1、監(jiān)控系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)
1)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測功能。可實(shí)現(xiàn)對礦井主通風(fēng)機(jī)及其附屬設(shè)備主要工作參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測與顯示，智能化故障識別與報(bào)警。具體監(jiān)測項(xiàng)目包括:主通風(fēng)機(jī)的入口靜壓、風(fēng)量、風(fēng)速信號;主通風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)電壓、電流、有效功率、功率因數(shù)等電量參數(shù);主通風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)軸承溫度和定子溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測顯示;主通風(fēng)機(jī)振動(dòng)狀態(tài)信息的監(jiān)測、顯示與分析，具有機(jī)械故障預(yù)警及停機(jī)功能。
2)遠(yuǎn)程通信功能。能支持與第三方遠(yuǎn)程通信(變頻器或其它監(jiān)控設(shè)備)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測控制，支持多種通信協(xié)議，具有多種通信方案，可方便地把監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)上傳到目前煤礦使用的安全監(jiān)測系統(tǒng)KJ98，實(shí)現(xiàn)對礦井通風(fēng)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程集中控制。
3)自動(dòng)控制功能。通過友好交互的人機(jī)控制界面可以方便地控制高壓開關(guān)柜的啟動(dòng)、停止、風(fēng)門的開關(guān);能控制高壓變頻器、水阻柜啟動(dòng)、停止，實(shí)時(shí)設(shè)置變頻器頻率;可實(shí)現(xiàn)主通風(fēng)機(jī)、風(fēng)門用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)多種控制模式間的切換。
2、程序設(shè)計(jì)
2.1PLC程序設(shè)計(jì)
在西門子S7-417-4H型PLC中，運(yùn)用梯形圖編制監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行程序，整套系統(tǒng)的主控程序流程如圖3所示。在調(diào)用初始化子程序后，系統(tǒng)按照設(shè)定程序與參數(shù)進(jìn)行自檢，待自檢正常后對主通風(fēng)機(jī)及其附屬設(shè)備的初始狀態(tài)進(jìn)行順序控制，一切準(zhǔn)備工作就緒后系統(tǒng)會自動(dòng)開啟主通風(fēng)機(jī)，系統(tǒng)按預(yù)先圖3控制程序流程圖編制的程序、設(shè)計(jì)的功能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。整套PLC程序包含了高壓柜供電狀態(tài)監(jiān)測、變頻器控制、水阻柜控制、主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)及故障檢測、風(fēng)門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測等多個(gè)功能模塊。對PLC控制程序采用模塊化設(shè)計(jì)和過程設(shè)計(jì)原理，將上述功能模塊進(jìn)行結(jié)構(gòu)化編程設(shè)計(jì)，提升了控制程序的完整性和可執(zhí)行性。
2.2WinCC組態(tài)程序設(shè)計(jì)
通過WinCC組態(tài)程序設(shè)計(jì)建立友好交互的人機(jī)控制界面，借助遠(yuǎn)程通訊和PLC控制程序，實(shí)現(xiàn)對主通風(fēng)機(jī)及其附屬設(shè)備的過程監(jiān)控與故障監(jiān)控。基于WinCC組態(tài)軟件的主通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)具備可視化、智能化、功能多樣化等諸多優(yōu)點(diǎn)，能將礦井通風(fēng)系統(tǒng)的工作參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)形象化地展現(xiàn)在控制人員和管理人員面前，便于實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行情況。
3、應(yīng)用效果
2013年9月魯班山北礦主通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造工程完成，圖4所示為監(jiān)控系統(tǒng)的主界面圖。目前該套系統(tǒng)已經(jīng)連續(xù)正常運(yùn)行一年多，在新的監(jiān)控系統(tǒng)模式下，實(shí)現(xiàn)了緊急情況提前預(yù)警，提高了礦井通風(fēng)安全水平。主通風(fēng)機(jī)在變頻調(diào)速系統(tǒng)控制下更容易實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)，加、減速時(shí)間及頻率可任意調(diào)節(jié)，運(yùn)行平穩(wěn)，工頻水阻軟啟動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用，確保了兩臺變頻器都出故障時(shí)，主通風(fēng)機(jī)仍能正常運(yùn)行，確保了通風(fēng)安全。使用變頻調(diào)節(jié)后由于變頻器內(nèi)濾波電容的使用，使得主通風(fēng)機(jī)功率因數(shù)據(jù)提高，通過減小變頻器輸出頻率、降低主通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來滿足礦井風(fēng)量需要，主要風(fēng)機(jī)始終運(yùn)行在高效區(qū)間內(nèi)，統(tǒng)計(jì)顯示，在增加風(fēng)量27%的情況下，每個(gè)月主通風(fēng)機(jī)電力消耗同比節(jié)約3.1萬度，節(jié)能效果十分明顯。
4、結(jié)語
本監(jiān)控系統(tǒng)融合了先進(jìn)的在線監(jiān)測控制技術(shù)、故障智能診斷技術(shù)、PLC控制技術(shù)、WinCC組態(tài)軟件、水阻工頻技術(shù)、高壓變頻技術(shù)，借助上述軟硬件平臺實(shí)現(xiàn)了對主通風(fēng)機(jī)的智能化、自動(dòng)化監(jiān)控。系統(tǒng)能對礦井主通風(fēng)機(jī)及其附屬設(shè)備主要工作參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測，自動(dòng)識別設(shè)備故障并采取有效響應(yīng)，并通過友好交互的人機(jī)控制界面方便地操控各個(gè)主要運(yùn)行設(shè)備，又可借助高壓變頻調(diào)速和水阻工頻技術(shù)提高動(dòng)力設(shè)備運(yùn)行的可靠性，改善其操控性，大大提升動(dòng)力設(shè)備的運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目的。該套監(jiān)控系統(tǒng)在魯班山北礦良好的運(yùn)行實(shí)踐證明，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，功能齊全多樣，滿足礦井通風(fēng)現(xiàn)場的使用要求。
