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摘要：根据国家电投集团宁夏能源铝业有限公司某煤矿主通风机设备的组成，以西门子315-2DP CPU为控制核心，辅以必要的输入输出模块、通信模块等建立了一套具有就地、远程、检修等三种工作方式主通风在线监控系统，并投入运行。运行结果表明：该监控系统操作方便，参数显示直观，功能齐全。不仅能够对监测参数进行实时在线监测、显示，同时具有完善的故障报警、自动换台、自动反风等功能。
关键词：主通风机；在线监测；故障报警；自动换台
0 前言
为了保障煤矿的安全生产和井下工作人员的良好的工作环境，矿井主通风机的安全运行至关重要。统计数据表明：因通风不良，由瓦斯集聚产生的安全事故占比最大[1-7]。同时，生产工作面良好的通风条件，亦对井下的降温除湿起到重要的作用。因此，针对现场已有的通风机设备、高压系统和低压系统建立一套监测参数齐全、功能完善的主通风机监控系统是十分必要的、也是安全生产必需的。
1 系统组成
通风机房地面设备主要有：南阳防爆集团的FBCDZ-No.31/2×400型通风机两台，HIVERT高压变频器两套，采用一拖二的驱动方式，15面高压开关柜，并配置有NR型微机继电保护器，6面低压柜，两套检修风和换台蝶阀系统。系统中需要监测和控制的参数主要有：高压开关柜和低压柜等系统的分合闸、故障信息、运行电流、电压、功率因数等，变频器运行功率、电流、频率等，电动机定子和轴承的温度、振动，通风系统运行负压、流量、工序能耗等。根据上述情况，本文设计的监控系统采用三层分布式控制结构，即现场设备层、中央控制层和集中管理等。其中现场设备层主要是系统涉及的传感器、风门、蝶阀自带的控制单元、高压柜、低压柜和
变频器的控制接口部分；中央控制层是以S7-315-2DP控制单元为核心的PLC控制柜部分，其主要作用是完成对现场控制的参数采集和控
制功能实现，是本系统的核心部分。集中管理层包括两部分：现场操作台集中管理功能和远程调度中心集中管理功能。每一部分都可以实现对通风机设备的集中管理、实时监测和数据处理等功能。
2 硬件选型
根据运行可靠、性价比高和配件方便的原则进行了硬件部分的选型。
监控系统的控制单元选择CPU315-2DP并辅以相应的输入输出模块和通讯模块CP341和CP343，其中CP341是串口通讯模块，负责与高压柜、低压柜和变频器系统的通讯单元进行连接，实现实时参数的读取，CP343是以太网模块，负责控制中央控制层与集中管理层的数据交互。检修风门、换台蝶阀等系统的开关量信号由SM321和SM322模块传送给中央控制层进行处理。电机定子温度和轴承温度等信号，在本系统采用了先由温度巡检仪进行采集，然后通过CP341模块传送给中央控制层进行处理和判断。
通风机运行振动的参数，在本系统中选择了CD-21-C/S型振动传感器，进行XYZ三个方向的振动参数的监测，传感器的输出选择了标准电流型，直接接入中央控制层。风机静压参数，在本系统中选择了由上润集团生产的防爆选用煤矿带数显功能压力传感器，风量参数由煤矿专用的风速测量传感器直接测量，上述两种传感器的输出信号亦选择标准电流型，直接接入中央控制层。
3 功能实现
3.1 通信功能程序
高压柜、低压柜和变频系统中均配置有通信接口，虽然他们的通讯协议的报文格式不一样，但都可以采用通讯的方式实现数据的交互。在本文中，仅以高压柜为例，说明通信功能程序的实现。本系统中高压柜配置的微机保护装置为NR系列的产品，其采用的104规约是主从查寻式，监控主站周期性查询各个保护装置，被查询的保护装置按相应报文帧格式回答。
在本系统中选择CP341通讯模块与继电保护装置通信，即通过通讯方式实现监控系统与继保装置的数据交互和指令的执行。监控系统与继电保护装置实现数据交互过程如下所述：系统初始化后直接启动第一次轮询，先轮询1号微机保护装置，给1号微机保护装置发送查询请求后，等待1号装置的响应，如果在规定时间内接收到1号装置返回的数据，则给2号微机保护装置发查询请求，并等待2号微机保护装置的响应，同样如果在规定时间内接收到2号微机保护装置返回的数据……依次类推，直到读取完9号微机保护装置，则完成一次完整的数据读取。完成后，自动启动新一轮的轮询，以此循环。
3.2 通风机自动切换程序
对煤矿主通风机设备，《煤矿安全规程》规定：矿井需安装2套同等能力的主要通风机装置，其中1套作备用，备用通风机必须能在10分钟内开动；通风机必须装有反风设施，并能在10分钟内改变巷道中的风流方向[8]。针对上述规定，监控系统中设计了自动换台功能程序，其功能为当工作风机出现故障影响运行安全或其它原因导致运行风机停机时，系统可以立即自动启动备用风机，其执行过程如图3所示。
图3风机自动换台流程
4 现场应用
该主通风机监控系统在国家电投集团宁夏能源铝业有限公司某煤矿投入运行，不仅实现了对通风机装置运行状态的实时在线监测，同时还根据系统运行参数的数值自动进行控制和报警，提高设备运行的安全性和自动化水平[9、10]。系统的功能有：（1）可以实时监测通风机设备的运行参数，具有实时数据显示、数据记录、报警和报表输出等。（2）具有对高压柜、低压柜、变频器、蝶阀、风门等远程控制和自动切换功能。
5 结论
现场应用表明，监控系统的投入应用实现了煤矿主通风机设备的在线监测和控制，提高了主通风机设备的自动化管理水平，有力地保证了主通风机设备的安全可靠运行。
参考文献：
[1]武日锋.浅谈矿井通风机与煤矿的安全生产[J].河北企业，2015（6）：153-153.
[2]吴新忠，任子晖，马小平，等.煤矿主要通风机在线监控系统研究现状及展望[J].煤炭科学技术，2009，37（12）：54-57.
[3]孙继平.煤矿监控新技术与新装备[J].工矿自动化，2015，41（1）：1-5.
[4]余金龙，傅贵，杨春，孙英浩.煤矿瓦斯爆炸事故动作原因中的操作研究[J].煤矿安全，2015，46（4）：221-224.
作者简介：
张荣伟（1973.11），男，山东济宁人，工程师，现为国家电投集团宁夏能源铝业有限公司红一煤矿机电队副主任，从事机电设备管理、维护、运行等工作。
论文作者:张荣伟1,张永超2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/14
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