、風(fēng)壓、風(fēng)速以及進風(fēng)閘門開啟情況等；監(jiān)控人員可根據(jù)主界面中的按鈕完成監(jiān)控界面的切換，并對風(fēng)機運行各類報表進行打印。

4 結(jié)語

2020 年7 月白洞礦對井下主通風(fēng)機原監(jiān)控系統(tǒng)進行優(yōu)化改造，安裝了一套智能化遠程監(jiān)控系統(tǒng)通，通過6 個月實際應(yīng)用效果來看，該系統(tǒng)投入使用后運行穩(wěn)定，故障率低，數(shù)據(jù)傳輸及時且精準(zhǔn)度高；系統(tǒng)在運行過程中共計檢測到風(fēng)機故障4 次，其中風(fēng)閘門故障1 起、電機高溫停機2 起以及風(fēng)量不足故障1 起，未出現(xiàn)1 起因系統(tǒng)故障失靈、監(jiān)測失誤造成風(fēng)機故障停機現(xiàn)象；而且該系統(tǒng)投入應(yīng)用與傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)相比，系統(tǒng)維運人員由原來的4 人減少至2 人，降低了系統(tǒng)維護勞動作業(yè)強度，大大提高了主通風(fēng)機運行效率，保證了煤礦進行供風(fēng)穩(wěn)定性。