基于强化通风管理的三种集控系统研制与应用.pdf

第2 6 卷增刊 昆明t t 工大学学报V o I ．2 6S u 。 基于强化通风管理的三种集控系统研制与应用 段永祥．王育军．普义，周洵远 昆明冶金高等专科学校，云南昆明6 5 0 0 3 3 摘要针对风机多、分布广、距离远造成的管理难题，研制了满足不同程度管理要求的 集中控制系统，并在矿山推广应用． 关键词通风系统集中控制；二线制 中围分类号T D 6 3 5 ；T P 8 7 2文献标识码A 文章编号1 0 0 7 ．8 5 5 X 2 0 0 1 S u p ．1 0 3 ．0 4 1 集中控制是强化通风管理的有效手段 矿井通风系统结构随采掘工作面推进而变化，故其风流调节管理和风机运行管理是两大难题．我校在 通风科研与生产实践中，创建了可控性良好的单元通风方式，有效地解决了风流调控难题．然而，由 于风机多、分布广、线路长、高差大、环境差，导致风机运行管理更加困难．矿山的现代化管理发 展趋势表明，实施集中控制是解决这一难题、提高单元式通风系统的稳定性和可靠性、充分发挥其风 量调节灵活性、进一步开发其节电效益的有效途径．因此，我校遵循”简便、实用、低投入、高性 能、见效快”的开发思路，运用当今先进的控制技术和电子器件，研制了可以满足不同程度集中控制 要求的”远控型、测控型、智能型”三种二线制模块化集控系统． 2 远控型和测控型集控系统的组成与功能 二型集控系统结构如 图l 所示，均由集成化模 拟元件组成，二者差别 在于测控型比远控型多了 电流变送监铡环节和一个 显示调节模块．远控型由 集控柜中的指令模块和加 装在风机配电柜中的测控 模块、用一对专用控制 电缆联接组成．多台风机 可共用个可安装多个指 令模块的集中控制屏， 在其屏面上，用钮子开 关选择按钮手动控制或另 接的计算机开停控制， 用红、绿、兰、黄四色 信号灯分别表示风机正常 围1 远控型、测控型囊控系统组成 运行、指令停机、非指令停机、控制电缆断线四种状态，用长短声蜂鸣器配合闪光光示牌分别表示 非指令停机和控制电缆断线两种状态．测控模块上也有钮子开关选择“远控、近控和停机”三种控制方式． 开机指令由指令模块转换为脉冲信号，通过控制电缆传送给测控模块。经功率扩展后直接驱动接触器 闭合．风机运行后，反馈单元令功率扩展单元自保，并给指令模块反馈运行信号，用红色信号灯显示 收辅日期2 0 0 1 一0 7 19 ；基金项目云南省自然科学应用基础研究基金资助项目 项目编号9 8 E 0 1 5 Q 第一作者简介段永祥0 ％3 ．i 0 一 ，男，研究生，高级实验师；主要研究方向矿井通风及自动化． 1 0 4 昆明理工大学学报 第2 6 卷 风机进入运行状态．远控停机指令输入测控模块后，迫使功率扩展单元截止、接触器断开，同时在集 控柜上用绿色信号灯显示风机进入指令停机状态．当出现故障停机、停电停机等非远控指令停机时． 反馈信号消失．指令模块用兰色信号灯、文字闪光示牌、长声蜂鸣器等三种声光信号报警．当集控电 缆被切断时，自动用相应黄色信号灯、文字闪光光示牌、短声蜂鸣器等三种声光信号报警．所以，每 台风机只需一对远控模块和一对专用控制电缆，就可实现开停远控、开停状态反馈、控制回路通断监 测、各种状态声光信号显示与报警等通常需要七八根线和一套较复杂的控制系统才能实现的多种功能， 尽可能地简化了控制系统复杂程度和井下布线难度，节省了电缆投资．并且备台风机控制线路之间相互 独立，互不影响．避免了传统集中控制存在的风险集中问题膜块输人和输出之间有高达5 0 0 0 V 的光隔 保护措施，设置防雷击、防高压保护功能．全部选用集成元件并用印刷电路板焊接安装于密封的工程塑 料盒内，模块化壁挂式安装，尽量使控制系统适应井下潮湿多水、干扰严重的恶劣环境．外联采用多 芯航空插头，可简便地带电拨插快速更换．由于控制电压仅为2 4 V ，电流只有2 0 m A ，可安全地带电检 修．控制距离可达l O k m 以上，完全可以满足大型矿井集中控制要求． 常用的K 系列风机均为Y 系列三相异步电动机拖动，其电流与负载率、效率、功率因素、输入 输出功率、风机风量、风压等参数之间均为已知的函数关系，运行状况也集中反应在电流变化上只 要测得任一相的电流数值，即可根据函数关系求得上述所有参数，分析处于“正常、过载、轻载” 何种运行状态，判定轴承磨坏、缺相运行、叶片损坏等故障．因此，在远控型基础上，增加了电流 自动监测环节，研发成电流测控型二线制模块化集控系统．其保留了远控型的所有功能、特点和优点， 新增了电流监测、数码显示和上下限报警控铜功能．当出现故障前兆时．声光报警延时后，自动指令 故障风机停止运行，对风机进行自动监测和可靠保护． 3 智能型集控系统的硬件组成 如图2 所示，系统由～台工控 机和若干个专为井下恶劣环境工作 设计的F A N C 测控模块通过R S - 4 8 5 总线联接组成．R S ．