多级站通风计算机集中监控系统.pdf

Series No. 310 April 2002 金 属 矿 山 METAL MINE 总第 310期 2002年第 4 期 贡锁国, 上海梅山矿业公司, 经理, 高级工程师, 210041 江苏省南京 市西善桥。 机电与自动化 多级机站通风计算机集中监控系统 贡锁国 洪候山 黄 欣 上海梅山矿业公司 贾安民 陈宜华 马鞍山矿山研究院 摘 要 介绍一种井下多级机站通风计算机远程集中监控系统。该系统以工控计算机、 智能模块和工业通讯 网络为核心, 配以相应监控软件, 使井下各机站风机运行工况和各种监测数据以动画、 图形或文字方式动态显示。 可在地面监控室对井下风机运行工况及时监控。该系统在梅山矿井的通风控制取得较好的节能和应用效果。 关键词 多级机站通风 远程集中控制 智能模块工控计算机 网络 节能 Computerized Centralized Monitoring System for the Ventilation of Multistage Fan Stations Gong Suoguo Hong Houshan Huang Xin Shanghai Meishan Mining Co. Jia Anmin Chen Yihua Maanshan Institute of Mining Research Abstract A computerized remote centralized monitoring system for underground ventilation of multistage fan sta2 tions is presented. Based on industrial control computer, intelligent modular and commercial communication network and e2 quipped with correspondent monitoring software, the system displays the operation conditions and varous monitoring data of underground fan stations of each stage by way of cartoons, figures or words to facilitate the timely monitoring of the op2 eration of underground fans by surface monitoring center. This system has achieved good energy saving and application ef2 fects in controlling the underground ventilation of Meishan Mine. Keywords Ventilation of multistage fan stations, Remote centralized control, Intelligent modular, Industrial control computer, Network, Energy saving 无底柱分段崩落采矿方法的矿井通风防尘问题 一直是采用该法的矿山企业及有关研究单位从事矿 井通风人员所关注的重要问题。随着生产的发展, 井下通风防尘问题也越来越突出。近年来, 采用多 台辅扇通过并串联压抽结合进行井下通风的多级机 站通风系统较好地解决了无底柱分段崩落法所存在 的一些通风问题。与大主扇通风系统相比, 多级机 站通风系统能使通风压力分布均匀、 漏风量减少、 有 效风量率高、 能耗低、 风流易于控制、 风量调节灵活, 能根据生产对通风的需要开启或停止某些风机或某 些机站, 从而在满足生产需风的同时最大限度地节 约通风能耗, 降低通风费用。 由于多级机站通风系统的风机数量多, 而且分 布在井下的广大区域内, 所以存在着风机控制和管 理难的问题。为了充分发挥多级机站通风系统的优 越性, 有必要研究和解决多级机站风机的远程集中 监控问题。 梅山矿业公司是我国率先成功采用多级机站通 风系统的矿山, 取得了显著的环境效益和经济效益。 但是, 其井下多级机站风机的控制仍然采用人工手 动控制, 控制开关分布在井下各机站变电所硐室内, 加之矿山规模较大, 风机数量多, 因而风机的控制与 管理非常不便, 不能随时了解全矿风机的运行状况, 以及根据生产需要随时对某些风机或机站开停, 以 最大限度地节约通风能耗, 降低通风费用, 这就使得 多级机站通风系统的优点不能得以充分发挥。