矿井主通风机自动监控系统的设计与应用.pdf

8 2 煤矿机电 2 0 1 3 年第6期 矿井 主通 风机 自动监控 系统 的设计 与应用 王建华， 陈岩， 彭为革， 王建喜 中煤集团大屯煤电公司 孑 L 庄煤矿 ， 江苏 徐州 2 2 1 6 0 0 摘 要 通过采用 S I MA T C s 7 3 0 0对矿井主通风机 的 自动监测与控制， 实现 了对主通风机全天的 性能及状态的在线实时监测 与远程控制， 并能使 主通风机“ 一键倒机” 和“ 一键反风”， 实现 主通风 机运行参数的实时监测与控制一体化。 关键词 主通风机；可编程控制器 P L C；自动化控制 ；监测 中图分类号 T D 4 4 1 ； T P 2 7 7 ． 2 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 0 8 7 4 2 0 1 3 0 6 0 0 8 2 0 3 De s i g n an d Ap p l ic a t ion o f Au t o ma t ic Mo n i t or i n g S y s t e m o f Mi n e Ma i n F a n Wa n g J i a n h u a，C h e n Y a n，P e n g We i g e ，Wa n g J i a n x i K o n g z h u a n g Mi n e ， D a t u n C o a l E l e c t r i c i t y C o m p a n y o f C h i n a C o a l G r o u p ， X u z h o u 2 2 1 6 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t B y u s i n g S I MAT C S 7 3 0 0 t o r e a l i z e a u t o ma t i c mo n i t o r i n g a n d c o n t r o l o f mi n e ma i n f a n，i t c a n r e a l t i me mo n i t o r t h e o n l i n e pe r f o r ma n c e a n d l o n g di s t a nc e c o n t r o l o f ma i n fan a l l d a y． Ac h i e v e s t he “o ne k e y p u s h ma c h i n e” a n d “o n e k e y a n t i wi n d” o f t h e ma i n f a n ． I t c a n r e a l i z e t he i n t e g r a t i o n o f r e a l t i me mo n i t o r i n g a nd c o n t r o l o f o p e r a t i o n p a r a me t e r s ． K e y wo r d s m a i n fan ； P L C P r o g r a m m a b l e L o g i c a l C o n t r o l l e r ； a u t o ma t i c c o n t r o l ； mo n i t o r i n g 0 引言 主通风机是煤矿四大运转设备之一 ， 它担负着 向井下输送新鲜空气 、 排出有害气休 、 保障矿井安全 生产及人员 的生命 安全。我 国煤矿事故 中近 6 0 ％ 以上的事故是瓦斯浓度过 高而引起的 ， 主通风机一 旦发生故障， 将会对整个矿 区生产和安全造成重大 的影响 ， 故必须有一套功能完善 、 安全可靠 、 便于操 作 、 系统稳定的 自动监控系统与之配套 ， 并能对主通 风机的各项参数和运行特性进行及 时准确 的监测 ， 使之能在 2 4 h不间断 了解运行情况 。 大屯煤电公司孔庄煤矿利用三期工程改扩建时 机 ， 对孔庄煤矿东 、 南风井进行了 自动化改造。 1 主通风机自动监控 系统 主通风机系统控制结构图如图 1 所示 。其电气 控制系统 由高压配 电系统 ， 低压配电及直 流操作 电 源， 程序控制系统 ， 监测监控系统 ， 各类传感器 ， 以及 工业电视监视系统等组成 。 1 ． 1 主通风机监控系统 主要 由监控计算机 、 P L C测控系统 、 通信系统组 成。控制器选用 S I MA T C S 7 3 0 0和 C P U 3 1 4 C 一 2 D P， 组成模块有 电源模块 、 数字量 I ／ O模块 、 通讯模块。 