基于PLC和光纤中继器控制的远程监测装置

钱厂生，王先敏，王 鑫，骆 宇，芦 安

（江西铜业集团有限公司 武山铜矿，江西 瑞昌 332204）

武山铜矿是一座井采铜矿山，采矿以地下作业为主。由于地下构造的复杂性，经常出现各种成分复杂的有毒有害气体，到达一定浓度时，对人体产生危害。为满足井下工作人员呼吸所必须的新鲜空气，需采用通风机将井下的有害气体排出，输送新鲜空气。通风机需24小时运转，保证井下的空气输送。当夏季打雷闪电时，武山铜矿北配电站偶尔会保护跳闸，在地面上无法判断井下设备是否正常运行。但井下通风机通常设在巷道偏远地方，通常这些巷道行人稀少，无法实时监测，相对维护较少，不易操作控制。自然巷道时常有松石掉落，安全系数较低，存在一定安全隐患。且每天的需两名工作人员下井巡检，耗费人力和精力。

随着科学技术的不断提升与突破，井下通风设备及系统的创新力度也不断提升。目前，井下采矿通风自动化控制已经成为井下重要应用技术该系统可以实现自动化调节及控制，不仅提升了效率而且做到了节能减排。井下采矿通风自动化控制系统主要是通过远程控制中心，将井下信息情况进行实时监测，并采用安置摄像头及感应装置等，为防止风险产生及隐患存在提供提前预警服务，从根本上起到降低与消除井下作业开采安全隐患等问题。本设计提供了一种基于PLC控制器和光纤通讯中继器控制器相结合的装置，是两套相互独立的系统，可同时监测与控制井下通风机，具有良好的稳定性。

1 监测与控制系统的结构及工作原理

1.1 控制柜结构

如下图1所示，控制柜由1、开关电源，2、断路器，3、光纤通讯中继器，4、PLC控制器，5、220V继电器，6、信号隔离器，7、24V继电器，8、电压变送器，9、电流变送器，10、端子排组成。

图1 控制柜结构图

开关电源与断路器连接，断路器与PLC控制器及光纤通讯中继器连接，220V继电器连接与PLC控制器及光纤通讯中继器连接，信号隔离器与PLC控制器及光纤通讯中继器连接，24V继电器与PLC控制器及光纤通讯中继器连接。端子排分别与220V继电器、24V继电器和电压变送器连接。

图2 控制柜实物图

1.2 元器件作用

模拟量数字量混合光纤光纤中继器：可同时支持1~4通道模拟量信号（电流/电压）、1~4通道开关量/数字量信号、以及1路RS232/RS485信号的光纤中继。该设备采用双电源供电，高性能ARM芯片处理器，10位AD转换芯片，解决了电磁干扰、地环干扰和雷电破坏的难题，大大提高了控制信号可靠性、安全性和保密性，同时也解决了电缆传输距离受限的问题。

MIK-DJV系列交流电压变送器：用于测量交流电压，特别使用于工频 50Hz 正弦波交流电压。最佳的性能/价格比，耗电损，体积小，重量轻，安装简便，测量电压直接输入。

MIK-DJI系列接线式交流电流变送器：用于测量交流电流，特别使用于工频50Hz 正弦波交流电流。最佳的性能/价格比，耗电损，体积小，重量轻，安装简便，穿孔输入，无插入损耗。

1.3 工作原理

（1）开关电源给光纤通讯中继器及PLC控制器供电。

（2）220V继电器连接端子排，将井下通风机启动、运行、故障、正转、反转、停止等状态反馈给光纤通讯中继器及PLC控制器。

（3）井下温度巡检仪传输的模拟信号通过信号隔离器将电机温度分成两个信号传输给光纤通讯中继器及PLC控制器。

（4）24V继电器连接端子排1，将光纤通讯中继器及PLC控制器的启动、运行、故障、正转、反转、停止等控制指令传递给井下通风机。

（5）电压变送器连接端子排将井下通风机380V电压转变成4mA~20mA的模拟信号传输给光纤通讯中继器及所述PLC控制器。

（6）电流变送器串接现场电流互感器二次回路，将回路的0A~5A电流变成4mA~20mA模拟信号传输给光纤通讯中继器及所述PLC控制器。

1.4 故障监测代码

以上代码可实现对电压、电流、温度实现实时故障监测。当电压低于250V、电流高于300A或温度高于110°C时，该段程序会进行故障显示并停机保护。

图3 1号故障显示

图4 1号电流显示

图5 程序段5代码

2 调试安装及试运行

2.1 调试安装

武山铜矿采矿车间通风机远程监测与控制设备于2020年10月15日安装完成。在安装调试过程中，设备出现的主要问题及解决办法见下表。

表1 调试安装故障分析表

2.2 试运行

远程监测与控制系统于2020年11月17日试运行，截至2020年12月17日正常稳定运行了一个月。图6为光纤中继器所控制的无纸记录仪显示的画面，图7为PLC控制器所控制的触摸屏显示画面。两个显示画面中的数据大致相同，根据表2表3所示：电机电压都为400V左右，电机电流都为270A左右，电机温度都为60℃左右。均为正常数值，且可通过显示屏从地面直接控制井下-160通风机的运行、停止、正转、反转。试运行期间未发生异常问题，该控制系统运行可靠。

图6 无纸记录仪

图7 触摸屏

表2 风机数据监测表

表3 风机控制实验数据表

3 结语

井下矿山生产作业的核心实质是稳固安全，而电气自动化控制技术正好有效地解决了相关的安全问题。通过设计一种基于PLC控制器和光纤通讯中继器控制器相结合的装置，可监测与控制井下通风机，有效预防与缓解了矿下危险事故的发生，为提高矿业产量与企业壮大发展打下坚持的保障基础。