基于PLC控制的局部通风机集控平台设计与应用.pdf

2 0 2 0年第0 7期 基于P L C控制的局部通风机集控平台设计与应用 董甲武, 薛 鑫 陕西陕煤彬长矿业有限公司, 陕西 咸阳 7 1 3 6 0 0 摘 要 局部通风机在运作时对安全系数要求较高且运行中容易出现故障, 针对此类问题, 设计了一套能够实现远 距离控制的系统, 在原有双风机“ 移动变压器、 开关、 供电线路均专用” “ 通风机电源和供电电源全部关闭” 的基础上, 增设了远程监控系统, 确保了局部通风机稳定可靠连续运行。通过地面集控室的局部通风机远 程监控, 实时主备局部通风机运行工况监视, 并具有远程切换、 超限控制、 出现异常报警、 报表打印等功能, 该系统的运用提升了煤矿综合信息系统的信息化水准。 关键词 局部通风机; 集控系统; 远程监控; 通风机; 可靠运行 中图分类号 TH 1 2 2 D O I 1 0. 1 9 7 6 9/j . z d h y . 2 0 2 0. 0 7. 0 5 1 0 引言 局部通风机是煤矿作业中必不可少的设备, 承担着 挖掘井道、 盲巷的通风、 降尘、 有害气体疏散等工作, 保障 矿井安全作业。原有井下局部通风机已经达到了“ 三专 二闭锁” 要求, 然而, 当井下供风地点瓦斯异常或突然涌 出、 供电电源有一回路出现故障或局部通风机无法启动 正常运作时, 都会造成瓦斯含量超标。因此, 利用基于 P L C的远程监控系统对局部通风机的运行实施监管, 包 括无正常运作、 故障分析、 断电等状态监控, 能够很好地 提升通风机的安全系数。 1 技术要求 随着互联网、 传感技术、 电子等科学技术的不断进 步, 煤矿设备的监管技术已经得到普及。但是, 局部通风 机的运行环境中充斥着瓦斯、 一氧化碳等有害气体, 运行 时需满足 煤矿安全规程 的要求。因此, 在原有局部通 风机正常作业基础上, 设计一套能够在较远距离对局部 通风机进行控制的设备, 需攻克三大技术难关。 1 能够对井下局部通风机设备故障以及运行情形 进行远距离管控, 在发现问题后第一时间解决, 保证设备 实时处于安全﹑可靠的状态。 2 煤矿安全规程 中第1 2 8条指出, 对井下局部通 风机远距离管控, 每日要对常规工作和预备设备进行远 距离切换检测, 确保设备的性能一直处于良好状态。 3 常规工作和设备断电无法工作后, 当电源修复完 毕要即刻对向设备远距离送电, 缩短设备停止工作的时 间, 避免井下瓦斯含量骤然升高, 引发不安全事故。 2 远程监控系统组成 2. 1 硬件组成 系统硬件包括 局部通风机双电源自动切换开关, 矿 用隔爆可控制编程箱, 能够接收震动并转化为信号的本 安型振动传感器, 能够接收温度并转化为信号的本安型 温度传感器, 能够感知声音和光线并发出警报信号的声 光报警器, 防爆型能够拍摄图像的仪器, 地面监控平台。 2. 2 监测信号 1 风机双电源自动切换开关的合闸、 开闸状态, 通 风机进线隔爆馈电开关的合闸、 开闸状态。 2 风机双电源自动切换开关以及通风机进线隔爆 馈电开关的额定电流、 额定电压、 功率等参数, 还包括故 障记录。 3 局部通风机风筒正压、 实时风量、 实时风速、 风筒 状态、 电机运行温度等。 4 局部通风机周围视频图像监控情况。 2. 3 控制结构功能 1 局部通风机的远程切换、 分合闸 远程打开通风 机前局扇, 相应的报警设备便会发出时间能够设置的报 警信号 。 2 局部通风机出现问题后, 系统会关闭该局部通风 机的启动装置, 在局部通风机故障排除时, 设备又开始 运作。 3 当双通风机前级配电开关断电时, 系统会自行关 闭局部通风机的启动装置, 然后会发出报警信号。 3 控制结构组成 局部通风机远程集中控制系统采用“ 工控机监控终 端井下P L C监控分站” 的分布构架[ 1], 系统由主要由 工控机、 工业以太环网交换机、 矿用隔爆兼本安型P L C 监控分站构成。工业上位机控制计算机系统与监控分站 间运用工业以太网连接; 监控分站和局部主通风机、 副通 风机进线开关间运用R S 4 8 5通信接口连接。监控局部通 风机影像的仪器借助阻燃网线和交换机相连, 将现场图 像传达至监控系统, 便于监控人员随时掌握局部通风机 的运转情况。 