4 8 5 是工业上广 泛应用的二线剩双向平衡传输标 准，通讯介质采用成本低廉且适 合井下高噪声环境使用的J V V P 型 铜蕊双绞屏蔽电缆，单组双绞电 缆双向主从多工通信，高阻抗低噪声 差分传送，传输速率I O M 波特，适 用于组成中低速、长距离收发的 多级机站集控系统．R S 2 3 2 ／4 8 5 转换 l 星重墨 控制计算 I 级机站】．号I I 级机站卜nn 级机站n 号 风机，7 0凤机f ／o风机1 。／o 丽4 0t嘲4 0 5 0 网4 0 1丽4 0 1l 7l R S 一2 3 2 ／4 8 5 转换器 级机站2 号风机I ／0 图2 智能型集控系统组成 F A N CL 一 4 0 1 0L 一 R S 一4 8 5 中继器 模块4 5 2 0 和R S ．4 8 5 中继模块4 5 1 0 在网络中不占用地址，其内部有自动识别方向的1 ／o 电路，无需握 手信号，测控信号传输收发自如．当模块数量超过1 6 个或距离超过1 ．2 k m 时，需增加4 5 1 0 中继器．整个 网络可支持2 5 6 个可寻址的F A N C 渊控模块．由于采用R s ．4 8 5 两线通讯方式，现场布线十分简单， 测控模块可以在现场就近处理讯号，有效防止了E M T 干扰，其通讯距离达1 2 0 0 m ，具有可中继延伸 至数公里的通讯能力，尤其适合承担多级机站等分散目标集中测控，I ／O 点数和控制距离完全可以满足 大型矿井多级机站集中测控要求．集控网络及溯控模块仅用一对双绞线发送和接收信号，因节点并行连 接，所以各节点的连接或断开不会影响其余节点的功能，这样便于随着生产变化而经常调整风机数量 和安装位置． F A N C 测控模块有各种不同规格型号，分别有1 , 2 ，3 ，4 ，8 ，1 6 通道的A l ，0 或D I ／O ．内置C P U ，E 2 P R O M ， 可以处理标准的模拟量、数字量信号．一般单台风机宜采用4 0 1 2 型，其有1 个开关量输A 通道，可用 赢暨蝌 嘉 增刊段永样，王育军，等基于强化通风管理的三种集控系统研制与应用 于反馈风机开停状态i2 个数字量输出通道用于正反转控 制，1 个模拟量输人通道用于测量风机运行电流或其它风量、风压等参数；还有一个热电耦输人通道，可 测量电机温升情况．某些主要风机或重要场所需测量的模拟量参数较多时，可增设若干个4 0 1 8 型8 通道 A I D 模块．当某一区域风机较多时，可选用4 0 5 3 型1 6 通道数字量I ／O 模块与4 0 1 8 等一起构成模块组． 以减少单个模块个数，降低测控成本．4 0 2 1 模拟量输出模块与变频器配合．可灵活地调节风机风量．模块 体积小，全塑封装防腐防潮，有壁挂、导轨等多种安装方式．配工业密封安装盒后可防水防尘，特别适用 于井下恶劣环境． 4 智能型集控系统的软件组态 多级机站测控软件采用基于W i n d o w s 的F X 分布式H M I ／S C A D A 软件包，V B 或V C 语言二次开 发组态．F X 具有灵活丰富的人机界面，标准的可视化中文程序环境，自带多项连接工具使之功能较 强而操作却十分便捷，比较容易实现通风系统如下测控要求． 系统运行动态显示应用软件的画笔、动态显示、抢先多任务功能，将各级机站各台风机开停状态、 主要通风井巷风流方向，C O ，N 0 2 浓度，风机风景、风压、电流、功率、轴温等通风系统有关参 数，描述成各种层次的画面及综合性的通风系统动态立体模拟图，便于管理人员一目了然地监视所有 风机及整个通风系统运行睛况． 风机运行控制应用软件的控制功能和脚本编辑器，能够随时通过键盘或鼠标控制任一台风机开停或 正反转，也可按事先设定的时间和顺序自动开停．并根据指令或C O ，N 0 2 浓度变化，对装有变频装置的 风机进行风量调节． 自动报警应用软件的报警功能，在检测到风机运行在不稳定区、非指令开停、机械故障、电气故障、 有害气体超标等危险情况时，自动报警并记录和显示故障类型及发生时间、地点，提醒值班人员前往处 理． 通风参数采集及历史趋势图显示应用软件的数据采集功能，自动采集和记录风机开停时间、风量、 风压、电流、功耗、温升、C O 和N 0 2 浓度等通风参数，并可显示各个参数任意时段的历史趋势图． 作为资料保存和事故分析的依据． 报表打印应用软件的报表打印功能，可调用多种函数分析统计数据．生成值班报告、耗电量和节电 量月报、年报等各种报表． 5 三种集控系统的特点及选用建议 远控型仅用一对专用集控电缆联接一对远控模块，就可实现风机开停远控及多种状态的声光显示与 报警．控距远、投资少、见效快，使用维护简便；不足之处是不能监测风机运行参数．测控型在其基础上 增加了风机运行电流遥测显示与自动监控功能．智能型优点是模拟量和数字量测控功能均很强，仅用一对 公用集控电缆、一台工控机、若干个测控模块，就可以自动实现通风参数遥测、风机开停遥控、风机风 量遥调_ 缺点是风险集中、投资较多．三种系统均有相互组合的接7 1 ，既可单独使用。也可为弥补各自不足 而混合使用．