基于PLC控制的矿用通风机监控系统改进研究.pdf

FORUM 论 坛 工 艺 76 / 矿业装备 MINING EQUIPMENT 基于PLC控制的矿用通风机 监控系统改进研究 □ 张志江 太原市明仕达煤炭设计有限公司 随着国家科学技术的不断发展，通风机监 控系统的智能化监控水平也得到明显提升，这已 成为煤矿领域重点关注的问题。本文结合矿用通 风机监控系统的研究现状和使用过程中存在问题， 从硬件系统和软件系统方面，对通风机监控系统 进行了优化升级设计，并将其在山西阳泰集团竹 林山煤业进行了应用测试，优化后监控系统监控 功能和智能化程度均得到了较大程度的提升。 1 通风机监控系统研究现状分析 早期，国内的通风机监控系统主要采用空气 接触器控制方式，存在结构简单、功能单一、故 障率高、可靠性差等问题，极易因非正常停电而 导致井下的瓦斯浓度升高，严重影响着井下作业 安全和煤矿生产效率 ； 而国外的先进计算机控制 技术被广泛应用到通风机监控系统中，有效提高 了煤矿的生产效率和安全性，但此控制系统存在 价格高、供货周期长等问题，一致被国外厂家所 垄断，严重制约着国内煤矿自动化水平的进步。 随着技术的不断提升，国内学者也对通风机监控 系统开展了大量的研究。中国矿业大学的陈开岩 等人将通风机运行过程中的各类工况因素进行结 合评估，开发了一套实用性较强的通风机运行状 态评价软件。中南大学的吴丽春等人选用风压、 温度、风速、风机启停状态等为监控对象，建立 了一套综合性的通讯监控平台和监控软件，实现 了对通风机运行状态的实时检测系统。 综上分析，国内在矿用通风机监控系统领 域的研究相对较成熟，但针对井下复杂的工况环 境，不断提升通风机监控系统的监控性能，已成 为国内诸多学者和煤矿企业重点研究和考虑的问 题，这对提升监控系统智能化远程监控水平和井 下作业安全性具有重点作用。 2 监控系统使用中的主要问题 结合前文分析，虽目前国内对通风机监控 系统进行了大量的研究，但其在使用过程中仍 存在一定问题，主要问题为 （1）所建立的监 控系统仅对井下主要的通风量、通风压力等参 数进行监测采集，监测范围较窄，理论计算算 法较简单，偶尔会发生误报、延迟报警等现象， 不能较为精准、快速的对通风机运行状态进行 监测分析 ； （2）现有的通风机监控系统主要还 停留在通风量监控阶段，不能对通风机的运行 状况、设备故障等方面进行全面检测和智能处 理，自动化远程控制功能相对较弱 ； （3）现有 监控系统的数据传输时间较长，远程监控、故 障诊断能力较薄弱，无法实现自动化、实时性 的数据传输，影响了对通风机运行状态和井下 环境的监测 ； （4）由于监控系统为一套独立的 运行系统，主要安装在通风机机房，而未与煤 矿生产相关的系统建立密切的通讯，导致企业 不能全局对井下作业状态进行监控 ； 鉴于以上原因，在现有矿用通风机监控系统 的基础上，不断提升监控系统的综合性能，建立 具有故障职能诊断、设备可控化和智能化的矿用 通风机监控系统成为当下发展的重要方向。 3 监控系统优化改进 3.1 硬件系统优化 （1）振动变送器选型。由于通风机在运行 过程中，转子、定子等零件之间会出现摩擦较大、 运转不平衡等问题，使通风机产生了较大程度的 振动现象，在该监控系统中需对通风机振动情况 进行监测。因此，选用了 TMS-HZD 型的一体化 振动变送器来监测通风机的振动参数。该变频器 集成了传统的精密测量电路、振动传感器等，并 2019.4 矿业装备 / 77 直接与 PLC、DC 等系统进行连接，采用电磁感 应原理来检测输出信号，可更加精确的对通风机 振动状态进行检测，目前，在国内通风机监控系 统中应用得较为广泛。其中，该振动变送器的电 动势计算公式为 UBLV。式中 B为磁感 应强度，T ；L为磁场中线圈的有效长度，m ；V 为磁场中线圈运动的相对速度，m/s。 （2）数据采集卡选型。通过数据采集卡，可 将各传感器采集的数据信息进行收集汇总，并将 数据传递给计算机监控系统进行分析判断。因此， 数据采集卡采用了带有 12 位模拟信号输入，可对 电压、电流信号进行精确测量的 IPC5488 式采集 卡，该采集卡具有采集精度高、响应快、量程款、 采集通道多等特点，可有效快捷的实现信号的采 集，并显著提高了信号的抗干扰能力。 （3）压力变送器选型。通风机在运行过程中， 受井下作业环境影响，经常受到不同静压、动压 及全压的影响，不同的工作压力直接影响着通风 机的安全工作。因此，选择通风机入口为检测点， 利用压力变送器对其工作压力进行检测，并转换 为对应的电信号，以此来实现对通风机工作压力 的实时检测。其中，通风机工作过程中的全压计 算公式为PP1P2。式中 P为全压，Pa ；P1为静 压，Pa ；P2为动压，Pa。 压力变送器选用了 FL102-A2 型微差压变送 器。该变送器具有检测精度高、仪器运行可靠、 使用寿命长等特点，能完全满足井下通风机不同 工况下的使用需求。 3.2 软件系统优化 （1）主程序控制流程设计。该监控系统中， 需对主通风机的启动程序进行设计。在该程序流 程中，首先，应将地面的进风口进行打开，并同 时将井下的风门进行关闭 ； 当系统启动后，反之 将井下风门打开，关闭地面风门。完成初始化程 序后，由于井下通风系统中一般包含了 1 号风机 和 2 号风机，为防止两个风机同时启动给电网带 来较大用电冲击，故采用了先启动 1 号风机，在 定时器 T0的控制下，30 s 后再启动 2 号风机，当 两个风机的控制系统达到一致状态后，打开 1 号、 2 号风机风门，关闭地面风门，由此，完成整个 通风机系统的高效、安全启动。 （2）自动倒换风机控制流程设计。在通风机 实际工作过程中，风机会由于井下环境的特殊性 或其他突发情况而出现不能正常运行的故障，此 时，为保证井下通风性能，需及时启动备用通风 机开始工作，而此倒换风机的切换控制则可通过 PLC 模块来实现。根据自动倒换风机控制的流程 可知，若通风机 1 在正常工作过程中，突然发生 停转故障，在无人操作情况下可通过 PLC 将开关 自动切换并启动通风机 2，同时，关闭风机 1 的 风门，当通风机 2 启动后，打开其配套的风门和 关闭 2 号地面风门，以此来实现井下的持续通风 功能，保证井下作业的正常作业和生产安全。 4 现场应用测试 为验证前文优化改进的通风机监控系统实际 监控效果，将其在山西阳泰集团竹林山煤业进行 了应用测试。测试结果表明，改进后的通风机监 控系统各项功能运行正常且更加全面，能针对通 风机运行过程中出现温度过高、电压过大、振动 较强等运行问题进行实时监控，并在控制中心发 出声光报警提示。另外，该监控系统存储了通风 机运行过程中的各类数据信息，并生成了运行数 据曲线图，可为后期开展通风机运行情况的数据 分析提供有利的数据资源。据煤矿企业人员介绍， 现有煤矿越来越注重通风机监控系统的智能化程 度，不断提升通风机监控系统的智能化和远程监 控水平，已成为当下通风机发展的重要方向。 5 结语 不断提升通风机监控系统的智能化水平，已 成为煤矿企业保证井下生产效率和作业安全的重 要保证。因此，结合矿用通风机监控系统的研究 现状和使用过程中存在问题，从硬件系统和软件 系统方面，对通风机监控系统进行了优化升级设 计，并将其在淮北煤矿进行了应用测试，结果表 明，优化后的通风机监控系统各项功能更加全面， 监控精度和智能化程度更高，更能满足通风机井 下不同工况的使用需要。不断对通风机监控系统 远程监控水平进行升级提升，对提高井下作业安 全、降低企业经济支出具有重要意义。 〔张志江（1978） ，男，山西省怀仁市人〕