地下工程空气质量监测及通风控制系统设计研究

杨乾鸿，石 峰，姜发海

(华电四川泸定水电有限公司，四川 泸定 626100)

0 前 言

相对于空气质量来说，地下工程与地面工程相比较最大的特点是空气质量差，各种有害气体不易排出，如果不进行实时监测监控并及时排除有害气体，长期累积会对运行人员的身体健康产生很大的影响。目前大部分地下工程靠手持仪器仪表进行检测，具有很大的局限性和随意性，这种方法常常会导致检测不正确，影响地下工程的工作人员的身体健康，已经不能适应现代的地下工程的智能化，自动化的控制要求。

1 系统介绍

某地下工程为国家电网的地下厂房，地下的地质条件多样性，其原设计为靠手持仪器仪表进行检测，存在很大的问题。后经修改，设计安装了地下工程空气质量监测及通风控制系统设备。现场管理人员可以在中央控制室监测地下空气质量的所有数据，通过对监测的数据进行分析，如地下空气质量不符合要求，地下空气监测系统设备进行自动报警处理；还可以联动控制地下厂房的通风设备进行通风换气，使地下空气质量达标；地下工程空气质量监测监控系统自动对每天的数据进行更新、存储、对比、分析，对地下厂房经常出现空气质量不达标的地点进行预测及预警，可做到无人值守、自动检测、数据及报警信息自动保存。

2 监测监控要求

2.1 系统监测监控要求

中心服务器通过系统网络与各现地监测控制单元进行通信，实现对整个系统所有分单元的监视、控制和管理。

参数设定及控制功能：根据运行情况需要，组合编排系统监测的时间，并对各现地监测控制单元的测量参数整定值进行设定。

数据采集、报警及处理功能：自动定期采集整个系统的运行数据及运行状态信息，越限时发出报警信号。

图形显示及打印功能：可显示全厂空气质量和某些特定区域空气质量的动态画面、曲线图、操作流程框图，在报警时自动推出相关报警画面，操作时能够推出相关指导画面。系统可打印运行报表及事件、报警、人工输入信息等报表。

掉电保护和自动恢复功能:电源恢复时应能自动恢复各设备运行状态，并自动恢复到掉电前的运行状态。

运行管理及设备维护管理:对系统内的主要设备建立档案，记录存储两年以上的环境空气质量数据及设备运行状态，报警及故障记录。

系统与电站计算机监控系统的联系：空气质量监测监控系统自成体系，系统可通过I/O接口以无源接点方式和串行口通信方式与电站计算机监控系统联系。

2.2 系统现地监测监控设备功能

现地监测监控设备具有自诊断功能，可对硬件设备或软件进行在线或离线诊断，在出现故障时能自动维持设备运行状态不变。

现地监测监控设备应能接受上位控制机的运行参数设定，即：现地监测监控设备自动检测各测点的各种空气质量参数；现地监测监控设备独立进行系统自动监测监控；现地监测监控设备故障自动诊断与报警；与服务器保持通信，在通信通道故障时给出报警；自动上传测量数据及运行情况、随时接收上位控制机发出的命令并自动执行。

具有掉电保护功能。

3 系统监测监控参数

按照《水电工程劳动安全与工业卫生设计规范》(NB35074-2015)室内空气质量标准规定，系统测量的参数有：二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、二氧化碳、氨、臭氧、甲醛、苯、甲苯、二甲苯、苯并笓、所吸入颗粒、总挥发性有机物等。

4 系统组成及设计

系统组成如图1所示，空气质量监测监控系统采用网络通讯进行组网，以中心服务器为主站，各区域的现地监测监控设备为从站，在各个现地监测监控设备设置操作显示屏。系统硬件组成有DELL740服务器一台、网络交换机四台、UPS电源一台、现地监测监控设备若干，其中UPS电源为服务器在紧急断电的情况下供电。现地监测监控设备提供设备的运行状态，故障状态，同时提供二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、二氧化碳、氨、臭氧、甲醛、苯、甲苯、二甲苯、苯并笓、所吸入颗粒、总挥发性有机物的数据参数，通过网络通讯上传到中心服务器上进行处理。空气质量监测监控系统中心服务器位于中央控制室，现地监测监控设备位于全厂各监测监控点。

