煤礦地面通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)淺析
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摘要：主要通風(fēng)機(jī)是煤礦通風(fēng)系統(tǒng)主要動力設(shè)備，其運行可靠性直接影響著井下通風(fēng)系統(tǒng)可靠性。在對礦井地面主要通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出一種地面主要通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。經(jīng)現(xiàn)場應(yīng)用后表明，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可在一定程度上提升地面主要通風(fēng)機(jī)運行可靠性，并降低現(xiàn)場值守人員數(shù)量，取得較好應(yīng)用效果。
關(guān)鍵詞：煤炭生產(chǎn)；通風(fēng)系統(tǒng)；主要通風(fēng)機(jī)；遠(yuǎn)程監(jiān)控；煤礦安全
引言
煤礦井下開采時，難以避免有大量的粉塵、瓦斯等，給煤礦生產(chǎn)安全帶來制約，通風(fēng)系統(tǒng)是將井下有害物質(zhì)排出到地面的主要方式[1-2]。為確保煤礦通風(fēng)系統(tǒng)可靠運行，煤礦地面主要通風(fēng)機(jī)一般采用冗余原則設(shè)計，即布置2臺主要通風(fēng)機(jī)，一用一備，同時2臺主要通風(fēng)機(jī)均有其獨立的供電系統(tǒng)[3-5]。現(xiàn)階段地面通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)功能較為簡單，一些關(guān)鍵監(jiān)測參數(shù)多采用人工方式進(jìn)行分析處理，從而降低了監(jiān)控系統(tǒng)可靠性及實時性等[6-7]。本文結(jié)合煤礦地面主要通風(fēng)機(jī)監(jiān)測需求，設(shè)計一種主要通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實時發(fā)現(xiàn)主要通風(fēng)機(jī)運行過程中出現(xiàn)的故障并及時發(fā)出預(yù)警信息，可在一定程度上提高煤礦通風(fēng)系統(tǒng)可靠性。
1礦井地面主要通風(fēng)機(jī)概述
山西某礦回風(fēng)井布置2臺軸流式通風(fēng)機(jī)，2臺通風(fēng)機(jī)型號、功率完全一樣。按照各部位功能，可將主要通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)劃分為擴(kuò)散器、工作葉片、集風(fēng)器、動輪、流線體、機(jī)殼及整流器等部分，具體回風(fēng)井布置的主要通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。集風(fēng)器結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)曲線形狀，越靠近出口口徑越大（反之越靠近里面口徑越?。?。線留體呈曲面圓錐形，可以遮蓋輪轂并與流線體、集風(fēng)器等結(jié)合形成入風(fēng)口。風(fēng)機(jī)葉片均在動輪上安裝，安裝角可根據(jù)現(xiàn)場實際情況調(diào)整，具體礦井使用的局部通風(fēng)機(jī)安裝角包括15°、25°、30°、35°、40°及45°六種角度，葉輪安裝鄰近葉片間應(yīng)保持等距。在動輪后側(cè)位置安裝整流器，對流入空氣進(jìn)行整流，避免出現(xiàn)渦流損失。擴(kuò)散器主要作用是增加氣體流動時靜壓，降低氣體流動損失。
2遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計
2.1遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層級
設(shè)計的主要通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)包括現(xiàn)場監(jiān)測及控制層、中央管理層及遠(yuǎn)程監(jiān)控層3個層級。1）現(xiàn)場監(jiān)測及控制層：該層級主要功能包括采用各類測量裝置、傳感器對主要通風(fēng)機(jī)各結(jié)構(gòu)設(shè)備運行參數(shù)、運行狀況進(jìn)行監(jiān)測；依據(jù)中央管理層指令，對主要通風(fēng)機(jī)及附屬設(shè)備運行進(jìn)行控制，如可遠(yuǎn)程控制風(fēng)門啟動、閉合。現(xiàn)場監(jiān)測及控制層與中央控制層間采用RS485總線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。2）中央管理層：該層級主要結(jié)構(gòu)包括工業(yè)計算機(jī)、數(shù)據(jù)采集裝置及不間斷電源等，主要功能為對監(jiān)測獲取到的參數(shù)進(jìn)行采集、存儲及管理，并將監(jiān)測參數(shù)傳輸給遠(yuǎn)程監(jiān)控層進(jìn)行處理、分析。遠(yuǎn)程監(jiān)控層發(fā)出的控制指令也通過中央管理層傳輸給現(xiàn)場監(jiān)測及控制層，實現(xiàn)地面主要通風(fēng)機(jī)運行參數(shù)控制。3）遠(yuǎn)程監(jiān)控層：遠(yuǎn)程監(jiān)控層結(jié)構(gòu)包括監(jiān)控大屏、顯示屏、數(shù)據(jù)服務(wù)器等，遠(yuǎn)程監(jiān)控層與中央管理層間采用工業(yè)以太網(wǎng)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。監(jiān)控大屏可實時顯示主要通風(fēng)機(jī)運行狀態(tài)參數(shù)，從而便于相關(guān)通風(fēng)管理人員及時掌握通風(fēng)機(jī)運行信息。
2.2遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)方案
遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下頁圖2所示，整個監(jiān)控系統(tǒng)從功能層面分析可劃分為上位機(jī)、下位機(jī)兩個部分，主要結(jié)構(gòu)包括PLC（S7-200型）、各類監(jiān)測傳感器、工控機(jī)及視頻監(jiān)控系統(tǒng)等。1）遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)：下位機(jī)最為主要的結(jié)構(gòu)為PLC（S7-200型），為了便于現(xiàn)場安裝及后期保養(yǎng)維護(hù)，選用的PLC為模塊化結(jié)構(gòu)，監(jiān)控系統(tǒng)中現(xiàn)場布置的各類設(shè)備、監(jiān)測傳感器均受PLC控制?，F(xiàn)場監(jiān)測采用風(fēng)量、壓力、溫度等傳感器即可實時獲取主要通風(fēng)機(jī)運行參數(shù)。監(jiān)控系統(tǒng)選擇采用的PLC類型為S7-200型，PLC內(nèi)存及I/O接口數(shù)可滿足監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場監(jiān)控及后續(xù)功能擴(kuò)展需求。各類傳感器用以對主要通風(fēng)機(jī)運行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)現(xiàn)場遠(yuǎn)程監(jiān)控需要，選擇使用的壓力傳感器型號為APG-LC100、溫度傳感器型號為GWP100（D）、振動傳感器型號為GB20、煙霧傳感器型號為GQQ0.1（D）、風(fēng)量傳感器型號為KGF2。在主要通風(fēng)機(jī)上布置的各類傳感器監(jiān)測參數(shù)會實時傳輸給S7-200PLC，通過PLC判斷監(jiān)測參數(shù)是否在合理范圍內(nèi)，同時傳感器可接受遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)控制，實現(xiàn)啟動、停止。地面主要通風(fēng)機(jī)上各類監(jiān)測傳感器布置位置如圖3所示。2）上位機(jī)部分：上位機(jī)部分用以分析下位機(jī)監(jiān)測參數(shù)并實時顯示監(jiān)測結(jié)果。在監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)預(yù)先設(shè)定安全值，當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)超過設(shè)定安全值后，監(jiān)測系統(tǒng)會自動發(fā)出報警信息。上位機(jī)主要包括工業(yè)計算機(jī)、監(jiān)控顯示屏，并通過光纖網(wǎng)絡(luò)與下位機(jī)進(jìn)行通信。視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用主要通過高清防爆攝像機(jī)對風(fēng)門、通風(fēng)機(jī)房等位置畫面進(jìn)行實時采集，并通過光纖網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測畫面?zhèn)鬏斀o監(jiān)控中心，協(xié)助實現(xiàn)主要通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控。選用的高清防爆攝像頭型號為KBA，主要布置在風(fēng)門等有防爆需求的場所。
3現(xiàn)場應(yīng)用效果分析
將文中所提主要通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用到地面主要通風(fēng)機(jī)監(jiān)測中?，F(xiàn)場應(yīng)用取得較好效果，通過采用遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，可明顯提升主要通風(fēng)機(jī)可靠性，一旦通風(fēng)機(jī)運行出現(xiàn)故障監(jiān)控系統(tǒng)即會發(fā)出報警信息，便于相關(guān)人員及時排除主要通風(fēng)機(jī)運行故障。采用遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)后，通風(fēng)人員可在監(jiān)控中心顯示大屏掌握主要通風(fēng)機(jī)運行情況，并通過遠(yuǎn)程系統(tǒng)啟動備用風(fēng)機(jī)，縮小備用風(fēng)機(jī)啟動時間。在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中布置的風(fēng)速、風(fēng)量等傳感器可實時掌握通風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)監(jiān)測參數(shù)存在異常時可及時發(fā)出報警信號；同時傳感器還可對通風(fēng)機(jī)設(shè)備本身、開關(guān)柜等狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)潛在的小故障。具體現(xiàn)場監(jiān)控畫面如圖4所示。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用后，可依據(jù)井下通風(fēng)實際需要遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)主要通風(fēng)機(jī)運行，在滿足井下通風(fēng)的同時降低主要通風(fēng)機(jī)運行能耗；同時主要通風(fēng)機(jī)運行無須人員值守，僅安排相關(guān)人員例行巡檢即可，可在一定程度上降低人力成本。
4結(jié)語
在分析煤礦地面主要通風(fēng)機(jī)運行基礎(chǔ)上，對遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，以S7-200PLC為核心，采用各類監(jiān)測傳感器對主要通風(fēng)機(jī)運行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，并輔助采用視頻監(jiān)控系統(tǒng)提高監(jiān)測效果。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)可實時顯示井下各傳感器監(jiān)測參數(shù)并對故障信息進(jìn)行報警?，F(xiàn)場應(yīng)用后，主要通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可實現(xiàn)通風(fēng)機(jī)運行參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)控，并提高煤礦通風(fēng)系統(tǒng)可靠性，且現(xiàn)場不需要安排專人值守，僅通過巡檢即可滿足主要通風(fēng)機(jī)檢測需要。
作者:馮艷陽 單位:山西汾西礦業(yè)孝義煤礦管理分公司