上位机监控系统由工控机、 视频监控、 数据采集系统 构成, 根据收集的局部通风机和管控装置数据的软件, 对 局部通风机的运行情况进行监测控制, 实现对局部风机 远距离参数的呈现 如双电源开关是打开还是闭合状态、 631 自动化应用 工矿自动化 收稿日期 2 0 2 0 - 0 4 - 1 5 作者简介 董甲武 1 9 8 6 , 男, 汉族, 甘肃镇原人, 本科, 工程师 机电 , 研究方向为煤矿机电一体化及自动化控制系统; 薛鑫 1 9 9 0 , 男, 汉族, 河北清苑人, 工程硕士, 工程师, 研究方向为煤矿机自动化控制、 智能化系统。 2 0 2 0年第0 7期 故障记录保存、 额定电压、 额定电流等参数的设定以及远 程启动或关闭、 故障排除等功能[ 2]。集中控制系统主页 面如图1所示。 图1 集控系统平台主界面 集控系统平台主界面反映各套局部通风机运行实 况, 显示主机、 备机运行情况,P L C、 主机保护器、 备机保 护器通信是否正常; 主机停止工作时, 集中控制页面上对 应主机颜色从绿色转为红色, 提醒管理人员要注意, 如图 2所示。 图2 上位机单机界面 进入各局部通风机详细运行状态页面, 可以看到局 部通风机主机运行的前后级三相电流、 电压、 温度、 振动, P L C控制系统的控制方式、 后备电池容量的充放电运行 状态, 同时可实现每日局部通风的运行状态切换和操作。 4 系统主要功能特点 4. 1 监测显示功能 1 不间断监测显示局扇风机的振动、 电机三相电 流、 温度等参数。 2 不间断监测显示双电源开关和进线开关的电压、 电流、 功率。 3 不间断监测显示双电源开关和进线开关的故障 内容。 4 不间断监测显示风筒状态和风机运行状态。 5 在地面监控室的显示器上不间断显示现场的 图像。 6 成像页面, 操作人员利用计算机设备进行操作, 对装置的启动和停工状态中各类参数实施设置、 调节。 汇总核心装置运转时间、 故障情形等。第一时间将数据 记载下来, 做好设备管理。 7 不间断监测显示系统各级设备的通信状态。 8 系统中的传感器可以发挥自行检查作用, 自行检 查传感器线路中断、 停电等问题。 4. 2 控制部分主要功能 控制系统总共有三类管控方法, 包括远距离控制、 现 场自动运行、 现场人工操作。远距离控制、 现场自动运行 是该系统最为核心的操作方法, 现场人工操作主要用于 装置测试和维修。 在采用远距离控制方法时, 上位机运用监控分站的 传感装置将局扇的瓦斯含量、 通风压强、 通风机开关状 态、 风力大小、 通风温度、 设备运行情况等信息即刻搜集 并诊断, 将诊断数据呈现到计算机屏幕上; 当要发出启动 命令时, 计算机屏幕呈现的诊断数据在能够正常运行的 情况下传输至监控分站, 启动局部通风机 启动时间的延 长能够便捷地在计算机上设置 。运行时具有故障自行 切换和瓦斯电源闭合、 通风机电源闭合的功能。出现异 常时, 在计算机和监控分站屏幕上进行字幕、 声音、 光线 提示。 4. 3 保护、 停止功能 当传感器装置、 保护装置针对故障作出反应后, 设备 会快速关闭通风机并发出警示信号, 避免事故蔓延[ 3]。 当监测到局部通风机周围的瓦斯含量大于井下瓦斯总量 的0. 5时, 系统要即刻关闭通风机的启动装置; 当瓦斯 不足0. 5时, 不得发出报警信号; 然而倘若需要重启局 部通风机, 务必要通过地面监控中心的操作人员在计算 机上解除报警后, 再重新打开局部通风机, 否则, 就不能 打开启动装置。 5 结语 当前局部通风机集中管控系统[ 3]运行顺利, 能够随 时检测局部通风机和监测设备的运行情况, 还能查询以 往的监测数据; 通过上位机能够实现远距离局部通风机 的切换测试; 可以对局部通风机及监测设备的参数及时 进行调整, 对线路中断、 电流过大、 压强过高、 漏电等问题 及时发出报警信号; 另外, 系统还留有互联网接口, 便于 系统拓展自己的监测范围。通过在该矿的实践操作, 得 知该系统技术先进, 功能齐全, 安全系数高, 能够确保矿 井良好的通风。 参考文献 [ 1] 武忠.基于P L C的煤矿局部通风机集中控制平台[J].机 械工程与自动化, 2 0 1 9 2 1 7 7 - 1 7 8. [ 2] 陈坤鹏.局部通风机监控系统的设计与应用[C] / /第2 4 届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨第6届中国煤矿 信息化与自动化高层论坛论文集, 2 0 1 4. [ 3] 张红基.高瓦 斯矿 井 局部 通风 机实 施 集中 控制 的 探讨 [ J].山西煤炭管理干部学院学报,2 0 0 73 7 9 - 8 0. 731 工矿自动化 自动化应用