对于控制功能选择，应以实用为度对于控制系统组成，应根据机站重要程度、风机大小、测 控要求区别对待，灵活选择相应的集控方式，组成投人少，功能强的混合型集控系统．根据三种集控系统 的特点，对选型和应用建议如下 中小型通风系统次要机站和小型风机采用远控型，主要机站和大型风机采用测控型，灵活组合成成 本低、功能够用的组合式集控系统． 大型通风系统最简便的方案是选用智能型集控。较可靠的方案是全部风机采用远控型控制，重要机站、 重点场所模拟量参数采用智能型遥测，两个系统之间实现有机联接．正常情况下，计算机通过远控系统控 制风机开停．当计算机发生故障时，仍可在集控柜上通过手动按钮控制风机开停． 昆明理工大学学报第2 6 卷 6 矿山应用效果 我校于1 9 9 6 年1 0 月、2 0 0 1 年5 月、1 9 9 9 年1 2 月，为云南锡业公司老厂锡矿1 4 ．7 k m 内四级机 站4 5 台风机、马拉格锡矿2 1 k m 内四级机站16 台风机、易门矿务局凤山铜矿3 ．8 k m 内三级机站21 台风机，分别使用单一远控、远控一测控组合、远控一智能组合三种方式，实现了集中控制节能管 理．管理人员减少一半以上，每年各自节省管理开支十余万元．在保证排氡排烟排尘通风效果的前提下， 实施不生产时间停开部分或全部风机的节能通风制度，每年各自节省通风电费4 9 ．7 ，8 ．1 ，1 19 万元，一 年左右节省的经营费用即可补偿集控投资． 7 结束语 矿山应用效果表明，基于强化通风管理需要而开发研制的三种二线制模块化集控系统，可用低廉 的投资、简便的手段、实用的功能解决通风系统管理难题．尤其可在提高通风系统稳定性和可靠性的同时， 充分发挥集中控制手段与单元通风方式相结合后，风量调节的灵活性和节能管理的优越性，推广应用可 取得良好的社会效益、经济效益和投资效益． 参考文献 [ 1 I 段采样．基于A D A M - G e n i e 的多级机站远程测控研究与实践．电气自动化．1 9 9 9 ， 4 4 3 4 5 ． [ 2 】沃健．工业控制组态软件G e n i e ．测控技术．1 9 9 6 ， 1 5 2 5 3 D e v e l o p m e n ta n dA p p l i c a t i o n o ft h eT h r e eK i n do ft h eC e n t r a l i z e dC o n t r o lS y s t e m B a s e do nE n h a n c e dV e n t i l a t i o nM a n a g e m e n t D U A NY o n g - x i a n g ，W A N GY u - j u n ，P UY i ，Z H O N GX u n - y u a n n a r m i n g T e c h n i c a lc o l l e g e o fM e 咖l u r g y ．K t m m i n 9 6 5 0 0 3 3 ，C h i n a A b s t r a c t I na l l u s i o nt ot h ed i f f i c u l tm a n a g e m e n tp r o b l e mw h i c hb r i n go nb yt o om o r ef a n si nd e c e n t r a l i z e d a n d f a r d i s t a n c e ．T h ec e n t r a l i z e d c o n t r o ls y s t e ma l e d e v e l o p m e n t t h a tc a n f u l f i U t h e d i f f e r e n t n e e d s o f m a n a g e m e n t ， a n da l lo ft h o s eh a v eb e e n 印p l i e di nt h em i n e ． K e yw o r d s v e n d l a d o ns y s t e m ；c e n t r a l i z e dc o n t r o l 争峥争争伊争争争伊争争伊争争守忖伊伊伊9 铲忖伊蚶伊蚶伊伊伊争伊争争夺协忖9 伊毋宁争 上接第8 6 页 【4 ] 程福安等．基于神经网络的蜗轮瞬态温度场智能预报系统．天津大学学报．2 0 0 0 ，1 6 9 ～1 7 1 I n t e l l e c tS y s t e mB a s e do nA r t i f i c i a lN e u r a lN e t w e r kf o rP r e d i c t i n c t h eT r a n s i e n tT e m p e r a t u r eF i e l do fI r o nB o d i e s ”A NH o n g - 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