【正文】 通風(fēng)線路隨之加長，通風(fēng)阻力增加，工作面配風(fēng)困難，通風(fēng)難度相應(yīng)增加；另外，隨著開采深度的增加，由于地?zé)?、機(jī)電設(shè)備散熱、氣候變熱等因素，致使高溫礦井也逐漸增加，礦井熱害治理也成為礦井通風(fēng)工作的一個重點(diǎn)；再者，在一些寒冷地區(qū)，冬季氣溫很低，對進(jìn)風(fēng)風(fēng)流預(yù)熱也成為礦井通風(fēng)要解決的難題。 人們長期習(xí)慣生活在有陽光，有比較穩(wěn)定的化學(xué)成分、溫度、濕度的環(huán)境中，一旦生活在環(huán)境變化劇烈，人體將感到不舒適，甚至生病。為了在煤炭生產(chǎn)過程中創(chuàng)造良好的生產(chǎn)環(huán)境，對各種災(zāi)害切實(shí)可行的防治，最經(jīng)濟(jì)、最基礎(chǔ)的解決方法是搞好礦井通風(fēng)工作。多年時間證明，礦井通風(fēng)是煤礦安全工作的重中之重，也是杜絕重大事故，實(shí)現(xiàn)煤礦安全狀況基本好轉(zhuǎn)的關(guān)鍵。 （2）稀釋和排除井下有害氣體，礦塵，有效減少事故的發(fā)生。 而礦井通風(fēng)的關(guān)鍵就是礦井風(fēng)機(jī)的主要作用，因此風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的研究具有重大的意義。中國煤礦事故中近60%以上的事故是由于瓦斯?jié)舛冗^高引起的,而中國煤礦主扇風(fēng)機(jī)監(jiān)測幾乎全部采用的是老式的模擬儀表,工作人員必須定時到現(xiàn)場抄表,而且對風(fēng)機(jī)通風(fēng)量幾乎沒有實(shí)現(xiàn)在線測量。 由于我國煤炭成形的自然條件和地質(zhì)條件的多變，生產(chǎn)條件復(fù)雜，自然災(zāi)害較為嚴(yán)重。目前，全國煤礦百萬噸死亡率高達(dá)3左右，其中以瓦斯煤塵爆炸惡性死亡事故為最。據(jù)統(tǒng)計，2001年，全國共發(fā)生煤礦事故2384起，死亡6078人。2003年，全國共發(fā)生煤礦事故4143起，死亡6424人。2005年全國共發(fā)生煤礦事故3341起，死亡5986人。在“先抽采、監(jiān)測監(jiān)控、以風(fēng)定產(chǎn)”方針的指引下，我國科研人員和煤礦職工在自力更生、艱苦奮斗基礎(chǔ)之上，共同努力，不斷學(xué)習(xí)國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，取長補(bǔ)短，使我國煤炭安全生產(chǎn)技術(shù)和信息化程度有了長足的進(jìn)展和提高。 國外煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用早于我國，技術(shù)也較我國成熟。,，[51。在技術(shù)上采用先進(jìn)的煤礦安全實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)，在井下通過各種高級傳感器取得現(xiàn)場各種數(shù)據(jù)，利用數(shù)碼攝像頭將采掘現(xiàn)場的實(shí)時畫面通過網(wǎng)絡(luò)傳到總控制室，并以各種形式顯示。美國不斷加強(qiáng)煤礦安全立法、執(zhí)法和各種教育工作，同時加大了對新技術(shù)的采用，最終使煤炭產(chǎn)量大幅度增長，勞動生產(chǎn)率成倍提高，安全狀況大為改善，生產(chǎn)成本明顯降低，工效水平明顯提高，煤礦從業(yè)人員逐年減少，人均年煤炭產(chǎn)量逐年增加。英國設(shè)立了礦山安全的監(jiān)查機(jī)構(gòu)，對政府負(fù)責(zé)，同時加大對新技術(shù)和新設(shè)備的推廣，使用和加強(qiáng)各種層次的安全培訓(xùn)。英國的煤礦安全的發(fā)展對世界許多國家的煤礦的健康發(fā)展都起到了積極的作用。俄羅斯己經(jīng)建立了區(qū)域預(yù)測預(yù)報專家系統(tǒng)，將突出煤層劃分為突出危險區(qū)和非突出危險區(qū)，從而解放了一大片煤層，降低了突防工程量。將這些問題和解決方法都存儲在知識數(shù)據(jù)庫里，為新技術(shù)的革新作了大量的儲備，并將在未來幾年會全面投入使用。這些國家針對不同的突出煤層研究了相應(yīng)的配套防瓦斯突出措施及裝備，俄羅斯利用聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)對采掘工藝進(jìn)行了隨機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)了工作面作業(yè)的自我保護(hù)。 隨著控制、計算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)展，信息交換溝通的領(lǐng)域正在迅速覆蓋從工廠的現(xiàn)場設(shè)備層到控制、管理的各個層次，覆蓋從工段、車間、工廠、企業(yè)乃至世界各地的市場。組態(tài)軟件的應(yīng)用就是順應(yīng)這一形勢發(fā)展起來的新技術(shù)。