煤矿通风机远程监控系统的设计与应用

马晓东

（大同煤矿集团安监局监察五处， 山西 大同 037001）

引言

矿用通风机是通风系统中的重要通风设施之一，通风机高效运行是采掘工作面安全生产的重要保障，但是传统煤矿通风机采用独立监控系统，且无法实现远程对风机、风门进行联合控制，当风门开启时无法对通风机吸风量进行调节控制，而且当风机出现故障时无法远程监测、维修等，导致风机故障率高，通风系统紊乱现象严重。对此，大同煤矿集团安监局监察五处通过技术研究，设计了一套煤矿通风机远程监控系统，并在雁崖煤业公司三盘区井下实际应用。

煤矿通风机监控系统是一种能够对井下无人值守地点利用网络实时监控的一套自动化数字设备，该系统主要利用PLC对各类收集的信息进行分析并处理，信息收集主要通过安装在各地点的传感器完成，同时人工可以通过远程操控电脑对井下风门和通风机进行控制，实现人机配合。

1 通风机监控系统设计及功能

1.1 系统设计

煤矿通风机监控系统采用PC端与PLC结合的方式实现对变频通风机的控制，传感器通过数字和模拟两种方式获取信号，再通过通信端口进行采集，采集后的信号经过PLC处理后由输出端口输出数字和模拟量，通过这种方式调节电机的频率来改变风门的开关。

1.2 系统主要功能

1）风门的启闭。如果操作人员想要关闭风门，可以通过操作软件菜单内的停止按钮来实现井下风门的关闭及风机停止。如果操作人员想要开启风门，可以通过操作软件菜单内的开启按钮来实现井下风门的开启及风机开启。为了能够保证风门开启到准确位置，技术人员还加装了位置感应器。当风门开启到最佳位置时，位置感应器会发出停止信息，风门停止开启。

2）反风时启动防爆门闭锁功能。操作人员在进行反风时，由于风流与电机在运转时均存在惯性，因此要先等电机完全停止后再进行反向运转，避免风机负荷过大发生跳闸。因此需在控制系统中设置延长时间，待电机停止运转后方可进行反风操作。

3）实时监测风机电机各类变量。在风机电机上安装温度传感器，温度传感器能够将电机温度通过温度模块进行收集并将信号传递给PLC处理。显示大屏可以将风机的风速、风量、风压的曲线图显示出来。系统还可以将电机轴承及三相绕组温度、一氧化碳浓度、风机震动位移等各类参数显示出来，避免风机电机发生异常[1-3]。

2 通风机监控系统结构及原理

2.1 系统结构

2.1.1 局部通风机监控系统

局部通风机监控系统主要由以下设备组成：PLC、防爆摄像头、存储电源、监测监控设备。

1）存储电源：由于井下工作环境恶劣，各类设备的电源常常会由于火灾及塌方等紧急事故断电，断电后监控设备就失去了实时监测的作用，远方操作系统也失去了远程监测的能力。为了能够避免因断电造成监测设备监控失效的情况，技术人员在监控系统中加装了一套存储电源。存储电源可以保证井下发生大面积停电后，监控系统仍然可以运行2 h，可以为操控人员远程操控留出抢救时间[4]。

2）防爆摄像头：为了能够对风门进行监控，技术人员在风门上部安装防爆摄像头。防爆摄像头均达到了国家要求的防爆标准。视频数据通过光纤进行传输，最终到达指挥中心的计算机上。

3）监测监控设备：能够实现对井下工作面风量与风速、监控设备的开关、风筒压力的监测。

2.1.2 远程控制计算机

远程控制计算机采用本质安全型防爆设备，主要包括软件和硬件部分。监控人员可以通过操作组态软件对井下设备的风速、风量等参数进行监控，硬件包括键盘、鼠标、处理器、显示大屏及显卡。

2.1.3 工业以太网

雁崖煤业公司三盘区采用千兆以太网进行矿井各类数据的传输，指挥中心的所有数据均是通过以太网进行传输。矿井维修要安排专人对以太网进行维护，确保数据的上传质量。

2.1.4 地面指挥大厅

地面指挥大厅设立在调度大厅，室内安装一台工控计算机。工控计算机包括软件和硬件部分。硬件包括键盘、鼠标、处理器、显示大屏及显卡。监控人员可以通过操作组态软件对井下风机设备的风速、风量等参数进行监控，同时可以完成数据报表、参数记录、危险提示。指挥人员也可以通过视频查看风机的运转状态。

2.2 系统工作原理

1）自动监控系统采用先进的网络管理、电脑、自动化控制技术，能够合理地将各类技术进行融合，最终实现对主通风机及其他设备参数的控制，便于操作人员更加灵活地对设备进行控制。该系统使用的信息模块采用现代工业统一标准[5]。通过以太网将电脑和PLC连接，处理后的信息通过TCP/IP的方式传递到上位机。系统使用以太网接口来扩展输出接口，不仅能够对设备进行实时监控，还能满足设备各类参数及影像的传递。

2）PLC柜为井下风机的风速、风量、压力、温度、开关状态等数据的中转站，所有数据均通过矿内光纤环网进行传递。为了能够确保指挥中心数据的准确性，监控方式采用指挥中心、监控地点、监控设备三级联控，三者之间互不干扰且独立运行。显示大屏可以显示井下风机设备的风速、风量、数据报表、参数记录、危险提示。

3 结语

雁崖煤业公司三盘区通风机安装通风机监控系统后，实现了井下风机及其他设备的各类参数进行监控，采用指挥中心、监控地点、监控设备三级联控方式确保了风机参数的稳定性，同时该系统能够降低工作人员的劳动强度，确保操作人员能够实时了解井下各类参数，降低了风机故障率，提高了通风稳定性，保证了煤矿安全稳定生产，对煤矿的安全生产具有较大的意义。