矿用主要通风机远程监控方案设计_王慧杰.pdf

矿用主要通风机远程监控方案设计王慧杰（山西省汾西矿业（集团）有限责任公司双柳煤矿，山西柳林033300）摘要：基于矿井主要通风机现场情况对远程监控系统方案进行设计，该监控方案通过多个传感器监测主要通风机运行参数并将参数传输给 PLC（S7-200），上位机对监测参数进行分析，对异常参数发出预警，提高主要通风机运行保证能力；同时布置视频监控系统实时掌握主要通风机运行画面。经实际应用结果表明，该远程监控系统运行平稳，可实现主要通风机运行监控。关键词：矿井；远程监控；主要通风机；传感器；安全监控中图分类号：TD724文献标识码：A文章编号：1003-773X（2023）06-0204-030引言通风可为井下作业人员提供新鲜空气、稀释井下瓦斯及粉尘浓度并改善井下环境质量，是煤炭得以安全开采的基础1-2。主要通风机则为通风系统提供动力，是实现矿井高效通风的设备保障3。为确保井下通风可靠性，煤矿地表主要通风机均基于冗余原则设计，在出风井井口布置 2 台主要通风机（一用一备），2台通风机均有独立的供电系统4-5。现阶段地面主要通风机监控系统均不同程度存在功能简单、自动化及智能化程度低等问题，一些关键参数仍需人工监测、分析及处理，使得监控系统时效性以及准确性等优势无法充分发挥，同时主要通风机运行过程中存在的问题无法及时发现，给主要通风机高效运行带来一定制约6-8。本文提出一种主要通风机远程监控系统，该系统在监控中心即可实现主要通风机远程监控，在一定程度上提升矿井主要通风机运行可靠性，并丰富监控系统功能。1主要通风机系统结构山西某矿采用中央并列式通风，在回风斜井有 2台轴流式通风机。2 台通风机型号、功率完全一致。根据矿井使用的主要通风机结构可细分为 5 个部分，具体包括主电机、电机加热器、润滑站以及冷却通风机等。回风斜井布置的主要通风机均配备电动机，电动机与通风机间使用传动结构连接实现动力传递；由于通风系统 24 h 不间断运行，在运行过程中会释放大量热量，为降低通风系统温度，需要布置冷却通风机；加热器为备用电机预热，确保备用电机可靠启动；通风系统中电机高速转动，需要进行润滑，润滑站则主要起到自动润滑作用；主要通风机与回风通道间均设置风门，风门需要单独控制并依据通风需要调节风门开合。2远程监控方案设计2.1监控系统结构根据矿井通风系统情况构建的主要通风机监控系统结构如图 1 所示，监控系统组成包括 S7-200 系列 PLC、监测传感器、工控机以及视频监控系统等。从控制功能层面可分为下位机部分、上位机部分。1）下位机部分。下位机部分中主要的组成单元为S7-200 系列 PLC。为便于设备安装以及后续维护工作开展，PLC 系统为模块化结构，现场布置的各类设备以及监测传感器等均受 PLC 系统控制。通过布置的风量、温度以及压力传感器等实现通风系统及主要通风机运行状态的实时监测。2）上位机部分。上位机部分主要功能是获取下位机部分监测参数，对监测参数进行实时分析并通过显示屏显示。在上位机系统设置安全阈值，当下位机获取到的某项参数超过设定阈值后，上位机系统即会发出声光报警信号，提醒人员注意并及时处理；同时上位机系统可对通风机运行进行远程控制。获取到的所有监测参数以及控制参数等均会存储，以便后续查询。2.2远程控制系统主要硬件选型2.2.1硬件系统结构硬件设备是实现远程监控系统可靠、平稳运行的收稿日期：2022-04-22作者简介：王慧杰（1990），男，山西左权人，毕业于重庆大学机械制造及其自动化专业，本科，现为工程师。