隨著我國改革開放不斷深入發(fā)展，國民經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，生產(chǎn)力、生產(chǎn)關(guān)系發(fā)生了質(zhì)的飛躍。過去長期我國煤炭產(chǎn)量一直徘徊在8至10噸，到1 0年時間煤炭產(chǎn)量翻一番，一躍成為世界第一產(chǎn)煤大國。煤礦向著大型化、信息化、現(xiàn)代化迅猛發(fā)展，急切需要高新技術(shù)裝備，特別是數(shù)字技術(shù)產(chǎn)品?，F(xiàn)有的術(shù)裝備日益不能滿足安全生產(chǎn)的要求，目前煤礦裝備相當(dāng)一部分還是蘇聯(lián)援助中國時的五十年代技術(shù)，有的雖有改進(jìn)，但還是遠(yuǎn)不能滿足數(shù)字時代安全的要求。煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)正是基于上述前提下提出的。煤礦風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要由系統(tǒng)上位機(jī)（監(jiān)控主機(jī)），通信適配卡（器），中繼器，總線轉(zhuǎn)換網(wǎng)橋和系統(tǒng)智能節(jié)點(diǎn)五種類型的節(jié)點(diǎn)組成。傳統(tǒng)的系統(tǒng)方案中，系統(tǒng)上位機(jī)采用集中控制方式，在實(shí)際施工以及系統(tǒng)運(yùn)行過程中，集中式礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)存在接線復(fù)雜、維修困難、危險集中等缺點(diǎn)。煤礦生產(chǎn)中安全問題是最關(guān)鍵的問題，在煤礦監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用成本低、功能全、性能可靠的現(xiàn)場總線技術(shù)已逐漸成為節(jié)約成本，確保安全的必要手段。 煤礦井下監(jiān)測點(diǎn)星羅棋布、系統(tǒng)龐大、傳輸距離遠(yuǎn)、生產(chǎn)環(huán)境惡劣，作為一種具有本安性的分布式智能網(wǎng)絡(luò)，本軟件結(jié)合PLC能將監(jiān)測點(diǎn)做到徹底的分散(在一個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)可帶32000多個節(jié)點(diǎn))，可以滿足礦井安全監(jiān)控的要求。環(huán)境參數(shù)主要有瓦斯?jié)舛取L(fēng)速、溫度、風(fēng)筒壓力等,每一種需要監(jiān)測的參數(shù)和控制儀器都對應(yīng)相應(yīng)的智能節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)通過收發(fā)器接入總線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，也可以與上位機(jī)進(jìn)行通信實(shí)現(xiàn)必要的監(jiān)控。[2] 礦井主扇風(fēng)機(jī)是向井下送風(fēng)的重要設(shè)備，也是大型耗能設(shè)備，對其實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測監(jiān)控，使之始終運(yùn)行在良好狀態(tài)，對于保障煤礦安全生產(chǎn)，保護(hù)礦工生命和企業(yè)財產(chǎn)安全，保證企業(yè)節(jié)能提效具有重要意義。主扇風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)的起、停和正反轉(zhuǎn)的全自動化控制,運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時監(jiān)測、存儲和數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布與共享。系統(tǒng)帶有冗余設(shè)計,可以封鎖PLC 信號,進(jìn)行手動控制。 (2）自動化集成度高 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了主扇風(fēng)機(jī)的自動化控制,自動采集了風(fēng)機(jī)幾乎所有的運(yùn)行參數(shù),并能實(shí)現(xiàn)異常時的報警。同時系統(tǒng)留有擴(kuò)展空間,可對主扇風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)在線智能故障診斷。操作人員必須按用戶名和對應(yīng)密碼登錄,才能操作相應(yīng)區(qū)域。 該系統(tǒng)主要由PLC測控系統(tǒng)、上位機(jī)冗余組態(tài)軟件系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)三大部分組成。