張 偉,常軒銘,常奇惠

(1.潞安環(huán)能股份有限公司 王莊煤礦,山西 長治 046031;2.中國礦業(yè)大學(xué) 資源與地球科學(xué)學(xué)院,江蘇 徐州 221000;3.山西潞安安太機(jī)械有限責(zé)任公司 采掘所,山西 長治 046000)

煤礦生產(chǎn)過程中,通風(fēng)系統(tǒng)必不可少?！睹旱V安全規(guī)程》規(guī)定,煤礦主通風(fēng)機(jī)在發(fā)生故障不能正常運(yùn)行時,必須在10 min內(nèi)啟動備用風(fēng)機(jī)投入正常運(yùn)行,完成風(fēng)機(jī)切換工作,否則將以重大事故論處。通風(fēng)系統(tǒng)關(guān)系到井下工人和設(shè)備的安全,局部通風(fēng)是礦井通風(fēng)系統(tǒng)不可缺少的組成部分,局部通風(fēng)機(jī)是煤礦局部通風(fēng)的關(guān)鍵設(shè)備,通過礦用隔爆式通風(fēng)機(jī)將巷道的新鮮風(fēng)流送到掘進(jìn)工作面,降低有害氣體的體積分?jǐn)?shù)和煤塵質(zhì)量濃度,保證作業(yè)人員能呼吸到新鮮空氣,確保掘進(jìn)工作面的正常作業(yè)?，F(xiàn)階段,局部通風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了故障自動切換風(fēng)機(jī)、風(fēng)電閉鎖和瓦斯電閉鎖功能。但是,對井下多個掘進(jìn)工作面的局部通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、供電設(shè)備和控制設(shè)備的運(yùn)行狀況、設(shè)備的環(huán)境狀況等還不能全面監(jiān)控、集中監(jiān)控和遠(yuǎn)程監(jiān)控。論文對如何實(shí)現(xiàn)集中智能化控制進(jìn)行了探討。

1 智能監(jiān)控的研究思路

為每個盤區(qū)的掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)配置1套監(jiān)控裝置,包括隔爆型數(shù)據(jù)監(jiān)控箱、視頻監(jiān)控?cái)z像儀、聲光語音報(bào)警等設(shè)備,完成對局部通風(fēng)機(jī)工作狀態(tài),瓦斯體積分?jǐn)?shù)和風(fēng)速、設(shè)備、巷道環(huán)境狀態(tài)視頻信息的采集。數(shù)據(jù)信息和視頻信息通過交換機(jī)與井下集中監(jiān)控中心對接,實(shí)現(xiàn)信息上傳與組網(wǎng)。在井下建立1個集中監(jiān)控中心,配置隔爆兼本安型交換機(jī)、隔爆型計(jì)算機(jī),接入工業(yè)環(huán)網(wǎng)接收各掘進(jìn)工作面采集的數(shù)據(jù)信息、視頻信息、環(huán)境狀態(tài)信息,經(jīng)過分析、處理、記錄、存儲后發(fā)出相應(yīng)的指令,并在信息出現(xiàn)異常時發(fā)出聲光警報(bào)。數(shù)據(jù)信息和視頻信息通過交換機(jī)和工業(yè)環(huán)網(wǎng)連接,傳輸?shù)降孛嬲{(diào)度中心。地面調(diào)度中心配置上位工控機(jī)、網(wǎng)組態(tài)軟件、大屏幕顯示屏,井下集中監(jiān)控中心上傳的信息經(jīng)過分析處理后,通過大屏顯示系統(tǒng)完整地顯示掘進(jìn)工作面的各類參數(shù),實(shí)時掌握各掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)、供電系統(tǒng)控制設(shè)備的工作狀態(tài)和運(yùn)行情況,為統(tǒng)一調(diào)度和遠(yuǎn)程指揮提供第一手資料,根據(jù)信息的狀況做出相應(yīng)的判斷,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能控制。局部通風(fēng)機(jī)集中智能監(jiān)控裝置示意如圖1所示。

圖1 局部通風(fēng)機(jī)集中智能監(jiān)控裝置示意

1.1 盤區(qū)掘進(jìn)工作面的監(jiān)控裝置

1) 1臺ZPS127-K隔爆型數(shù)據(jù)監(jiān)控箱額定電源電壓為AC127 V,工作電流為AC500 mA.主要指標(biāo):①開關(guān)量輸入信號:48路;模擬量輸入信號:8路。②開關(guān)量輸出信號:32路;數(shù)據(jù)通信信號:1路;以太網(wǎng)。③配置8串口服務(wù)器,實(shí)現(xiàn)RS485、MODBUS串口通信;配置以太網(wǎng)交換機(jī)。TCP/IP路數(shù):8路。④PLC可編程控制器。