为 此, 马鞍山矿山研究院与梅山矿业公司合作, 对多级 机站通风计算机远程集中监控技术进行研究设计。 通过双方的共同努力, 在梅山矿业公司采矿场建立 了多机站通风计算机远程集中监控系统, 经过近半 年的使用, 证明该系统不但运行稳定可靠、 界面直 观、 操作简单, 而且节能效果明显。 1 现场情况及设计范围 梅山矿业公司井下多级机站通风系统共设有四 级机站。 级机站为全矿生产提供新风, 级机站 49 担负全矿总回风, 级机站和 级机站设在采区各 回风天井的各分段联络巷中, 级机站提供采区工 作面的新风, 级机站排出采区工作面污风。 此外还有运输系统回风机站和破碎系统回风机 站, 分别担负井下运输系统回风和粗碎系统回风。 由于采场 、 级机站是半固定性机站, 机站随 着生产分段或矿块开采的结束而拆移到其它新的分 段或矿块, 加之其均采用 K40- 11 B 型 7. 5 kW 风 机, 功率较小, 故本设计将不考虑 、 级机站的监 控问题。 本系统涉及到控制的机站主要有 级机站、 级机站、 粗碎回风机站和运输系统回风机站。这些 机站详细分布如下 级机站共有 3 个, 分别设在南风井和西南风 井- 258 m 水平及北风井- 318 m 水平, 共有 10 台 K40- 19B 型110 kW 风机, 其中南风井 4台, 西南 风井 2 台, 北风井 4 台; 级机站共有 2 个, 分别设在西风井和东南井 - 198 m 水平, 共有 9 台 K40- 19B 型 110 kW 风 机, 其中西风井 4 台, 东南井 4 台; 粗碎系统回风机站设在- 198 m 水平粉矿清理 斜井上口处, 有 1 台 K40- 19 B型 110 kW 风机; 运输系统回风机站设在- 330 m 水平东南风井 石门内, 有 1 台 K40- 19B型 110 kW 风机。 综上所述, 涉及到本设计考虑范围的共有 7 个 机站 21 台风机。 2 监控系统功能 多级机站通风计算机远程集中监控系统通过通 讯电缆将位于地表调度室的主控计算机和通风办公 室的监视计算机备用主控机与置于井下被控机变 电所的智能模块相连, 形成通讯网络, 从而通过主控 计算机或监视计算机对每一台风机进行远程集中 启停控制, 对风机运行状态和风机电流、 主要巷道的 风速、 风压、 风量、 CO 浓度等风流参数进行实时监 测。 由于经费的原因, 本监控系统暂时没有对主要 巷道的风速、 风压、 风量、 CO 浓度等风流参数进行 实时监测。但是, 由于本监控系统具有灵活的可扩 展特性, 只要条件成熟, 即可方便地加入上述风流参 数实时监测功能。 本监控系统具有如下几项功能 1 风机的远程手动启停控制; 2 风机的远程自动定时启停控制; 3 风机的本地控制; 4 风机开停状态的监测显示; 5 风机运行电流的监测显示; 6 风机过载自动保护; 7 风机启动前发出启动警告信号; 8 机站允许/ 禁止远程控制; 9 机站进行通讯测试; 10 历史记录保存、 统计及报表打印输出; 11 监视计算机; 12 双机热备。 3 系统设计 随着计算机技术和网络通讯技术突飞猛进的发 展, 应用于工业现场的计算机监控系统也日益普遍 和完善。根据梅山矿业公司多级机站通风系统的实 际情况, 经过对各种控制方式的分析比较, 本监控系 统采用以工控计算机、 智能模块和 RS- 485 通讯网 络为核心的远程集中监控技术, 对全矿的 7 个机站 共 21 台 K40- 19B型 110 kW 风机进行远程集中 监控。监控软件以基于 Windows98 操作系统的工 控组态软件为基础设计开发, 其具有形象美观的图 形界面, 可准确的描述工业控制现场的运行情况, 使 机站风机工作状态和各种监测数据以动画方式、 图 形方式或文字方式动态显示。 311 监控系统硬件组成及原理 整个系统由主控计算机 配 RS- 485 通讯适配 器、 以太网卡、 UPS 电源等、 监视计算机 兼作数据 备份和主控机备用计算机, 配 RS-485 通讯适配 器、 以太网卡、 打印机、 UPS 电源等, 双机热备切换 箱、 分线箱、 中继器、 RS- 485 及 TCP/ IP 通讯网络、 机站控制柜配电源模块、 智能模块、 接触器、 电源变 送器等组成。 主控计算机要双机热备切换箱与井下 RS- 485 网络相连, 通过 RS- 485通讯网络与设在井下机站 变电所控制柜内的各种智能模块进行通讯, 智能模 块根据主控机的指令完成风机的启停控制、 其它开 关量输入输出和对电流变送器输出的模拟量进行转 换采集, 传回主控计算机。主控计算机对收到的数 据进行分析处理, 将机的运行状态和电流参数以图 形动画和文字方式显示在主控机屏幕上。