总第 242 期2023 年第 6 期机械管理开发MechanicalManagementandDevelopmentTotal 242No.6，2023DOI:10.16525/14-1134/th.2023.06.082图 1主要通风机监控系统结构示意图GSM DTU显示器液晶显示屏打印机工控机网络接口视频监控系统通信卡矿调度室S7-200 型 PLC电源CPUDI1 号 AI2 号 AI3 号 AI4 号 AI5 号 AI通信模块模块模块模块模块 模块模块模块模块UPS各种主令操作按钮通风机电机开停风门绞车电机开停泵站开停启动柜1号通风机机组温度传感器2号通风机机组温度传感器机组振动传感器压力传感器风洞参数传感器电力综保单元光电转换机自动化系统设计2023 年第 6 期基础，具体远程监控系统硬件结构组成如图 2 所示。整个硬件可细分为视频监控和监测两个部分。监测部分组成包括下位机部分、上位机部分，下位机组成核心为 PLC 同时具备多个安全监测传感器，实现主要通风机运行参数实时监测、运行控制。上位机部分包括工控机，并用光纤网与下位机通信；上位机采集、存储及分析监测数据参数，并实现主要通风机运行远程控制。视频监控部分包括高清防爆摄像头，通过摄像头获取通风机房、风门等处实时画面，采集信息由光纤网络远程传输至监控中心，以便协助通风机远程控制。主要通风机运行参数出现异常时，远程监控系统可实现故障定位并引导相关人员快速赶往现场进行处置，降低故障影响及节约故障排除时间。2.2.2硬件选型1）主控制器选型。选择主控制器时，应首先确定智能巡检仪、传感器布置路数，并应有一定的余量，以便后续扩展远程监控系统。根据现场情况，选择的PLC 类型为 S7-200 系列，内置的 CPU 模块为 226型。该 PLC 控制器具备的内存、I/O 接口数量可满足现阶段远程监控以及后续功能扩展需求。2）监控传感器。传感器是通过内置敏感元件对主要通风机系统运行参数进行监测，具体原理是将非电量的信号转换为电量信号，通过对电量信号进行计算分析得到通风机运行状态信息，具体采用的传感器工作技术原理如图 3 所示。根据远程监控系统功能需要，采用的传感器类型以及型号见表 1。传感器监测参数会实时传输至 S7-200PLC，PLC 对传感器监测参数进行分析并判断是否在允许阈值内；同时传感器接收远程监控系统指令进行启动或者停止运行。为确保传感器运行安全性，使用的传感器均为隔爆型。3）摄像头选择。在远程监控系统设计中，根据经济性以及安全性选择 2 种类型高清摄像头。其中一类普 通 摄 像 头 不 具 备 防 爆 性，摄 像 头 型 号 为PTZ-4GOS1-DH200WS/D6-W-XG，该类摄像头主要布置在无防爆要求场所，具体包括配电室、机房操作台等位置；另外一类摄像头具备防爆功能，采用的摄像头型号为 KBA 型，安装在对防爆有要求的场所，如风门等位置。具体采用的高清摄像头如图 4 所示。2.3远程控制系统控制程序2.3.1运行主控制程序具体构建的控制程序如图 5 所示，系统启动后首先对运行参数进行初始化处理。上位机采集下位机参数（包括故障参数、电力参数、风机运行参数等），并将采集到的参数与设定阈值进行比对，当发现有异常参数时发出报警信号，确保主要通风机始终安全平稳运行。例如，当发现油位偏低时，则立即启动油泵供油。2.3.2风机切换程序当主要通风机运行出现故障时，短时间启动备用风机对确保通风系统平稳运行具有重要意义。具体设计的备用风机切换程序如下页图 6 所示，具体运行时首先对主通风机工作状态进行判定，若发现主通风机停止工作时则立即启动备用风机；同时为确保备用风机平稳运行，需要对风机电机定子绕组温度、油压以图 2远程监控系统硬件结构图 3传感器工作技术原理示意图类型 压力传感器 温度传感器 振动传感器 烟雾传感器 风量传感器型号 APG-LC100 GWP100（D）GB20GQQ0.1（D）KGF2表 1传感器类型及型号4-1普通摄像头4-2防爆摄像头图 4摄像头示意图图 5运行主控制程序流程监控主机交换机视频显示器光纤光纤光纤接收器光纤接收器24 接口交换机24 接口交换机数据采集与控制台监控主机监控摄像头监控摄像头监控摄像头温湿度烟雾传风量传传感器感器感器通信装置被测量电压/电流敏感元件转换元件测量电路数据处理显示输出辅助电源初始化读写数据否油位是否满足风门是否满足启动风机是否存在故障是否是是否启动油泵打开风门处理故障王慧杰：矿用主要通风机远程监控方案设计205机械管理开发第 38 卷及轴承温度等进行实时监测。