它们担负着实时数据采集， 风门状态 、 温度报警状态 的采集 ， 驱动风 门开关、 主通风机启停 、 正反转 和报 警器的任务。 1 ． 2监控系统主机 选用研华 I P C 6 1 0 4 U标准工业监控计算机 ， 总 线类 型为 P I C MG 1 ． 3总线 标 准 ， C P U为 5 3 3 ／ 8 0 0 ／ 1 0 6 6 MH z F S B L C A 7 7 5 C e l e mn 、 C e l e r o n D、 P 4双 核 C P U， 2 G B 的 D D R 2 5 3 3 ／ 6 6 7 ／ 8 0 0 MH z ； 两 台 1 0 ／ 1 0 0 ／ 1 0 0 0 Mb i t ／ s以太 网控制器 ； 看 门狗定 时器 为 1 ～ 2 5 5 s ／ m i n ， 看门狗超时中断或复位系统 ； 显示 系 统配备 2 6英寸高分 辩率液 晶显示 器 ， 分辨率高 于 1 2 8 0 X 1 0 2 4 ； 数 据采 集 卡为研 华公 司的 P C I B1 3 卡 ； 组态 软件采用 国产组态 软件 K I N G V I E W 6 ． 5 3 ， 具备网路组态功能， 点数满足主通风机电气 自动化 组态要求 ； 打印机选用激光单色打印机 ， 监控软件功 2 0 1 3年第6期 煤矿机 电 8 3 能能实现图形监控、 数据采集、 主要数据记 录、 趋势 障语音报警 ； 模拟量采集卡为研华 P C L 8 1 3 。 图 、 历史数据显示打印 、 关键操作步骤语音提示 、 故 1 主通风机及配套机 电设备 鐾 振 动 传 感 器 负 压 传 感 器 电 流 互 感 器 电 压 互 感 器 2 主通风机及配套机 电设备 风 门 位 置 电 动 机 启 停 位 置 电 动 机 温 度 传 感 器 轴 承 温 度 传 感 器 振 动 传 感 器 负 压 传 感 器 电 流 互 感 器 电 压 互 感 器 数字量输入 输出设备 多路巡检仪l l 综合测量保护 工控 P L C1 数字量输入 输出设备 星 瞀 I 交 换 机 f 粪 暂 多路巡检仪I I 综合测量保护 工控 P L C 2 工业 以太 网 囡 8 ．} ．1 十 回 s {o ．z l 口 1 监控机房2 监控机房 矿调度 上位机 上位机 远 程监 控中心 图 1 主通风机 系统控制结构 图 1 ． 3 程序控制系统 每 台主通风机 由各 自独 立的可编程序控制器 P L C控制 。两套 P L C安 装在一个 控制柜 内， 电源 、 输入信号、 输 出接点 相互独立 ， 两个操作 台作为分 站 ， 通过 P r o F I B U S总线接到各 自的 C P U， 两台 P L C 之间通过 MP I网络 交换 数据。每台主通风机设置 一 台上位计算机 ， 上位计算机与 P L C通过 MP I 网络 连接 ， 通风机房上位计算机与远端监 控计算机之 间 通过 以太 网连接 ， 可将主通风机的主要数据制作成 We b网页 ， 远程监控计算机可通过以太 网浏览 We b 网页。外部输入开关信号进入 P L C ， 中间加装菲尼 克斯通用型 P L C标 准接 口。功率扩展继 电器选用 O MR O N欧姆龙 MK 2 P 一 1 2 4 V D C中间继电器。 1 ． 4 各类传感器 J Y B ． K B ． P A G X 负 压 传 感 器 2 只 ； J Y B D Z A D M 差压变送器 2只 ； R P Y 6 7 0 0 H - B 、 R P Y 6 7 0 0 V． B 加速度传 感 器 各 2只 ； 5 X 1 2 0风 门拉 绳 传 感 器 4 0 0 0 mi l 1 2只 ； P E 6 0 - 2 K 风 门限位开关 1 2只 ； 电动机轴承和绕组温度变送器 铠装 P T 1 0 0 ， 单 台主 通风机 4只， 共 1 6只 ； G S H一8 0 0本质安全型煤矿用 转速传感器速度传感器 2只。 1 ． 5 工业 电视监视系统 主机为 D S 一 8 0 0 8 HS S T型工业硬盘录像机 ， 8路 视频输入。采用高性 能 D S P实现 H． 2 6 4视频编码 压缩 ； 支持 视频环 通输 出 ； 本 地信号 量报 警， 支 持 E ． m a i l 联动发送报警信息及截图 ； 支持通过 网络设 置参 数 、 预 览 图像 及 云 台 控 制 ； 红 外 摄 像 头 为 P N K ． 3 4 0 F 型 2台 ； 普通型摄像头为 P N K型短款摄像 机 2台 2系统功能 1 可实现主通风机运行参 数的实 时监测与控 制一体化 ， 实现 “ 一键倒机” 、 “ 一键反风” 和无人值 守。 2 可实时监测 主通风机的电动机各种 电气参 数 ， 实时数据以图形 或曲线等方式直观地显示在计 算机屏幕上。 