同时主 控机根据风机电流大小及持续时间判断风机是否过 载, 当检测到某台风机过载时, 及时发出关闭过载风 机指令, 机站处的智能模块根据主控机的指令关闭 过载风机。另外, 主控机还将对历史数据进行保存、 50 总第 310 期 金 属 矿 山 2002 年第 4期 统计和报表打印输出。 监视计算机一方面通过 TCP/ IP 网络与主控计 算机连接, 另一方面经双机热备切换箱与井下 RS- 485 网络连接, 在主控计算机正常运行时, 监视计算 机通过 TCP/ IP 网络, 从主控计算机获取实时数据, 作为通风办公室观察多级机站运行情况和历史数据 备份之用, 其显示画面与主控机相同, 只是不能用于 控制操作, 一旦主控计算机发生故障, 监视计算机将 自动经双机热备切换箱与井下 RS- 485网络连接, 直 接从机站智能模块获取实时数据, 代替主控计算机进 行实时监控并保存历史数据, 完成多级机站的监控任 务。当主控计算机修复, 重新启动后, 监视计算机会 自动将主控计算机丢失的历史数据拷贝给主控计算 机, 同时监视计算机将重新处于监视状态。这就是系 统的双机热备功能。双机热备的实现, 有效的减少了 数据丢失的可能性, 增加了系统的可靠性。 由于通讯距离较远, 故每隔一定距离设置一只 RS- 485 中继器, 以保证系统通讯的正常进行。 312 监控系统软件 系统监控软件以基于 Windows98 操作系统的 组态软件为基础设计开发, 其具有丰富的画面显示 组态功能, 使用图形化的控制按钮及动画显示, 可清 晰、 准确、 直观地进行控制操作和描述机站风机工作 状态及工作参数。 31211 监控软件运行的硬件和软件环境 系统监控软件运行的硬件和软件环境如下 IBM586 以上的微型机及其兼容机; 支持 1024768 分辨率, 16 位色彩的图形卡; 主频 100MHz 以上 CPU, 内存不少于 32 兆; Microsoft Windows98 操作系统。 31212 监控软件主要界面及功能 监控软件界面由软件封面画面、 全矿监视画面、 - 198 m 粗碎/ -330 m 运输回风机站监控画面、 - 198 m东南井机站监控画面、 - 318 m北风井机站 监控画面、 - 258 m 西南风井机站监控画面、 - 258 m南风井机站监控画面、 - 198 m 西风井机站监控 画面、 报表显示及打印画面、 关于作者画面等主要画 面和屏幕底部的画面切换按钮、 屏幕顶部的/ 特殊0 下拉式菜单等组成。 监控软件运行后, 首先显示软件封面。 软件封面显示若干秒 或单击画面 后, 即进入 全矿监视画面。 全矿监视画面中, 有用户登录与注消按钮, 退出 系统按钮, 显示各个机站警铃、 通讯测试、 禁止远程 控制信息的动画图形指示灯, 以及全矿 7 个机站所 有 21 台风机运行状态和运行电流的动画叶轮及电 流表。同时, 在 7 个机站对应的矩形区域隐藏有进 入各机站监控画面的按钮, 只要单击矩形区域, 即可 进入对应机站的监控画面。另外, 如果某机处于自 动定时控制状态, 与该机站对应的矩形区域将闪烁 显示一个秒表图形, 以指示该机站处于自动定时控 制状态。如果某机站有风机因为过电流而自动保护 停机, 与该机站对应的矩形区域内将闪烁显示/ 过流 停机0字样。 全矿监视画面中单击某机站对应的矩形区域, 即可进入对应机站的监控画面。全矿共有 7 个机 站, 因- 198 m 粗碎回风机站和-330 m 运输回风 机站都仅有 1 台风机, 所以将这两个机站并入 1 个 监控画面, 这样就共有 6 个机站监控画面。 在各机站监控画面中, 包括电流报警信息区、 开 机警告区、 机站信号区、 控制模式选择区、 用户登录 区、 风机运行状态及控制区等 7 个区域。在电流报 警信息区域, 显示全矿所有被控风机的电流异常信 息; 在开机警告区, 有一个警铃启动/ 停止按钮 单按 钮交替转换用于启停机站警铃; 在机站信息区域, 有用于显示该机站警铃、 通讯测试、 禁止远程控制信 息的动画图形指示灯; 在用户登录区域, 设有用户登 录与注销按钮及用户名称和操作权限显示框, 用于 操作人员进行操作前的登录、 操作完成后的注销及 操作员名称和操作权限的显示; 在风机运行状态及 控制区域, 有与该机站所有风机对应的动画图形叶 轮 显示风机运行状态 、 控制风机启停的启动 停 止按钮单按钮交替转换 , 如果该机站某一台风机 因过电流而自动保护停机, 将在与该风机对应的区 域闪烁显示/ 过流停机0字样和/ 复位0按钮, 单击/ 复 位0按钮并确认后, 该风机才能重新启动, 如该机站 某一风机的电流传感器出现断线故障, 将在其动画 图形电流表下方闪烁显示/ 电流传感器断线0字样; 在控制模式选择区域, 有/ 自动0和/ 手动0按钮, 用于 选择该机站的风机控制是自动定时控制还是手动操 作控制, 单击/ 自动0按钮, 将进入自动开停方案编辑 画面。 