2 礦井通風(fēng)與主扇的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 煤礦主扇是大功率長時連續(xù)運(yùn)行的大型設(shè)備，耗電量高，據(jù)統(tǒng)計，1986年我國統(tǒng)配煤礦在運(yùn)轉(zhuǎn)的主扇共1078臺，總功率為367084kW，平均效率為52,8。全國統(tǒng)配煤礦平均主扇電耗占全礦總電耗的聲%左右，部分礦井高達(dá)2025%。 金源礦地面主扇風(fēng)機(jī)使用的是山東淄博風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的對旋式軸流風(fēng)機(jī)2臺。 風(fēng)機(jī)的主要特點(diǎn)是: 該風(fēng)機(jī)采用電機(jī)與葉輪直聯(lián)的方法，簡化了傳動結(jié)構(gòu)，改變了當(dāng)前煤礦抽出式軸流風(fēng)機(jī)全部采用皮帶輪傳動或長軸傳動的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，使維修和操作方便。電機(jī)置于全封閉型，并具有一定耐壓強(qiáng)度的密閉散熱罩中并于外界非瓦斯氣相通。 風(fēng)機(jī)與擴(kuò)散器之間設(shè)置后導(dǎo)葉，以提高靜壓效率，使得節(jié)能效果顯著。 葉輪的葉片安裝角度可以調(diào)整，其范圍為:30度、33度、36度、39度、42度五個角度級。 該機(jī)配置了防止摩擦火花裝置，確保了整機(jī)安全防爆性能。 主通風(fēng)機(jī)是煤礦的四大固定設(shè)備之一，為了保證通風(fēng)的安全正常持續(xù)運(yùn)行，通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)有以下幾部分，其中有兩個風(fēng)洞，互為備用。 (1)地面風(fēng)道閘門:風(fēng)機(jī)入口前設(shè)垂直閘門，主要用來調(diào)節(jié)風(fēng)量和倒換風(fēng)機(jī)。 (3)風(fēng)門電機(jī):主要來開關(guān)風(fēng)道閘門，為38OV低壓電機(jī)，容量為1kIV。礦地面主扇風(fēng)機(jī)還有兩個旋轉(zhuǎn)風(fēng)們用于檢修時風(fēng)道的入口。 由于在礦地面主扇風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中，采用的風(fēng)機(jī)是無法實(shí)現(xiàn)調(diào)速的軸流式風(fēng)機(jī)，所以風(fēng)量的調(diào)節(jié)只能依靠兩個垂直風(fēng)門提起的高度，和調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)扇葉的數(shù)量和角度。 風(fēng)機(jī)的供電系統(tǒng)采用了室外箱式一體化結(jié)構(gòu)。 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的主要設(shè)備: (1)高壓電機(jī):高壓電機(jī):每臺風(fēng)機(jī)安裝有兩臺6kv高壓異步電動機(jī)，電機(jī)容量為315kW。 (2)變壓器:為了保證附屬設(shè)備的可靠工作，安裝了兩臺50kva，為低壓柜提供供電。 (3)進(jìn)線柜:包括兩臺進(jìn)線柜，為風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的兩臺進(jìn)線開關(guān)。 (5)換向柜:兩臺換向柜，由接觸器組成。 (6)箱變房:采用一體化設(shè)計，外觀整潔大方，按功能劃分為高壓配電室，低壓配電室，變壓器室，PLC控制室。 （1）實(shí)現(xiàn)主扇經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的對策與措施 如前所述，影響主扇經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的因素較多，因此，欲要實(shí)現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行必須從通風(fēng)設(shè)計、設(shè)備選型、生產(chǎn)安排、通風(fēng)系統(tǒng)、工程質(zhì)量和科學(xué)管理等多方面采取措施。但關(guān)鍵是通風(fēng)設(shè)計合理，并符合實(shí)際，通風(fēng)設(shè)計實(shí)質(zhì)上有兩大中心任務(wù):一是確定通風(fēng)系統(tǒng)，二是選擇風(fēng)機(jī)。據(jù)此，合理地確定通風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)不變化或變化的時間區(qū)間。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)合理是通風(fēng)系統(tǒng)合理的重要內(nèi)容。