數(shù)據(jù)監(jiān)控箱:通過ICP/IP協(xié)議內(nèi)部交換機(jī)接口采集盤區(qū)掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)的供電移動變電站、控制組合開關(guān)、巷道環(huán)境狀態(tài)的兩路視頻信息;數(shù)據(jù)監(jiān)控箱配置的8路串口服務(wù)器通過RS485串口通信采集移動變電站高壓側(cè)和低壓側(cè)的電壓、電流狀態(tài)和溫度等數(shù)據(jù)信息;數(shù)據(jù)監(jiān)控箱通過MODBUS協(xié)議采集局部通風(fēng)機(jī)控制組合開關(guān)的運(yùn)行參數(shù)和工作狀態(tài)信息,并通過PLC可編程控制器輸出點(diǎn),實(shí)現(xiàn)對組合開關(guān)的啟、?？刂啤?shù)據(jù)監(jiān)控箱通過模擬量輸入接口,采集掘進(jìn)巷道內(nèi)瓦斯體積分?jǐn)?shù)和風(fēng)速信息(由瓦斯、風(fēng)速傳感器獲取);數(shù)據(jù)監(jiān)控箱通過內(nèi)部交換機(jī)與井下集中監(jiān)控中心的隔爆兼本安型交換機(jī)對接,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的上傳和組網(wǎng)。

2) 兩臺KBA-127礦用防爆型攝像儀,額定電源電壓為AC127 V,工作電流≤AC500 mA.主要技術(shù)指標(biāo):①最低照度:0.011LX,分辨率:130萬像素,灰度等級≥7級;②接口類型:RJ-45;③傳輸速率:10/100 Mbps;最大傳輸距離:100 m;④本安參數(shù)、網(wǎng)口:Uo:5 V,Io:10 mA,Co:1 UF,Lo:1 mH.

兩臺礦用防爆攝像儀實(shí)時采集掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)供電移動變電站信息,控制組合開關(guān)的環(huán)境狀態(tài),掘進(jìn)巷道的環(huán)境狀態(tài),通過隔爆計(jì)算機(jī)對錄像畫面實(shí)時調(diào)閱,實(shí)現(xiàn)對盤區(qū)狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控。采集的視頻信息通過盤區(qū)數(shù)據(jù)監(jiān)控箱內(nèi)部交換機(jī)傳輸?shù)骄录斜O(jiān)控中心的交換機(jī)。

3) 瓦斯、風(fēng)速監(jiān)測傳感器的臺數(shù)根據(jù)實(shí)際情況而定。瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測傳感器實(shí)時監(jiān)測掘進(jìn)巷道、局扇風(fēng)機(jī)周邊的瓦斯體積分?jǐn)?shù)狀況;風(fēng)速傳感器實(shí)時監(jiān)測掘進(jìn)工作面的風(fēng)流速度。實(shí)測的瓦斯體積分?jǐn)?shù)和風(fēng)速信息傳輸?shù)奖P區(qū)數(shù)據(jù)監(jiān)控箱,通過內(nèi)部交換機(jī)傳輸?shù)骄录斜O(jiān)控中心。

4) 礦用防爆語言聲光報(bào)警裝置,供電電壓為AC127 V,最大工作電流≤90 mA;語音信號:可編輯;控制信號:無源常開接供電設(shè)備,控制設(shè)備出現(xiàn)故障,當(dāng)掘進(jìn)巷道瓦斯體積分?jǐn)?shù)超限或風(fēng)速異常時,通過聲光報(bào)警裝置警示。

1.2 井下集中監(jiān)控中心裝置

每個盤區(qū)掘進(jìn)工作面的局部通風(fēng)機(jī)供電設(shè)備,控制組合開關(guān),掘進(jìn)巷道瓦斯、風(fēng)速的數(shù)據(jù)狀態(tài)信息,視頻信息,經(jīng)過盤區(qū)數(shù)據(jù)監(jiān)控箱,通過以太網(wǎng)傳輸?shù)郊斜O(jiān)控中心。

1) 1臺IKJD127礦用隔爆兼本安型計(jì)算機(jī),工作電壓為AC85～265 V,工作電流≤1 A.①主機(jī)配置:操作系統(tǒng)XP WINT LINUX;CPU INTEL CORE IT 1.6 GHz;內(nèi)存4 GB;硬盤128 G固態(tài)硬盤。②接口功能:RS485 2路;以太網(wǎng)口:2路;USB接口:4路;CAN總線接口:1路;音頻信號:1路。

計(jì)算機(jī)完成的功能:①各盤區(qū)掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)組態(tài)畫面的建立。通過組態(tài)畫面,實(shí)時查閱各臺局部通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài),移動變電站高、低壓側(cè)的參數(shù),控制組合開關(guān)的參數(shù),通過該軟件系統(tǒng)下達(dá)局部通風(fēng)機(jī)的啟、停指令和倒風(fēng)機(jī)指令。②實(shí)時調(diào)閱各盤區(qū)掘進(jìn)巷道的瓦斯體積分?jǐn)?shù)和風(fēng)速信息的集成。③數(shù)據(jù)存儲與視頻存儲,數(shù)據(jù)的記錄和分析處理;記錄基礎(chǔ)信息、操作信息、合閘次數(shù)和故障信息,并能根據(jù)這些信息提示設(shè)備狀態(tài)和提前預(yù)警。④組態(tài)畫面集成報(bào)警信息,在設(shè)備出現(xiàn)故障時或環(huán)境狀態(tài)異常時,計(jì)算機(jī)界面彈出報(bào)警信息,并通過聲光報(bào)警裝置進(jìn)行警報(bào)。