在自动开停方案编辑画面, 可编辑该机站每一 台风机在一天 24 小时内以 30 分钟时间间隔为单位 的任意启停时刻, 并可经过确认后进入自动控制模 式或者仅仅保存控制方案。 51 贡锁国等 多级机站通风计算机集中监控系统 2002 年第 4 期 报表显示及打印画面由系统记录与报表显示区 域、 报表数据来源单选按钮、 报表内容选择按钮、 风 机运行累计时间清零按钮、 报表打印按钮及用户登 录与注销按钮等组成。在该画面可完成操作员操作 记录、 风机运行记录、 报警信息记录、 风机电流实时 报表、 运行时间累计报表的显示和打印输出以及风 机累计运行时间清零等操作。 关于作者画面显示监控系统名称及设计单位信 息。 屏幕底部的画面切换按钮用于- 198 m 粗碎/ - 330 m 运输回风机站监控画面、 - 198 m 东南井 机站监控画面、 -318 m 北风井机站监控画面、 - 258 m西南风井机站监控画面、 - 258 m南风井机 站监控画面、 - 198 m 西风井机站监控画面、 全矿监 视画面、 报表显示及打印画面、 关于作者画面之间的 切换操作。 屏幕顶部设有/ 特殊0下拉式菜单。菜单项/ 重 新建立 DDE 连接0和/ 重新建立未成功的连接0在该 监控系统中没有使用; 菜单项/ 重启报警历史记录0 和/ 重启历史数据记录0用于重新启动报警历史记录 和历史数据记录; 菜单项/ 开始执行后台任务0和/ 停 止执行后台任务0用于开始和停止远程数据的后台 采集, 监控系统运行时应使/ 开始执行后台任务0菜 单项有效; 菜单项中的/ 登录开0和/ 登录关0同监控 画面中的登录与注销按钮功能相同, 用于用户的登 录与注销; 菜单项/ 修改口令0用于当前已登录的用 户对自己的口令进行修改; 菜单项/ 配置用户0用于 增加新的用户、 删除原有的用户和对原有用户的名 称、 口令和访问权限进行修改, 只有操作权限大于 900 的用户才能进行该操作。 以上所述各主要画面在调度室主控计算机和通 风办公室监视计算机上基本上是一样的, 唯一的区 别是在通风办公室监视计算机的全矿监视画面和各 机站监控画面上增加了用于显示监视计算机是处于 监视状态还是控制状态的文本框。 31213 监控软件用户及操作权限 对于可能有不同类型的用户共同使用的大型复 杂应用, 必须解决好授权与安全性问题, 系统必须能 够依据用户的使用权限允许或禁止其对系统某些功 能进行操作。该监控系统采用分级保护策略, 对每 一个可操作元素指定保护级别最大 999 级 , 每一 个合法操作者有一定的操作权限最大 999 级, 当 操作者登记到系统上后, 应用系统将自动禁止操作 者那些操作权限不够的操作。 监控软件安装后有两个默认用户, 一个是/ 系统 管理员0, 其权限最高, 为 999, 可以进行用户配置、 风机开停控制等任何操作; 另一个是/ 监视人员0, 其 权限为 400, 只能进行系统监视等部分操作。 以操作权限大于 900的用户如/ 系统管理员0 登录后, 可增加新用户或删除、 修改原有用户。 4 结 语 运用计算机网络及通讯技术对井下多级机站通 风系统进行远程集中监控, 解决了井下多级机站通 风系统风机控制和管理难的问题。通过该监控系 统, 管理人员在地表能随时了解全矿风机的运行状 态, 并根据生产需要随时对某些风机进行开停控制, 以最大限度地节约通风能耗, 降低通风费用, 使多级 机站通风系统的优点得以充分发挥, 也使矿山通风 管理工作提高了一个档次, 降低了工人的劳动强度。 该监控系统界面直观、 操作维护简单、 运行稳定 可靠、 节能效果明显。经过梅山矿业公司采矿场近 半年时间的运行, 证明该监控系统不但适合在井下 特殊环境下长期工作, 而且具有显著的节能效果。 经过实际核算, 月节电 6 700 kWh, 年节电可达 80 万 kWh 时, 系统运行一年即可收回全部投资。 由于本监控系统具有灵活的可扩展特性, 只要 条件成熟, 即可方便地加入对主要巷道的风速、 风 压、 风量、 CO 浓度等风流参数的实时监测功能, 使 系统更加完善。 收稿日期 2001212201 信息苑 5基础自动化6更名启事 5基础自动化6杂志于 2002 年 5 月 20 日起更名 为5控制工程6, 原双月出刊, 改为单月出刊; 原每期 64 页, 增加到 96 页。 编辑部电话、 地址、 邮编、 E- mail 均不变。 欢迎广大读者订阅、 投稿、 发布广告信息。 52 总第 310 期 金 属 矿 山 2002 年第 4期