在確定礦井通風(fēng)設(shè)計方案時，要認(rèn)真擬定23個可行的方案進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和安全比較，權(quán)衡利弊慎重確定。計算的風(fēng)量與實(shí)際符合程度，將決定實(shí)際工況點(diǎn)與設(shè)計工況點(diǎn)是否接近，即決定主扇是否在高效區(qū)運(yùn)行。因此，瓦斯涌出量預(yù)測的準(zhǔn)確程度至關(guān)重要。這就要求在通風(fēng)設(shè)計之前，要準(zhǔn)確地進(jìn)行風(fēng)溫預(yù)測。 （2）主扇服務(wù)期內(nèi)其最大和最小的工作壓力預(yù)算準(zhǔn)確 礦井通風(fēng)阻力是選擇主扇的另一個主要參數(shù)。在此基礎(chǔ)上計算主扇的最大和最小工作壓力。選擇風(fēng)機(jī)的原則是: ①選擇效率高、高效區(qū)寬的風(fēng)機(jī)。 ②保證通風(fēng)困難和通風(fēng)容易兩個時期的工況點(diǎn)均在合理工作范圍之內(nèi)。當(dāng)工況點(diǎn)變化大時應(yīng)選擇小容量的低速電機(jī)或雙速電機(jī)，避免出現(xiàn)投產(chǎn)初期負(fù)荷小風(fēng)機(jī)能力大的大馬拉小車的局面。 實(shí)際生產(chǎn)布局應(yīng)盡量按設(shè)計進(jìn)行安排 正確處理生產(chǎn)和通風(fēng)的關(guān)系對于實(shí)現(xiàn)主扇經(jīng)濟(jì)運(yùn)行至關(guān)重要。通風(fēng)設(shè)計時以生產(chǎn)布局為依據(jù)，因此在實(shí)際安排生產(chǎn)的過程中，除遇到地質(zhì)構(gòu)造變化等特殊情況外，均應(yīng)按照設(shè)計進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)有計劃的均衡生產(chǎn)，使實(shí)際與設(shè)計相符合，在遇到地質(zhì)構(gòu)造和變化等特殊情況不能按設(shè)計安排時，也應(yīng)考慮合理的配產(chǎn)和配風(fēng)，使各采區(qū)和通路形成的阻力盡量與設(shè)計參數(shù)相接近。盡管在設(shè)計時考慮得較充分，但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于礦并開采技術(shù)條件(地質(zhì)構(gòu)造、沼氣涌出量等)，生產(chǎn)條件(產(chǎn)量、生產(chǎn)布局和生產(chǎn)工藝等)仍可能發(fā)生或多或少的變化，這些變化就會導(dǎo)致礦井阻力和需風(fēng)量與設(shè)計時不同。為了使風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)始終處于合理的范圍內(nèi)，就必須及時而合理地進(jìn)行工況調(diào)節(jié)，而且在設(shè)計時就應(yīng)根據(jù)預(yù)測的調(diào)節(jié)量和調(diào)節(jié)時間長短，擬定合理的調(diào)節(jié)方案和設(shè)備，為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)調(diào)節(jié)創(chuàng)造條件。該系統(tǒng)的研制遵循了微控制器應(yīng)用系統(tǒng)研制的規(guī)范化步驟，主要從以下幾方面加以考慮。例如:對測量對象的精度要求，跟蹤速度，可靠性等級，被控對象的調(diào)節(jié)精度以及各種待測參數(shù)的形式等。在總體方案的確定過程中，還對所選各部分電路、元器件和各實(shí)測點(diǎn)傳感器進(jìn)行綜合比較。該系統(tǒng)還涉及到與 廠方的協(xié)作，故接口方式、通信協(xié)議、用戶程序要求等也在總體方案中大致規(guī)定。硬件和軟件是PLC控制系統(tǒng)的兩個重要方面，硬件是基礎(chǔ)，軟件是關(guān)鍵?？紤]的原則是:軟件能實(shí)現(xiàn)的功能盡可能由軟件來實(shí)現(xiàn)，以便簡化硬件結(jié)構(gòu)，還可降低成本。此外，由軟件實(shí)現(xiàn)的硬件功能，其響應(yīng)時間要比直接用硬件實(shí)現(xiàn)長，而且還占用了MCU的工作時間 。 4)系統(tǒng)的調(diào)試、運(yùn)行和維護(hù) 程序的上機(jī)調(diào)試是檢驗(yàn)程序正確性的一個重要標(biāo)志，包括分塊調(diào)試和系統(tǒng)聯(lián)調(diào)兩個階段。