3现场应用效果分析将提出的主要通风机远程监控系统应用到该矿主要通风机运行控制中，现场取得较为显著的应用成果。1）通过远程监控系统实现主要通风机远程监控，提高通风机运行安全保障能力，当通风机运行参数出现异常时，监控系统会自动发出预警并给出异常位置，可缩短故障排除时间。2）工作人员通过监控中心显示屏即可掌握主要通风机运行情况，通过远程方式自动启动备用风机，缩短备用风机启动时间。3）在远程监控系统中内置风速传感器，实现通风情况监测，当监测通风异常时系统会发出报警信号；同时布置传感器对通风机、开关柜运行参数进行监测。远程监控系统应用前需要安排专人对通风机值守，不仅增加人力成本而且通风机工作时产生的噪声会给值守人员身体健康带来一定影响；使用远程监控系统后，在监控中心即可实时掌握主要通风机运行参数，不需要安排值守人员，仅需要安排巡检人员定期巡检即可，可在一定程度上减少通风辅助人员数量。4结论在对矿井主要通风机运行情况分析基础上，提出一种主要通风机远程监控方案，具体取得如下主要成果：1）远程监控系统将 S7-200 系列 PLC 作为主控制器，通过各类监测传感器监测主要通风机运行参数；使用高清摄像头获取现场情况并将视频数据传输给监控中心，辅助完成远程控制。2）远程监控系统正常工作时，可实现主要通风机（包括主通风机及备用通风机）运行精准控制，确保通风机可靠性运行；对主要通风机运行期间存在隐患进行自动判定，发现异常时会在监控中心显示屏上显示并发出报警信息。3）所提的远程监控系统在矿井主要通风机运行控制中取得较好效果，不仅在一定程度上提升了通风系统可靠性，而且可减少通风辅助人员数量，减少人力资源投入。参考文献1张晋，赵旭东，黄瀚增.煤矿地面主要通风机远程监控系统研究J.河南科技，2021，40（29）：75-77.2陈帅.基于 Web 技术的金川公司三矿区通风管理系统研究D.安徽：安徽理工大学，2020.3申瑞杰，吴新忠，牛洪海，等.煤矿主要通风机远程无线监控系统设计J.工矿自动化，2017，43（11）：30-34.4高永胜.基于多智能体的无人化风机监控系统构想J.江西煤炭科技，2017（3）：124-126.5马小平，吴新忠，任子晖.基于移动互联的煤矿通风机远程监控技术J.工矿自动化，2016，42（3）：7-12.6杨昆，吴东旭.GPRS 在矿用主要通风机风量监测系统中的应用J.微计算机信息,2010,26（22）：17-18；94.7刘景勇，史丽萍.主要通风机在线监控系统在新桥煤矿的应用J.煤炭科技，2009（2）：35-36.8刘春富，商宝清，赵伟.KJF2000 煤矿主要通风机监控系统的设计及实现J.煤矿安全，2005（8）：36-37.（编辑：柴晓峰）图 6自动切换程序流程Remote Monitoring Solution Design for Main Ventilation Fans in MinesWang Huijie（Shuangliu Coal Mine,Shanxi Province Fenxi Mining(Group)Company Limited,Liulin Shanxi 033000）Abstract:The remote monitoring system is designed for the main ventilator of the mine.The monitoring system monitors the operatingparameters of the main ventilator through several sensors and transmits them to the PLC(S7-200).The video monitoring system is alsoarranged to grasp th