2) 1臺礦用隔爆兼本安型交換機(jī)。交換機(jī)與每個掘進(jìn)工作面的數(shù)據(jù)監(jiān)控箱內(nèi)部交換機(jī)通過以太網(wǎng)對接,接收每個掘進(jìn)工作面設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、掘進(jìn)巷道環(huán)境狀態(tài)、視頻信息,通過工業(yè)環(huán)網(wǎng)將分析處理的數(shù)據(jù)、視頻信息、狀態(tài)信息上傳到地面調(diào)度中心。

1.3 地面調(diào)度中心裝置

配置上位工控機(jī)與組態(tài)軟件,實(shí)現(xiàn)與井下集中監(jiān)控中心的隔爆計(jì)算機(jī)的所有功能。配置大屏幕顯示系統(tǒng),完整地顯示各盤區(qū)掘進(jìn)工作面的數(shù)據(jù)、視頻、狀態(tài)、參數(shù)等信息,并可以在授權(quán)狀態(tài)下遠(yuǎn)程集控風(fēng)機(jī)啟、停,倒換風(fēng)機(jī)。正常狀態(tài)下,局扇系統(tǒng)自動運(yùn)行,只監(jiān)不控;當(dāng)發(fā)生異常情況時,實(shí)現(xiàn)對局部通風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)程操控。

2 局扇集中智能化監(jiān)控工作流程

每個盤區(qū)配置的隔爆型數(shù)據(jù)監(jiān)控箱采集的掘進(jìn)工作面移動變電站高、低壓側(cè)的電壓,電流和溫度數(shù)據(jù),攝像儀拍攝的掘進(jìn)巷道設(shè)備的環(huán)境狀態(tài)視頻信息,瓦斯體積分?jǐn)?shù)和風(fēng)速信息,通過以太網(wǎng)上傳到井下集中監(jiān)控中心,通過配置的隔爆計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)、視頻等信息進(jìn)行分析處理、記錄存儲,并由交換機(jī)通過工業(yè)環(huán)網(wǎng)上傳到地面調(diào)度中心。

在局部通風(fēng)機(jī)供電設(shè)備、控制設(shè)備、環(huán)境狀態(tài)均正常時,智能監(jiān)控系統(tǒng)只監(jiān)不控。

在數(shù)據(jù)、視頻信息、狀態(tài)信息經(jīng)分析后出現(xiàn)異常時,井下集中監(jiān)控中心的隔爆型計(jì)算機(jī)和地面調(diào)度中心的上位工控機(jī)、組態(tài)軟件,通過計(jì)算分析準(zhǔn)確判斷是哪個盤區(qū)的哪臺設(shè)備,或哪條掘進(jìn)巷道環(huán)境狀態(tài)有異常情況,井下集中監(jiān)控中心的隔爆計(jì)算機(jī)組態(tài)畫面集成報(bào)警信息,通過以太網(wǎng)將報(bào)警信號傳輸?shù)綀?bào)警裝置,井下集中監(jiān)控中心和有故障的盤區(qū)會同時發(fā)出聲光告警。

地面調(diào)度中心的上位工控機(jī)與組態(tài)軟件通過對數(shù)據(jù)、視頻、狀態(tài)等信息的分析處理,在異常情況時,發(fā)出相應(yīng)的故障設(shè)備停止運(yùn)行指令或倒換局部通風(fēng)機(jī)指令,通過工業(yè)環(huán)網(wǎng)傳輸?shù)骄录斜O(jiān)控中心的數(shù)據(jù)監(jiān)控箱,由內(nèi)置的PLC編程控制器執(zhí)行相應(yīng)的指令,進(jìn)行程序控制。指令執(zhí)行后,警報(bào)解除,故障設(shè)備由維護(hù)人員進(jìn)行處理。局扇智能化監(jiān)控工作流程見圖2.

圖2 局扇集中智能化監(jiān)控工作流程示意

3 結(jié) 語

煤礦井下局扇集中智能化監(jiān)控,在地面調(diào)度中心實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程啟、停,切換局部通風(fēng)機(jī),以及對局扇供電設(shè)備、控制組合開關(guān)、設(shè)備環(huán)境、掘進(jìn)巷道狀態(tài)的集中監(jiān)控。在數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息、視頻信息出現(xiàn)異常時,發(fā)出故障告警,同時對故障設(shè)備實(shí)施停機(jī)、倒換風(fēng)機(jī)等遠(yuǎn)程控制,實(shí)現(xiàn)局部通風(fēng)機(jī)無人值守,為局扇安全運(yùn)行提供了技術(shù)保障,為煤礦企業(yè)創(chuàng)造了一定的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益。