3 实时监测 电动机的轴 承温度 、 振动参 数 ， 并 超限报警， 以声音、 图像等方式对超限参数进行报警 并保存 。 8 4 煤矿机 电 2 0 1 3年第6期 4 存储 、 显示历史数据并能对报表进行打印。 5 实时监测主通风机流量 、 压力 、 振 动、 电流 、 电压 、 风门位置， 并 以数字的形式显示在计算机屏幕 上 。 6 实现远程通信 ， 矿调度能监测到主通风机 的 各参数及运行情况 。 7 实现工业电视监视系统 ， 能准确显示风门的 位置及主通风机运行状况。 3 自动控制系统的功能 3 ． 1 操作方式 主通 风机 电气控制系统在监控室操作 台上操 作 ， 操作人员可对操作方式进行选择 ， 操作方式有 手动操作 、 自动操作 、 检修操作等。 主通风机第一次启动 、 两台主通风机都处于停 止状态或备用机处于检修状态时 ， 必须选择手动操 作方式。 3 ． 2 系统功能 3 ． 2 ． 1 启动预告功能 手动操作时 ， 先选择启动二台主通风机 ， 拟启动 工作风门和风道立闸门打开 ， 另一台主通风机关闭。 主通风机具备启动条件后 ， 按下启动按钮 1 0 S 后启 动 ， 如有 问题可在语音报警结束前按下 “ 终止指令” 按钮 ， 终止 当前操作。如 一切正常 ， 语音 报警结束 后 ， 主通风机按设定程序启动 。 3 ． 2 ． 2 倒风机通风 当准备进行倒风机通风操作时 ， 操作人员按下 操作按钮后 ， 1 0 S 后主通风机分闸 ， 备用主通风机启 动。如确 认操作指 令正确 ， 1 0 S后在 P L C的控制 下 ， 工作风机分闸， 打开备用主通风机风 门、 关闭工 作主通风机风门， 风门到规定位置时 ， 备用主通风机 启动， 启动完毕运行参数正常后 ， 扬声器发 出“ 倒 风 机通风操作结束 ， 请操作人员注意巡视 ” 。如认为 操作错误 ， 可在语音报警结束前 ， 按下 “ 终止指令” 按钮 ， 终止当前操作。 3 ． 2 ． 3 备用主通风机反风 当准备进行备用风机反风操作时， 操作人员按 下操作按钮后 ， 5 S 后该机分 闸。如确认操作指令正 确 ， 5 S 后 P L C控制工作风机分 闸， 打开备用主通风 机工作 ， 主通风 门和立闸门到反风工作位置 、 关闭工 作主通风机工作风 门和立 闸门， 备用主通风机启 动 柜换 向， 启动完毕运行参数正常后 ， 扬声器发 出“ 备 用风机反风操作结束 ， 请操作人员 注意巡视 ” 。如 认为操作错误 ， 可按下“ 终止指令 ” 按钮 ， 终止 当前 操作。 3 ． 2 ． 4 本机 反 风 当准备进行主通机反风操作时 ， 操作人员按 下 “ 本机反风” 操作按钮 ， 如确认操作指令正确 ， 5 S后 该机分闸， 动力制动开始。当主通风机转速降低到 设定值以下时， 扬声器发 出“ 风机制动完毕 ， 请操作 人员再次确认 按确认键本机 即将重新 启动， 如有 错误 ， 可按下“ 终止指令 ” 按钮 ， 终止 当前操作 。语 音结束后按“ 确认” 键 ， 立闸门 自动调整到反风工作 位置 ， 该机合 闸启动 ， 启动完毕后扬声器发出“ 本机 反风操作结束 ， 请操作人员注意巡视 ” 。 3 ． 2 ． 5 控制闭锁功能 两 台主通风机相互闭锁 ， 不能同时运行 ， 若风门 未打开， 则不能启动主通风机。采用工作 主通风机 反风时 ， 在转速未降低到额定转速 的 5 ％以下时 ， 能启动该主通风机。动力制动与高压 闭锁 ， 只有高 压断开 3 S 后才允许投入动力 ， 动力制动退出 5 S 后 才允许高压重新启动。 两套动力制动具备 自检与相互备用功能 ， 当其 中一套出现故障时 ， 自动退 出， 另一套动力制动 自动 投 入 。 3 ． 2 ． 6 事故报警功能 当运行主通风机发生故 障时 ， 事故处理程序分 析事故类型， 重事故立即跳闸并语音报警 ， 轻事故语 音报警 。电动机短路 、 过流 、 单相 、 接地 ， 主通风机风 叶损坏 、 剧烈振动 ， 轴承严重超温 ， 主通风机喘振 ， 风 门关闭归重事故 ； 轴承轻微超温 ， 其它辅机故障归轻 事故 。 4 结语 孔庄煤矿通过对主通风机 自动监控系统 的技术 改造 ， 有效地提高了煤矿主通风机的 自动化管理水 平 ， 可对主通风机实现全天的实时监控 ， 记录所需的 信息 ， 并实现了主通 风机性能及运行状态的在线 实 时监测与远程控制 ， 其它实现 了无人值守 ， 保证了主 通风机的设备经济 、 可靠 的运行 ， 确保 了矿井的安全 生产 。 作者简介 王建华 1 9 7 6 一 ， 男， 工程师。2 0 0 9年毕业于山东科技 大 学， 现从事机 电设备管理3 7_ 作。 收稿 日期 2 0 1 3 0 5 0 3 责任 编辑 姚 充