矿井通风监控系统智能化改造研究.pdf

设备管理与维修2023 翼11（上）0引言矿山地采通风系统的稳定运行是井下生产的重要保证，攀钢矿业公司朱兰铁矿尖山地采的总回风机组，作为与井下风流换气的设备，用于交换新鲜空气、稀释并抽出有毒、有害气体和粉尘，对保障井下人员健康与安全意义重大。2009 年尖山露天转地采的挂帮矿生产设计中，风机房主风机供电采用的是 10 kV单母线供电，风机由岗位人员用传统的操作方式在机房单独控制，职工的工作量大、与现今井下矿山智能化、信息化管理的要求不相适应。因此，在尖山“六大系统”建设中，对供电进行规范设计，并利用 PLC、变频调速及工业组态技术，对风机进行自动化改造，增加井下排水、压气界面集成，提升安全监测管理水平，实现无人值守远程监控。1改进方案1.1目标的确定鉴于初期生产、基建条件等因素的制约，在原有供电的基础上，主风机供电改由地表 35/10 kV 系统双电源 J13/J14 供电，矿井通风监控系统智能化改造研究张建伟（攀钢朱兰铁矿，四川攀枝花617000）摘要：通过对挂帮矿生产总回风原设计存在不足问题的分析，提出随着地采进入中深部开采，为规范井下供电要求，满足通风范围、风量出现的变化，采用 PLC 与在线监控技术对矿井主通风机自动化改造的应用方案和具体实施方法。关键词：供电；矿井通风；监控中图分类号：TD635文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.11.42图 7ADC 流程速准确的自动识别。RFID 在 PLC 中的读写程序如图 6 所示，将数据传输给PLC 中，进行逻辑控制。可以提前将所有信息永久存储在磁头中，粘贴到对应的模具的一侧，利于读写器读取数据。RFID 识别技术成就了固定工作台冲压线的一键换模功能，生产效率高，人工操作简单方便，真正实现了自动化；RFID 参数的精准识别保证了冲压件的尺寸、形状、精度，延长了模具的寿命，所以冲压的质量稳定，互换性好；通过冲压可加工出尺寸范围大、形状复杂的零件。ADC 流程如图 7 所示。RFID 在冲压线上的应用日益增多，设备简单易操作，失误率低，越来越受到广大用户的青睐。4结束语本文开发的 RFID 技术在自动换模上的应用作为标准功能，已经在济南二机床集团有限公司的多个固定工作台冲压线应用，充分满足了客户的一键换模需求，不仅提高冲压线生产效率，而且避免了人工操作的失误率带来的损失。参考文献1王兰军，王炳实.机床电气控制与 PLC M.北京：机械工业出版社，2018.2李德群，肖祥芷.模具 CAD/CAE/CAM 的发展概况及趋势 J.2005（7）：9-12.3何述平，陈立军，唐倩，等.冲压模具智能检测系统的开发 J.制造业自动化，2018（7）：1-4，36.编辑毕来金图 6RFID 读写程序骳髆體设备管理与维修2023 翼11（上）主变容量为 2伊8000 kV A（图 1）。控制系统将各级风机进行联网，组建以太网在线监控系统，可以随时监视、调取运行状态及工艺参数。（1）保留原通风机 K40-6-NO.22 机械型号不变，将总回风竖井坑口 3 台 250 kW 变频电机作为主要回风装置，通过自动/手动/工频按键切换风机的工作状态。（2）采用远程通信的 PLC 网络系统，进行与上位机工控机软件的数据交换，实现中央控制室的集中监控和远程启动，以及迅速反风要求、遥测和监控的功能，以降低故障倒机停风时间，确保风机的安全、可靠运行，为调度中心实时关注通风状况创造条件。（3）预留扩展端口，满足多界面切换，实现无人值守运行。在控制室的控制屏（台）上设主 PLC 及工业图形显示器，另设 4个PLC 子站，在子站中采用远程模块，PLC 子站与主站之间用光纤构成通信。在主站的显示器上可对各风机进行控制，在显示器上还可显示各风机的运行状态信息。（4）系统具有报警功能，当检测参数超过设定值或数据异常，将及时报警并发出声光信号。同时，报警信息自动保存生成报表记录，便于事后的分析、汇总。1.2可行性分析1.2.1工业以太网技术伴随 PLC 通信及网络功能的日益成熟，Ethernet+TCP/IP+Web 用于自动化系统中单元级和现场通信，即工业自动化 PLC网络系统中的第一级（基础自动化），是实现过程控制和全集成自动化系统的基础。主要特点如下：（1）10 Mbps 以上的快速通信速率和可靠的通信质量（通信速率取决于传输介质和通信距离）。（2）适用于大范围数字通信，安全及可靠性高。（3）节省布线，通信线缆与现场连接，可以实现一体化传送信息。（4）底层设备与工业环境信息交换，具有良好的可扩展性。地采通风系统采用以太网络，为智能化改造提供了可行性系统连入基础自动化网络后，很容易实现远程控制（图 2）。1.2.2接线原理的改进主风机高压供电系统由 J13/J14 两路 10 kV 进线互为备用，设计机械/电气防误操作联锁装置，同时 2 台变压器低压侧增加双电源切换柜 1 台，确保供电安全，通风变电所一次系统如图 3 所示。