[5]在講述方案之前，應(yīng)考慮系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)的主要功能：系統(tǒng)主要功能： 實(shí)時監(jiān)測風(fēng)機(jī)風(fēng)壓（靜壓、全壓）、風(fēng)速風(fēng)量、軸承溫度、定子溫度、電網(wǎng)電流、電壓、功率、電機(jī)與風(fēng)機(jī)效率、風(fēng)峒大氣參數(shù)（溫度、濕度、大氣壓力）等風(fēng)機(jī)運(yùn)行各種參數(shù)； 監(jiān)測風(fēng)門位置、風(fēng)機(jī)開停狀態(tài)、反風(fēng)信號和電機(jī)編號等風(fēng)機(jī)運(yùn)行多種狀態(tài)信息； 控制風(fēng)門開/關(guān)、風(fēng)機(jī)啟/停； 自動閉鎖控制，保證系統(tǒng)安全； 具有現(xiàn)場控制、遠(yuǎn)程控制、手動控制等多種控制方式；在控制中心，通過32′液晶電視對風(fēng)機(jī)機(jī)房進(jìn)行24小時監(jiān)視，通過網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器實(shí)現(xiàn)24小時遠(yuǎn)程監(jiān)視。本章主要論述該系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計。一些由硬件實(shí)現(xiàn)的功能可用軟件來實(shí)現(xiàn)，反過來一些由軟件實(shí)現(xiàn)的功能也可用硬件來完成。但是用軟件實(shí)現(xiàn)硬件的功能可以簡化硬件結(jié)構(gòu)，提高硬件電路的可靠性，還可降低成本，因此在本系統(tǒng)的設(shè)計過程中，在滿足可行性和實(shí)時性的前提下盡可能地將硬件功能用軟件來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)可靠性設(shè)計理論，系統(tǒng)所用芯片數(shù)量越少，系統(tǒng)的平均無故障時間越長，而且所用芯片數(shù)量越少，地址數(shù)據(jù)總線在電路板上受干擾的可能性也就越少，因此單片機(jī)基本系統(tǒng)的設(shè)計思想是在滿足功能的情況下力爭使用較少數(shù)量的芯片。 (3)靈活的功能擴(kuò)展。功能擴(kuò)展時系統(tǒng)應(yīng)該在原有設(shè)計不需要很大改變的情況下，修改軟件和少量硬件甚至不修改硬件就能完成。它包括如下三個部分：系統(tǒng)以西門子SIMATIC S7300可編程控制器為核心，采用1個 電源模塊和1個中央控制器（機(jī)架）。上位機(jī)系統(tǒng)采用完全冗余配置方式，軟件采用國內(nèi)著名品牌北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限公司開發(fā)的MCGS WWW網(wǎng)絡(luò)版組態(tài)軟件，可實(shí)現(xiàn)對底層PLC無縫連接和平滑遠(yuǎn)程控制。 風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測：系統(tǒng)能夠監(jiān)測每臺風(fēng)機(jī)、每臺電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，包括電網(wǎng)電壓、電機(jī)電流、功率因數(shù)、電機(jī)定子溫度、電機(jī)前后軸承溫度、電機(jī)前后軸承XY方向振動、風(fēng)機(jī)前后齒輪聯(lián)軸器XY方向振動、風(fēng)機(jī)機(jī)殼XY方向振動，電氣參數(shù)通過微機(jī)保護(hù)裝置獲得?，F(xiàn)場控制：通過觸摸屏預(yù)制礦井通風(fēng)參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的無級調(diào)速，可以查詢所有風(fēng)機(jī)相關(guān)運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的自動切換、應(yīng)急反風(fēng)、單風(fēng)機(jī)單電機(jī)啟動運(yùn)行、單風(fēng)機(jī)雙電機(jī)啟動運(yùn)行、單風(fēng)機(jī)單（雙）電機(jī)變頻啟動運(yùn)行等多種控制模式。在控制中心，通過32′液晶電視對機(jī)房進(jìn)行24小時監(jiān)視，通過網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器實(shí)現(xiàn)24小時遠(yuǎn)程監(jiān)視中央風(fēng)井的運(yùn)行環(huán)境。系統(tǒng)具備遠(yuǎn)程控制、現(xiàn)場自動控制、現(xiàn)場手動控制三種控制模式，現(xiàn)場手動控制權(quán)限具備優(yōu)先權(quán)，其他兩種優(yōu)先權(quán)限有現(xiàn)場控制中心設(shè)定。 系統(tǒng)能夠向上級提供標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議接口，具備聯(lián)網(wǎng)功能。序號名 稱規(guī) 格數(shù) 量廠 家1工控主機(jī)P4 2臺臺灣研華2顯示器21吋液晶1臺惠普3PLC CPU模塊CPU3141塊西門子4模擬量采集模塊SM3314塊西門子（8點(diǎn)入）5模擬量采集模塊SM3321塊西門子（8點(diǎn)出）6數(shù)字量采集模塊SM321 1塊西門子（16點(diǎn)入）7數(shù)字量輸出模塊SM322 1塊西門子（16點(diǎn)出）8PLC電源模塊PS30701塊