一种矿用通风机远程在线监控系统的应用

摘要 为了提高矿用通风机的可靠性、安全性及自动化程度,解决其过度依赖人工本地操作,工作效率低,无法实现监测信息的远程传输和信息共享等问题,运用可编程控制器及WinCC组态技术,设计了风机的远程在线监控系统,实现了压风机的远程在线监测与控制。

关键词 风机远程控制监控监测

中图分类号：TH43文献标识码： A

前言

风机是矿井关键设备之一。矿用风机的作用是将井下瓦斯、炮烟、粉尘、污风及车辆尾气等各种有害气体从井下排出，使其浓度降低到无害于人体的程度，保证安全生产。同时把地面的新鲜空气送到井下供人们呼吸，降低井下温度，创造良好的工作条件。新疆阿舍勒铜业公司有限公司井深达1200多米，现有两台矿用对旋式轴流风机作为主通风机，南风井风机为FCDZ-12-N0 232×132Kw，采用软启动启停，负责上采区通风；北风井为DK-8- N0 40, 2×710Kw，采用中压变频器，负责下采区通风。以前风机的启停控制及电压、电流、温度、风压及风速等检查记录，都需要到现场，冬季积雪有时达一米多厚，给人工现场操作带来较大困难。为提高风机的可靠性、安全性及自动化程度，减少人工降低成本，所以设计了一套风机远程在线监控系统，在远程调度室实现各种风机的性能、工况参数在线监测，风机的启停台数及频率调节以控制风量，并通过视频监控系统随时查看风机周围环境，达到无人值守的目的。

1.风机远程在线监控系统的总体分析

1.1采用SIEMENS S7-300可编程控制器对风机的风压、风速、电机电压、电流、温度、频率等参数进行实时监测，并将所需的风机工作状态参数实时，通过上位机WinCC 组态软件风机远程监控平台的人机界面远程实时显示。同时根据故障诊断模块的诊断结果，对压风机故障远程人机界面进行显示和报警，并触发必要的控制操作。

1.2在基于WinCC 组态技术的压风机远程监控平台上，开发压风机远程控制面板人机界面。操作人员在远程人机界面直接修改数据或发送指令，并通过PROFINET 和工业以太网将控制数据发至下位PLC，实现压风机的远程控制。

1.3视频监控系统利用风机现场的两台安装在电动云台上高清晰度摄像机，在远程调度室随时通过控制云台上、下、左、右旋转调整控制镜头的变倍、变焦，监视风机出风口及周围自然环境等。

2.风机远程监控系统硬件组成及结构

基于 S7-300 PLC 的风机远程在线监控系统是一个复杂的、多功能的和多技术集成的监控系统，主要功能有风机的就地控制与远程控制、风机工况参数的实时采集和分析、风机工况数据的实时远程传输、风机工矿参数远程组态监测和压风机故障诊断。根据风机监控系统的功能要求和技术指标，风机远程在线监控平台在人机界面层中，包含压风机工况参数组态监测平台和压风机远程控制平台两部分。系统使用PROFINET 现场总线进行组网，属于现场总线控制系统，各部分具体结构如下所述。

2.1前端检测设备包括风机电机的电压传感器、电流传感器及温度传感器；风机的风压传感器和风速传感器、风机频率等各模拟量信号的采集；传感器输出信号为4～20mA 的电流信号。风机故障及启停状态等数字量信号。

2.2 S7-300PLC对各监测点传感器实时监测传输的信号进行计算分析集中处理，并判断是否满足报警和停机条件，从而执行相应的报警和停机等开关量控制。

2.3远程上位机组态软件构成的人机交互系统根据S7-300PLC 中保存的风机运行数据，对压风机工作状况、历史记录、报警信息等进行显示。同时还可以对系统运行过程中的参数修改设置，人机界面增加了用户登录和密码修改，根据用户使用权限大小设置三个级别用户，一般用户只能查看风机工作状况及参数、历史记录、报警信息等；操作员用户可以操作风机启停、风机频率设定等；管理员用户可以增加删除用户及修改密码的操作。人机界面风机操作控制信号传输到S7-300PLC,经过计算分析处理，控制风机启停及变频器频率等。

2.4通信通过RS485总线方式，进行光转换后通过光纤传输。

2.5风机视频监控系统。此风机远程监控系统采用视频监控系统是基于最为广泛使用的TCP/IP协议基础上，通过现场摄像实时拍摄及数据传输系统的稳定传输，在主控制机能高清晰，直观观察风机运行情况。实现本地及网络远程监视功能，支持人体工学输入控制系统，通过云台/镜头的控制，实现现场周边环境多角度、大范围的视频监控；实现视频报警及与数据监控联动报警，以使操作员能及时发现问题。系统功能包括：本地及网络远程监视功能、云台/镜头控制、视频报警及与数据监控联动报警、自动录像和回放工作日志等。

2.5.1视频采集设备：红外可调焦防水ICR日夜型筒型网络摄像机，最高分辨率可达3M(2048×1536),可输出Full HD 1080p实时图像； ICR红外滤片式自动切换,实现真正的日夜监控；支持双码流,支持手机监控。

2.5.2视频存储控制设备：NVR（Net Video Recoder）支持500W像素高清网络视频的预览、VGA输出分辨率最高均可达1920x1080p、支持网络检测（网络流量监控、网络抓包、网络通畅）功能。

2.5.3信号传输设备：千兆单模单机收发器（HTB-4100A/B-20） 具有 10M/100/1000M 自适应能力； 全双工 / 半双工工作模式；支持IEEE802.3X 全双工流量控制和半双工背压流量控制；支持最大 1916 Bytes 数据；

2.5.4监测监控显示设备：2*2拼接单元（海康威视DS-D2046NL）及多屏控制器（海康威视DS-6416HD-S）显示分辨率1366×768

具有完善的音视频处理能力，支持最高500W（2560*1920）网络视频解码。

2.5.5视频监控系统防雷措施

采用视频监控系统三合一防雷器 ：雷击限制电压（视频）：11V；雷击保护电流：15KA（8/20us）；雷击保护电压：10KV（10/700us）；防护响应时间：1ns。采用以太网防雷器：10M/100M/1000M自适应以太网防雷器，保护容量：5000A,10/700us ,4000V；反向漏电流：

2.6风机的实时运行数据纳入矿井自动化系统。传统的设备无法与矿井自动化系统交换数据，只要依赖于计算机网络技术，才可以将风机运行的实时信息数据传送给矿调度室，并将其运行数据并入全矿井数据库以供整体分析决策使用。

风机远程监控系统对矿用大型通风机的运行状态进行连续在线测量与数据处理，以多种方式提供通风机运行状态的各种数据，保障通风机的安全运行和方便通风机的性能测试，并为多种功能扩充提供方便的条件。提高了系统的运行效率。通过授权方式实现通风机的远程监控，满足无人值守的运行方式。整个系统具有功能全、实时性和精度高、人机界面友好、操作简单、抗干扰能力强及可靠性好等优点，能够实现矿井通风机性能及状态的在线监测和远程控制，提高矿山通风设备自动化管理水平，保证井下通风系统合理、稳定、安全，有显著的经济效益。