控制系统在保留原西门子 MM430 变频器控制柜主接线不变的情况下，通过中间继电器扩展线路接点，与 PLC 的 I/O点进行连线。将 KA1KA12 的 12 个中间继电器集成在一块控制板上，安装在原柜体左侧，其中 KA1KA8 线圈电压为 AC 220 V，功能依次为本地正转、本地反馈、集中选择、变频器电源、远程正转运行、远程反转运行、运行信号、故障信号；KA9KA12 线圈电压为 DC 24 V，功能依次为正转输出、反转输出、停止输出、复位控制。变频器接线原理如图 4 所示。图 3通风变电所一次系统图 2控制系统网络图 1矿井供电系统骳髆髕设备管理与维修2023 翼11（上）2软硬件设计及参数调试2.1硬件选型尖山地采矿井总风压为 879.60 Pa，额定装机总功率 750+48.5 kW，其中主扇总功率 750 kW，辅扇总功率 48.5 kW。控制系统的 PLC 选用西门子 S7-1500 系列 CPU 1516-3 PN/DP，远程模块是 ET 200SP。具体选择的硬件型号见表 1。2.2软件编程PLC 编程采用 TIA Portal STEP7 V15 编程软件环境，监控画面采用 WINCC V7.4 RC2048 软件。PLC 程序主要实现风机的手动、自动和工频工作 3 个控制功能，通过本地/远程进行操作。PLC 程序的编写要求尽量符合风机控制性能，力求简单方便，保证通风系统安全，方便后期维护、使用。2.3PLC 程序调试PLC 程序编写完成后，使用仿真软件脱机模拟，通过对模拟结果的观察和判断，确定达到设计要求，满足生产工艺需要。模拟正常后进行联机，将程序下载进 S7-1500 CPU，断开电机主电源，先选择就地方式，在总回风机房控制室按操作步骤分别启动/停止各风机，观察继电器动作和指示灯显示是否正确，再选择远程方式，在中央操作室控制计算机上启动/停止各风机，在屏幕上观察显示是否正确。全部正确后，调试交流电机的控制变频器。2.4变频器参数设置变频器设置时，需要结合电机的各项数据，快速优化变频器参数（表 2），然后根据风机类负载特点，具体进行参数设置。变频器在复位时，设置 P0010=30，P0970=1，按面板 P键，变频器恢复缺省值。需要注意的是如果要在 BOP 面板/端子之间进行切换，除了需修改P0700 和 P1000 外，还要对 P0810 和 P0811的参数进行设置。2.5联动试车先手动操作运行/停止，结合风机的转动惯量及负荷，通过对斜坡时间 P1120 和 P1121进行参数调整，将加/减速时间设定在合理的范围，确保电机转速变化，随变频器频率调节同步。当启动有过流时，加速时间可设置大一些；如果制动时遇到过流，则需要把减速时间加长，并观察是否报故障，若出现故障保护还要加大最大电流值，以减小对电网的冲击。正常后可与整个生产线通过远程联动试车。并对电机电压、电流、温度等相关数据做好记录，正常运行 8 h 后，结束试车。3结束语随着矿井通风系统稳定性要求的不断提高以及运维人力的逐年减少，按照人工值守方式，已经无法满足现场值守、双岗作业的要求。2020 年以来，通过双电源设计，供电更加稳定可靠，主风机运用 PLC 和在线监控技术，改造后能够实现中央控制室的集中监控和远程启动，为风机、水泵的无人值守运行创造了条件，按“精益+智能”模式，有效降低了运行管理成本，提高了工作效率。24 h 不间断的数据采集和远程监控，能够实时进行设备运行状态监测及故障异常告警，达到了改造目标的要求。参考文献1李荣生.矿井供电技术 M.北京：化学工业出版社，2007.2许洪华.现场总线与工业以太网技术 M.北京：电子工业出版社，2007.3向晓汉.西门子 WINCC V7 从入门到提高 M.北京：机械工业出版社，2012.4刘长青.西门子变频器技术入门及实践 M.北京：机械工业出版社，2020.5黄玉焕.矿井通风技术 M.北京：冶金工业出版社，2017.编辑毕来金图 4变频器接线原理表 1主要硬件型号名称型号规格订货号电源模块SITOP PSU82006EP 1336-3BA10服务器模块IMC-21193-6PA00-0AA0通讯模块1542-5 V1.01AK-5FX00-0XE0数字量输入模块32伊DC 24 V521-1BL10-0AA0数字量输出模块32伊DC 24 V522-1BL10-0AA0模拟量输入模块4伊U/I/RTP/TC531-7QD00-0AB0模拟量输出模块2伊U/I532-5NB00-0AB0表 2电机参数设置参数号出厂值设置值说明P000311设用户访问级为标准级P001001快速调试P010000工作地区：功率以 kW 表示，频率为 50 HzP10826050电动机最大频率（Hz）P03053.25467电动机额定电流（A）P03070.75250电动机额定功率（kW）P030800.85电动机功率因素（cos渍）P03105050电动机额定频率（Hz）P03110980电动机额定转速（r/min）骳髆髖