关于FBCDZ 22250 型矿用通风机实时监控系统的设计研究

王荣华

（山西世德孙家沟煤矿有限公司， 山西 忻州 036600）

引言

通风机因其体积小、结构紧凑、工作效率高、风量大、噪音小、输送风的能力强等优点，被广泛应用于矿井、工厂环境、隧道、冷却塔系统等行业。通风设备在实际应用中起到了重要的作用，尤其在矿井下应用通风系统，对井下开采作业人员的安全起着重要作用。矿井通风系统可有效降低井下有害气体浓度，改善空气质量，从而可有效保障人员安全并提高企业生产效率[1-2]。

1 FBCDZ 22250 型矿用通风机

井下通风系统按功能的划分可以分为三种子系统：主通风系统、辅助通风设备、局部通风设备。其中主通风系统起到主要通风作用。现对改造项目通风系统的布置情况做简要说明，通风系统主要硬件设备包括：主通风机、风门以及通风管道。其中主通风机使用的是FBCDZ 22250 型矿用通风机，两台通风机安装于巷道中，风门的主要功能是提供通风系统的维修口，其次可实现系统运行时对风量的控制。通风管道的布置主要用于对空气的输送和导向[3]。

对项目中所选择的FBCDZ 22250 型矿用通风机做简要说明，通风机主要结构如图1 所示，集流器主要作用是改善流体状态，提高进气效率。通风机进出口消音器主要作用为减小气流导致的设备振动。通风机扩压器主要作用是回收风机的动压能，有效提高静压比例，达到节能的效果。电动机为通风机的动力来源，该通风机为两级叶片结构，采用双级对称旋转结构，减小了流体的能量损失，提高了整机的效能[4]。

图1 通风机结构图

2 监控系统的总体设计

2.1 系统设计目标

基于现有通风系统改造项目，提出系统设计的总体改造目标，简要对系统设计目标进行说明：

1）系统需实现对通风系统的远程监测、控制，监测系统接入互联网；

2）可实现实时跟踪查询、监控；

3）各控制系统的监测终端均具备良好的数据接口，可接入工业以太网，实现数据的交互；

4）可监控系统运行状态，并对监控数据进行统计分析；

5）能够实现对通风机、变频器等自动化控制。

2.2 硬件总体结构设计

下页图2 为矿井主通风在线监控系统设计结构示意图，该监控系统主要构架由三部分组成，分别是现场测量系统、基础控制系统和监控系统。

1）现场测量系统。现场测量系统主要由温度传感器、变频器等部件组成，其功能是对通风机关键参数，如温度、振动情况、电量消耗、风速等信息进行采集并分析。

2）基础控制系统。对系统的基础控制系统的建设，其主要核心是控制器，并由以太网模块等组成，主要作用是按程序设定值对信号进行分析与处理。

图2 矿井主通风在线监控系统设计结构

3）监控系统。主要负责对传感器所采集的信号进行分析，可以实现对数据的接收、显示、存储等，可对监控信息进行管理，完成监控工作[5]。

2.3 系统功能

根据设计的实际需要，对监测系统功能提出了各种功能性要求。主通风机的变频控制功能为根据监测的数据，及时对通风机输出功率进行控制，变频技术可实现对通风机的平稳控制。对通风机关键参数的监测能力，主要是对电机相关参数的监测。

3 系统硬件的设计

根据《电业安全规程》和《煤矿安全规程》的要求，井下通风机监控系统采用了两套独立的供电系统，对通风机进行供电的是6/0.6 kV 的低压变电所，低压配电柜为通风机可提供0.6 kV 的电源，下面对主要的系统硬件做简要介绍[6]：

1）变压器。主通风机系统低压配电柜的两个独立电源是由2 台变压器组成，选择的型号为S11-1000/6/0.4 kV，容量为1 000 kVA。

2）PLC 控制器。项目中选择了SIEMENS 公司的SIMATIC D8-450 系列PLC 控制器，其具有体积小、可靠性好、输入接口丰富等优点。

3）变频器。主要选用了ABB 公司生产的型号为CS500-03S 的变频器，ABB 长期以来在该领域都有性能稳定可靠的产品，该型号产品根据项目的实际需要，具有可靠性好，适应性强的优点。

4）通风机振动传感器。为了检测通风机在不同方向的振动情况，本设计方案中选择了DWV-CZ20型振动传感器，可实现信号的采集和数据传输。

4 系统软件的设计

首先根据通风监控系统需要达到的各项功能要求，对整个井下通风系统工艺过程、控制要求、性能参数等进行分析，提出对软件的总体结构设计，主程序下嵌套多个子程序，其中包括：高压进线柜子程序、低压进线柜子程序、母线联络柜子程序、单双级选择子程序、变频器控制子程序、模拟量采集子程序、PID 子程序等，如图3 所示。

图3 软件程序结构框图

监控系统软件以及系统数据库的建立均采用第三方专业程序编辑公司合作完成，编程软件采用Siemens 公司的STEP8-Micro/WIN 软件，数据库的创建采用Microsoft 公司的SQL Server 管理系统创建，其具有交互性好、易于学习等诸多特点。

5 结论

1）以某矿业公式一矿井通风系统系统化改造为研究对象，应用自动化监测、控制方案提高矿井通风效能。先拟定通风监控系统的总体方案，在硬件方面对控制电路、监控系统硬件、设备选型等进行设计研究。在监控系统软件设计时，主要对系统模块、功能进行设计。

2）监控系统软件以及系统数据库的建立均与专业程序编辑公司合作完成，编程软件采用STEP8-Micro/WIN 软件，数据库创建采用Microsoft公司的SQL Server 管理系统。最后，完成了上位机监控软件的设计，并实现了监控系统的总设计，系统整体达到了设计目标，有力保障了井下作业的安全，同时为井下通风系统的设计提供了有力参考。