图1 空气质量监测监控系统

5 组态软件设计

5.1 界面设计

系统采用FameView 组态，FameView 组态具有高性能组态监控 SCADA 软件平台及设备数据表，采集点2000点及50万变量，主控画面内容丰富，功能齐全。服务器的主画面功能如图2所示。其主要功能有：

图2 服务器主画面功能示意

(1)可视化的界面。系统可根据监测监控的需要，设计了数据库、报表、控制功能键、联动输出功能键，报警功能及数据实时显示。

(2)参数及变量的设定。系统的报警参数设定在组态软件中有对应的格式进行设定，变量在组态功能与对应现场监测监控的I/O接点及存储器之间相对应，通过网络进行传输及控制。

(3)系统的层次。根据系统实际监测监控的需要，系统分为两个层次：系统的服务器管理界面层次和各现地监测监控设备的界面。系统的服务器管理界面层次显示了系统所有设备的工作状态，全厂区域检测的二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、二氧化碳、氨、臭氧、甲醛、苯、甲苯、二甲苯、苯并笓、所吸入颗粒、总挥发性有机物的实时数据及曲线图，报警事件及超标的数据，所有设备的运行数据记录表，系统各时期的数据对比，各超标报警事件的与通风系统控制联动记录，系统管理人员的登录管理。现地监测监控设备的界面独立成系统，也在服务器管理界面层次管理下统一运行。

5.2 系统功能介绍

空气质量监测监控系统的自动报警控制处于自动状态时，各现地监测监控设备对区域内的空气按设定程序进行检测，如有超标数据系统启动报警程序进行报警处理。

空气质量监测监控系统处于手动状态时，各现地监测监控设备对区域内的空气检测需要手动控制进行，检测的数据进行处理后有超标数据，系统需要手动启动报警程序进行报警处理。

空气质量监测监控系统的通风联动控制系统根据检测的空气质量数据进行分析，满足启动通风联动系统的要求，通过网络传输把指令发送到相对应的通风控制系统，进行联动控制风机启动。具体过程如图3所示。

图3 通风联动控制系统分析流程

空气质量监测监控系统的故障报警控制系统出现故障报警，在服务器管理界面层次对应的图标进行闪烁及小警报声报警，同时下发给对应的现地设备进行现场故障报警，现地设备自检到故障进行现场报警同时上传给服务器管理界面层次进行报警。

系统实现实时数据的监视、显示及全厂的空气质量的现地监测监控设备的运行状态监视及数据管理，全厂的二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、二氧化碳、氨、臭氧、甲醛、苯、甲苯、二甲苯、苯并笓、所吸入颗粒、总挥发性有机物的实时数据都在服务器管理界面层次显示、分析处理、对比及记录。

空气质量的现地监测监控设备通过现地的触摸屏可以进行控制，并能显示本区域的二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、二氧化碳、氨、臭氧、甲醛、苯、甲苯、二甲苯、苯并笓、所吸入颗粒、总挥发性有机物的数据的实时情况。

空气质量的现地监测监控设备与通风系统的联动，当现地监测监控设备监测到对应区域的空气质量超标，启动报警并上传实时数据及报警信号，通过服务器发出联动信号给通风系统，启动对应区域的通风设备进行通风换气直至该区域的空气质量恢复正常，通风系统继续运行20 min才恢复初始状态。

空气质量的现地监测监控设备设置，在交通洞、母线洞、出线洞等的区域，每20 m设置一套现地监测监控设备，其他区域如主副厂房、水轮机层、设备间每100 m2设置一套现地监测监控设备。

6 结 语

系统经过一段时间的运行实践表明，该空气质量监测监控系统具有灵敏度高、智能化水平高，运行可靠、操作简便，维护费用及开支少的优势，其智能的人机界面为运行维护管理人员提供一个优质管理操作平台，很好地解决了当前地下工程的空气质量监测监控困难自动化、智能化程度不高的问题，保障了电站的运行维护人员的职业健康，保证了水电工程劳动安全和卫生安全，为电站的安全运行提供可靠的保障。