摘 要：煤矿主通风机设备的监测系统普遍存在着稳定性差、故障点多、出现问题不易查找、监测内容不全面、通讯接口协议互补兼容等缺点，已无法满足矿井安全生产和自动化管理的需要。本文主要阐述煤矿主通风机如何提高运行的安全性和可靠性，使通风机房具备无人值守条件。
关键词：智能化监控管理；无人值守；故障预警预报；自动化控制
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.05.063
0 引言
主通风机设备主要功能是对环境参数、风机性能参数和电气参数的在线监测以及风机设备的简单控制功能，但不具有自动化控制和管理的功能。这种状况已成为制约煤矿安全生产、提高企业经济效益和自动化管理水平的瓶颈之一。
1 研究实施方案
以主通风机现场参数的采集与监测；自动化控制功能程序的设计；故障诊断算法的设计和系统信息的传输等为主要研究内容。其核心技术主要包括通风机、电机启动系统（降压启动、变频启动及励磁启动）、高压开关柜系统、风门控制系统等设备的故障识别、预报技术，各系统之间信息传输的总线技术、自动化控制算法和可靠性等方面。
（1）系统采用RS485和以太网等现场总线，保证了系统数据传输的可靠性、快速性，有效地屏蔽了现场的各种干扰，提高监测数据的可靠性，将为煤矿主通风机设备、压缩机设备的安全运行提供一个重要保障。
（2）基于Force control组态软件研制开发的智能化监控管理系统，将具有主风机设备、压缩机设备参数实时在线监测、数据存储、报表打印、自动化控制和网络传输功能，为煤矿大型机电设备的自动化管理提供一个重要途径。
（3）通过冗余性的控制单元构建系统，使整个控制系统具有更高的可靠性，为实现系统的控制功能奠定一个重要基础。
（4）研究准确、可靠的流量在线监测方法和装置，解决当前风机设备监控系统中流量检测不准确的难题。
（5）开发监测内容全面且控制准确可靠，并具有主通风机设备远程监测和控制智能化的联合自动化控制系统，为实现主通风机房的无人值守提供条件。
（6）研究通风机运行中喘振状态的预测和预报的算法，准确预报通风机在高负压条件下运行的喘振故障。
2 主要研究内容
本项目的主要研究内容是以矿用主风机设备为对象，研制一套矿用主通风机自动化监控系统。研究内容涉及的对象包括具有继电保护装置的开关柜、电机控制系统、通风机设备和压缩机设备。根据研究对象的特点和现场环境，完成了一下工作：总体技术方案的确定；硬件系统的设计和选型，软件系的构建；系统自动化控制程序的设计与编制、故障诊断算法的设计与编制；设备安装，实验室测试。
说明：实线为控制线，箭头方向代表被控对象；虚线为检测线，箭头方向代表显示设备。
（1）自动化监控管理系统是一套矿用主通风机自动化监控系统，其主要功能包括：风机设备的在线实时监测、动态显示和数据存储；风机设备的自动控制和故障报警；集中管理与控制系统各部分之间的相互通讯；系统的远程通讯与控制。在该系统的研发过程中，主要从软件系统、故障诊断算法、硬件系统等三个方面开展工作。
（2）在监控系统的研制过程中选用了三维力控组态软件作为开发平台，它具有以下主要特点：实时性强、并行处理性能良好；豐富、生动的多媒体画面；开放式结构，广泛的数据获取和强大的数据处理功能；完善的安全机制；强大的网络功能；多样化的报警功能。同时，用Force control开发软件系统还具有开发周期短、通用性强、可靠性高等优点。如图2所示，利用Force control进行软件系统开发的原理为：在组态环境下进行构建系统动态画面、设计流程控制、定制报表、硬件设备连接等组态工作，生成组态结果数据库；利用生成的组态数据库，在Force control的控制下即可以完成监控系统的运行。
图3所示为软件系统的结构，它由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部分构成。
（3）在矿井主通风机智能化监控管理系统中，用主控窗口和用户窗口来构成监控系统的人机交互图形界面，这些界面包括监控系统主画面、实时曲线画面、历史曲线画面、倒机操作画面、故障记录报警与查询画面、高压开关柜信息画面和变频器信息画面等；将各种不同类型和功能的对象或构件组态起来，同时对实时数据进行可视化处理。
（4）设备窗口专门用来放置不同类型和功能的设备构件，实现对外部设备的操作和控制。设备窗口通过设备构件把外部设备的数据采集进来，送入实时数据库，或把实时数据库中的数据输出到外部设备。在本系统中，在设备窗口中主要进行S7-300等硬件设备的参数设置。在一个应用系统中只有一个设备窗口，运行时系统自动打开设备窗口，管理和调度所有设备构件正常工作，并在后台独立运行。
（5）在矿井主通风机智能化监控管理系统中，实时数据库用来管理所有实时数据，它相当于一个数据处理中心，同时也起到公用数据交换区的作用，是监控系统软件的核心。从外部设备采集来的实时数据送入实时数据库，系统其它部分操作的数据也来自于实时数据库。实时数据库自动完成对实时数据的报警处理和存盘处理，同时它还根据需要把有关信息以事件的方式发送给系统的其它部分，以便触发相关事件，进行实时处理。在基于三维力控开发的系统中，实时数据库采用面向对象的技术，为其它部分提供服务，实现了系统各个功能部件的数据共享。
3 推广应用效果
采用西门子S7-300控制器冗余系统，具有极高的可靠性。同时，通过对风门系统的改造，具有了不停风倒机操作方式。不仅有效地提高了矿井通风的安全性，而且在国内的主风机控制系统处于领先的位置，具有较高的推广应用价值。在风机的流量测量、喘振故障预报、温度故障预备等方面，目前矿用主通风机监控的故障报警普遍采用的是逻辑控制，对处于萌芽状态的故障不具有预测预报的功能。
4 结语
本系统可实时监测、控制设备的运行状态，并可根据需要进行自动化控制和操作，从根本上提高了设备运行的安全性和可靠性，并有效避免了风机运行在不经济工况点。系统完善的故障预警预报、自动化控制和远程监控管理功能，使通风机房具备了无人值守条件，节省了人力资源，降低了劳动强度，具有重要的社会效益。
参考文献：
[1]史丽萍等.矿井主通风机流量在线监测系统的设计[J].
[2]王丽华等.矿井主通风机自动监控系统的设计[J].
[3]吕振等.煤矿风机监测系统中传感器智能转换单元研制[J].