矿井主要通风机自动监控系统改造

摘要：煤矿矿井通风系统是煤矿矿井安全生产的重要组成部分，合理、稳定、可靠的矿井通风系统是保证矿井安全生产的基础，随着我矿开采深度、强度的增加，通风阻力、风量产生较大变化，因此实时监测主扇的运行情况，当运行主扇出现故障时，迅速切换备用主扇，保障井下的正常通风，保障井下作业人员的生命安全，具有非常重要的意义。
关键词：通风机；监控；改造
abstract: the coal mine ventilation system in coal mine safety production is an important part, reasonable, stable, reliable mine ventilation system is the guarantee for mine safety in production base, with the mining depth, strength is increased, air resistance, air produced bigger change, so real-time monitoring of main fan operation, when the operation of the main fan when a fault occurs, the rapid switching of main fan, protection of underground normal ventilation, the safeguard down hole operation personnel life safety, has very important significance.
key words: ventilator; monitoring; transformation
改造背景
由于目前许多老矿井的大型通风设备技术落后，设备老化加上经多年运行，故障和隐患逐渐显现，给现场的使用和维护带来一系列问题。但是鉴于生产条件、初期基建条件和近些年煤矿经济条件等因素的制约，这些面临淘汰的设备还未能完全被更换掉；同时，完全更换影响生产时间较长。针对此情况，最好的解决办法是进行技术改造，即结合实际在原有的基础上把存在严重隐患、技术落后、效率低下的设备或装置进行更新或改造，利用先进的技术或产品进行嫁接，使其重新焕发生机与活力。
目前我矿西风井主扇的监控系统，只是由一些分散的温度显示器，负压管及高压启动柜上的电流表组成，无风量监测，风门位置检测等装置。无法实时了解通风系统的整体运行状态。在进行正常及故障倒机时需分别对风门绞车、主扇一、二级电机分别进行操作才能开启备用主扇。存在倒机时间长，容易误操作等严重问题。针对这一系列的问题，本项目采用西门子公司的s7-300系列plc，通过工控机上位机监控软件和plc进行数据交换。实现对我矿西风井主扇的运行状态，故障、正常倒机的自动监测与控制及远程监控。大幅提升了西风井主扇运行的安全性、可靠性；减少了故障倒机、正常倒机的停风时间；便于机电管理及生产调度系统实时掌握矿井通风系统的运行情况，对矿井的安全生产具有非常重要的意义。对于传统的主扇监控方法具有较大的推广价值。
1 通风机监控系统改造方案
一、总体实施方案
西风井有二台主要通风机，每台风机均配之一个控制和信号采集柜（简称plc控制柜）；plc控制柜的控制核心采用西门子公司的s7-300系列plc，通过工控机上人机监控软件和plc进行数据交换。因此整个监控系统由二个plc控制柜和二台工控机组成，它们之间通过路由器用以太网进行连接，构成局域网，实现数据共享。在正常情况下，每一台工控机都可以对任何一台plc控制柜发出控制命令及接受它们的数据，因此工控机属于冗余配置。
2 通风机监控系统的主要功能
2.1通风机的控制方式；
自动方式：如果控制柜上或组态软件的运行窗口中被选风机的“待机”灯亮，表示此台风机已经具备了自动运行的必要条件，例如高、低压柜没有故障、电机和轴承超温正常、集中就地箱在自动方式，各风门在相应位置等，此时可以用自动方式运行；操作方式可以按工控机上（软按钮）或plc控制柜上的按钮。
检修方式：在对一台经过检修的风机需进行试运行，在不影响另一台运行风机正常工作情况下进行调试的那种工作方式叫检修方式；此时那台被检修过的风机进风由风机的检修门进风，操作方式可以按工控机上（软按钮）或plc控制柜上的按钮。
手动方式：此方式为当plc或系统产生故障，不能用自动运行程序控制时的应急起动方式，此时风机的操作不能在工控机上执行控制。操作员必须在对风机运行工况有充分了解的基础上，将风机运行所需的对应设备的方式转换开关处于“就地”档，直接在集中就地箱用起/停、开/关按钮控制各个设备。
调试方式：用于调试试验和风机性能测试的工作方式。
2.2通风机风门自动执行系统
控制风门电动执行机构，实现风门的开闭，在每台风机风门两边各安装一个磁性传感器，利用风门传感器（磁钢式）并监测连续到位信号，在一定的时 间内检测到对应的信号，检测到全部固定个数的信号后确认风门是否开到位或关到位，从而实现plc柜对各风门控制。并全部在画面上显示风门实时位置显示。
2.3 通风机监控系统核心
系统采用公司的s7-300系列plc作为每个子控系统的控制核心，辅之以著名的工业监测、监视、控制软件mcgs(网络功能)，
为保证本控制系统的先进性，我们机房内的所有设备均采用plc控制，每个子控系统的控制核心，辅之以著名的工业监测、监视、控制软件mcgs,为保证扇通风机运行的可靠性， plc选用日本西门子s系列作为控制核心。
2.4 通风机监控系统可靠的供电方式
控制风机电机高压柜启动柜（需要具备远控功能）的分、合闸，并监测电机降压运行、全压运行状态（东风井）；先行启动一级电机，根据一级电机电流的实时曲线和回落状况再启动二级电机。并加时间时间辅助监控。在风机倒机时自动显示倒机画面，即显示风门实时位置和电机的电流曲线画面。同时采集各个进线柜和启动柜的分合闸信号传输至plc控制柜通过画面实时监测，从而保证了通风机的可靠运行。
2.5通风机监控系统监测点改造
2.5.1轴承温度监测
原轴承温度监测用的是电接点温度表，现改为pt100温度传感器（5个），把该信号传到现场信号采集箱，汇总后送到plc控制柜。
2.5.2轴承振动监测
在轴承箱上安装振动探头（每台风机的前后级各一个，共计4个），把该信号传到现场信号采集箱，汇总后送到plc控制柜。
2.5.3电机轴承油位开关监测
电机原轴承润滑油没有油位开关，所以需增加油位开关，把该信号传到现场信号采集箱，汇总后送到plc控制柜。
2.5.4全压、静压、风量监测
原全压、静压监测采用的是u型管，无风量监测，所以需增加2个气压传感器，风量信号通过电机功率及风道端面进行计算。
2.5.5高压电量监测
通过和新的高压柜中的综合检测装置通讯，采集有功功率、无功功率、功率因数、电压、电流等信号；各种报警信号等；

