井下通风机远程监测与控制装置的研制

吴已成，王先敏，江梓怀

（江西铜业股份有限公司 武山铜矿，江西 瑞昌 332204）

1 引言

武山铜矿是一座井采铜矿山，井下含有各种粉尘及有害气体，当这些气体达到一定浓度时，对人体产生危害。为保障井下安全生产，利用24 h运转的通风机［1-3］，将粉尘及有害气体排出，保证井下的空气质量。

若井下通风机因故障而停止运行，在地表既无报警装置，也无监控系统，极易延误通风机的重新启动，从而存在安全隐患。本设计研制一种基于PLC控制的远程监测与控制装置，可监测与控制［4-7］井下通风机，具有良好的稳定性。

2 监测与控制系统的理论及模拟分析

2.1 系统报警流程

井下通风机发生故障时，报警信息传递至地表越快，工作人员修复越及时，图1为系统报警流程图。监测装置捕获通风机状态，判断出故障后通过监测装置发送报警信号至地表调度室，提醒工作人员风机出现故障。

图1 系统报警流程图

2.2 模拟报警时间

如表1所示，模拟井下风机故障，报警传递至地表所需时间大约为10 s。

表1 报警环节模拟分析表 s

3 监测与控制系统的设计方案

3.1 功能单元设计

监测与控制装置应具备如下功能：

（1）风机的状态（温度、电压、电流）能实时反馈至地表；

（2）在地表对风机进行远程控制（正转、反转、运行、停止）；

（3）故障时可停机报警；

（4）能储存历史记录数据。

若要实现上述功能，需要图2的单元设计方案。系统需要智能处理单元、数据显示单元、保护单元、电铃报警单元和光纤传输单元。

图2 设计方案树图

3.2 控制柜设计

控制柜共有两个，一个放置井下，另一个放置地表调度室，控制柜的设计如图3、图4。

图3 井下控制柜设计图

图4 地表控制柜设计图

3.3 工作原理

（1）开关电源给光纤通信中继器及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信中继器及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，传输给光纤通信中继器及PLC控制器。

（4）24V继电器连接端子排1，将光纤通信中继器及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4～20mA的模拟信号，传输给光纤通信中继器及所述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0～5A电流变成4～20mA模拟信号，传输给光纤通信中继器及所述PLC控制器。

4 实施过程

4.1 搭建以PLC为核心的智能处理系统平台

利用博图软件对PLC核心运行参数设置；运行主频最佳值为100MHz，每个端口利用万用表进行逻辑判断功能测试；如表2所示，智能处理系统平台组装合格，引脚接口导通正常、功能准确。

表2 PLC测试情况表

4.2 组装无纸记录仪

将无纸记录仪连接控制器，并进行通电测试。如表3所示，实测值与参考值相近，数据显示准确。

表3 无纸记录仪测试情况表

4.3 编写并录入保护程序

针对通风机的温度（＞75℃）、电压（＜250V）、电流（＞300A），编写上下限保护程序并进行测试，测试结果见表4。根据表4所示，当电机轴承温度超过75°、绕组温度超过110°、电压值低于250V、电流值大于300A时，系统会自动报警停机。

表4 保护动作测试结果统计表

4.4 控制柜接线安装及调试

运送控制柜至-160m接线安装，在地表监测通风机的启停，如表5、表6所示地表数据显示正常，实现对风机的实时监测。

表5 风机监测模拟量实验数据表

表6 风机监测数字量实验数据表

5 实验验证

监测装置于2020年11月15日研制成功，11月17日开始试运行。图5为控制柜实物图，图6为报警画面，遇到低电压和过电流会自动报警停机。

图5 控制柜实物图

图6 报警列表图

从2020年12月至2021年2月的三个月时间内，共有发出5个报警信息，从井下通风机到地表调度室所花费的时间（以下简称获知时间）统计表见表7。

表7 井下通风机故障获知时间统计表

6 结语

本次课题成功研制监测装置，实现了井下通风机24h的实时监测，能够及时有效获知风机故障。从人员定时看管到机器的实时监测，在一定程度上改变了企业设备的管理模式，提高了工作效率。

本装置能够实时监测设备的状态，完成远程报警，具有很强的推广价值。可将该技术应用于其他重要设备的监测，全面提升各项设备管理水平，有效预防与缓解井下危险事故的发生。