摘 要：本项目采用西门子S7-300 PLC作为矿井通风机不停风自动倒机系统的控制核心，采用基于OPC协议实现PLC与上位机的通信，设计监控系统，解决由于停风时存在的各项安全隐患问题。
关键词：通风机；倒机；动态监控
1 项目背景
本成果属机电工程学科领域。以往矿井过程中存在以下问题，一是整个倒机过程所经历的时间同时也是系统的停风时间。假定所有操作可以连续进行，那么系统停风的持续时间包括：运行风机停机和其风门由全开到全闭的时间备用风机的风门由全闭到全开的时间和备用风机电机启动冲击电流回落的时间。对于高瓦斯矿井和深部开采矿井，现场运行经验表明，倒机过程中的停风（即使严格控制在煤炭安全规程规定的10min时间内）也可能带来瓦斯超限，使煤矿安全生产随时而临着瓦斯超限的威胁。可见，现有倒机方式下，通风设备的安全是以一段时间的系统停风为前提的，无法适应高瓦斯矿井和当前许多矿井深部开采的需要。二是现有的倒机方式并未考虑备用风机的电机突然无法启动的情况。事实上，煤矿通风机一般远离矿井变电所，设备容量大、转动惯量大、带负荷启动，启动特点为：冲击电流大、持续时间长、线路压降大、电机过热，因此备用风机能否顺利启动成为矿井通风机定期切换的关键问题。据现场了解，在运行风机停运的情况下，启动备用风机过程中曾出现过备用风机启动失败的案例。可见，煤炭安全规程虽然强调了风机备用的重要性，但在目前的倒机方式下，这种通风机的备用属于冷备用方式，备用风机启动具有很大的不确定性，没有充分发挥通风机备用的功效，在倒机过程中对于通风系统来说是不够安全的。因此，目前通风机的冷备用方式和与之配套的，方式存在弊端。按照煤矿安全隐患不放过的原则，迫切需要研究新的倒机方法和控制策略。
2 成果主要做法
2.1 优化倒机过程，实现自动倒机过程中的不停风；将传统的倒机模式的风机冷备用，转变成风机的热备用。倒机的具体步骤为：（1）开启备用风机；（2）开启备用风机风门；（3）关闭运行风机风门；（4）关闭运行风机。从倒机流程中可以看出：优化后的倒机过程中不会出现因为倒机而出现的停风情况，由于实现了倒机过程中风机的热备用，倒机过程中各种安全隐患大大减少了。
2.2 基于组态软件完成通风机不停风自动倒机系统上位机监控界面设计，实现日常监控自动倒机过程的监视系统参数设置的主界面和用于非日常监视信息、各种报表、趋势图及帮助信息或完成各工艺流程操作的子界面设计。
本系统的监控管理软件平台概要设计的总体结构如图1所示，本系统的客户端程序以Siemens 的WinCC中集成的OPC服务器为过渡平台通过系统的网络系统对下位机 STEP7-300 进行远程实时数据访问。对于风机监控管理系统而言，上位机监控管理系统可分为主控机程序和服务器程序两大部分。主控机程序是负责采集下位机数据、发布对风机及其相关设备控制命令、传送实时监测数据给 OPC 服务器、显示实时数据的现场测量值以及生成声光报警等功能；而服务器程序负责风机参数值的后台计算，并维护数据库系统中数据的完整性等功能。
为了可以同时准确方便的对1#风机和2#风机各个参数进行监控，本系统专门设置了实时参数监控界面，将1#风机和2#风机所有参数全部列入其中，使用户达到一目了然的效果。如图3所示
3 发现、发明及创新点
矿井通风机不停风自动倒机系统构成为：①S7-300 PLC控制柜：西门子S7-300 PLC相关模块等（采集、处理、传递信号、控制相关部件）；②相关传感器：负压传感器（采集压力）、温度传感器（采集温度）、风门开关状态传感器（采集风门开关量）；③上位机：工控机（监控软件运行的硬件基础）、监控软件（向用户提供图形化界面）。
创新点：（1）采用倒机前通风机热备用思想，解决现有的冷备用方式存在的隐患。（2）将OPC协议应用于PLC与上位机的通信，实现了良好的信息传输功能，在基于OPC传输协议的基础上了设计开发了一套界面友好、功能全面的风机监控上位机软件系统。（3）系统具有完备的报警及故障记录程序，为技术人员排查隐患故障提供依据。
4 效果效益分析
由于本项目采用西门子S7-300 PLC作为矿井通风机不停风自动倒机系统的控制核心，采用基于OPC协议实现PLC与上位机的通信，使用VC实现上位机的监控软件设计。使得系统的性能稳定、动作速度快、灵敏度高、可靠性好。该系统自动化水平高，减少了人工抄表和劳动强度，提高了工作效率；根据各煤矿往年的维修统计数据显示，因旧式倒机过程和自动化程度较低一些安全隐患不易被发现，每年都会造成瓦斯超限事故和相关设备的损坏，损失高达上百万元，该系统完善后，这种损失基本上可以全部避免；通风机安装该系统后，井下因为倒机造成的停风完全得到避免，可以减少因为倒机停风造成的安全事故和经济损失。本项目将PLC控制技术改变了倒机策略，实现了倒机过程中风机的热备用，结合组态软件实现远程监控，充分PLC组态灵活可靠性高的特点，既节省了大量的人力、物力，又大大提高了矿井，的安全可靠性及自动化管理水平，同时为其它企业或单位的，系统的监控提供了借鉴和参考。因此，项目推广前景可观。
参考文献
[1]李文忠，安生辉.实用电机控制电路[M].北京：化学工业出版社，2003.
[2]王兆安，黄俊.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2000.
作者简介：王合心（1976，12-），男，汉族，安徽省萧县人，助理工程师，毕业于中国矿大机械电子专业，现任安徽省淮北市岱河矿业有限责任公司安监处机运科科长。