3 监控系统控制方式
3.1通风机系统工作方式
通风机系统设有自动、手动、检修三种控制方式。在自动方式运行下，是按预先编制的程序进行集中控制。手动方式是当监控管理计算机和控制plc全部瘫痪时，通过硬件设备起停按钮紧急开车方式。主要的保护通过继电器起作用，确保通风

图1：通风机启动流程
机及相关设备不出安全事故。当通风机检修方式下运行是用于另一台通风机在运行，本台通风机检修完成后的短时试运行或通风机调试方式，过程类似自动方式，只是进风由检修门进风。
以上各种不同运行方式是满足通风机在不同状态下生产的需要所做的。在不同的运行方式下，采用不同的运行状态。通风机具体启动流程如图1所示。
根据采集的数据和信息，建立各类信息库。根据工艺要求编程，自动进行通风机所属设备的顺序起动、停止和各类保护。通风机叶片根据稳定风量和通风机运行的状况进行叶片角度的自动调节。操作站以人机对话方式指导操作，在自动状态下，可用键盘或鼠标器实现通风机受控设备的起停操作。
4.调试运行情况
现场试运行(2011年5-9月份)。在我们的精心设计和安装调试下，经过近3个月的实际运行试验证明自动监控系统质量合格、满足现场的应用要求，达到减小倒机时间、增加系统运行安全性、可靠性的目标，试验项目及目的：
4.1空、重负荷试运行。
高压启动柜空、重负荷分合闸和调整各保护系统参数，保证系统安全可靠。通过plc监控柜与高压启动柜、各传感器、风门绞车接触器对接后，空负荷联合试运行，检查监控系统软件的可行性、可靠性。调整一、二级电机启动延迟时间，模拟量模块的参数设置，保证带负荷运转安全可靠，通过试验，细致调整，确保带负荷试验时主扇启动平稳，风门绞车动作可靠，负压、风量、温度、风门位置检测、电压电流检测准确，系统性能均达到设计要求。
4.2主扇自动倒台试运行
将plc监控柜转换开关拨到自动位置，如果控制柜上或组态软件的运行窗口中被选风机的“待机”灯亮，表示此台风机已经具备了自动运行的必要条件，例如高、低压柜没有故障、电机和轴承超温正常、集中就地箱在自动方式，各风门在相应位置等，此时可以用自动方式运行；按工控机上（软按钮）或plc控制柜上的按钮。主扇、风门绞车按照倒台操作顺序自动进行倒台。通过试车，新监控系统各部分均运转正常。
5.结论
通风机自动化监控系统改造后风机倒台控制精确，倒台的速度提高2.5分钟以上，减小了倒台时井下的停风时间，对风机的各种性能参数进行集中监测，集中显示在工控机界面上便于掌握通风系统的整体运行状态，实现主扇运行参数的远程监控便于整体调度矿井的安全生产，为六矿增产计划（以风定产）提供了科学依据，还提高了矿井的安全系数和工人作业环境，因为通风机叶片角度可以根据负荷情况，进行调节。这样我们可以做到根据矿井实际需要风量进行调节，可以避免矿井用风的损失，从而节能，提高企业经济效益.