基于Wincc设计的智能局扇监控系统设计

基于 Wincc设计的智能局扇监控系统设
计
摘要：文章介绍了贵州发耳煤矿基于西门子上位机Wincc和下位机PLC实现的局扇智能控制系统。

该系统结合安全监控系统对巷道的环境瓦斯、CO、工作面风流中的甲烷传感器T1、工作面回风流中甲烷传感器T2的数据监测，自动连锁人员定位和广播系统进行智能管控。

关键词 PLC；局扇控制；智能控制；人员定位；广播系统
本文主要针对发耳煤矿的智能局扇控制系统在掘进工作面的实际应用进行探讨，说明智能化局扇控制系统在市场推广应用价值。

发耳煤矿目前安装有8套局扇控制系统，采用压入式对旋轴流风机，软启动器配备了淮南万泰和上海颐坤智能的智能保护装置，具备RS485通讯接口，PLC控制系统可直接与智能保护装置进行数据交互通讯，进而实现对局扇软启动控制器的遥测、遥信、遥控、遥调功能。

目前掘进工作面由于未形成回风流，极易发生瓦斯超限，形成极大的安全隐患，所以建设一套成熟稳定的智能控制系统将具备极高的应用价值，进而达到安全生产、减员增效的目的。

1、建设意义
本项目针对发耳煤矿的现状，根据局扇控制和管理的新理念，利用计算机控制技术、可编程控制器和网络技术，构建一套全自动控制系统，即可以实现风机运行状态、瓦斯浓度等环境监测，又能实现在地面对主备风机的远程控制操作，实现无人值守、有人巡检。

1）避免风机机组在运行过程中发生重大事故而造成的重大生产安全事故,并避免以此而产生的巨大经济损失，保证设备在规定的时间内无故障安全可靠的运行。

2）向运行人员提供及时的信息，有效地支援运行，提高设备使用的合理性，运行的安全性和经济性，充分挖掘设备的潜力，延长设备的使用寿命。

3）通过本项目的实施达到设备的有效维修，降低设备的维修成本，提高设
备的使用效率，减少同类事故的发生。

2、系统配置
系统主要由上位机监控和下位机执行的控制架构，上位机采用西门子Wincc
软件，具备界面配置灵活，脚本编程方便、功能强大特点，满足与安全监控系统、人员定位系统进行数据交互功能。

下位机采用西门子1200系列PLC，具备以太网
接口，在控制点位少、控制逻辑相对固定的应用场所具备很高的性价比。

系统架
构如下：
同时发耳煤矿为了方便井下人员现场操作，每套局扇配备了一套本安型按钮箱，设置启动、停止、复位、消音等控制按钮，当出现故障时，PLC控制报警器
进行声光报警输出。

3、系统功能
3.1 数据检测
a) 局部通风机运行状态监测
通过开停传感器对局部通风机设备供电状态进行监测，实现局部通风机工作
状况实时监测。

b) 局部通风机电力参数监测
局部通风机电参数测量内容包括：电流、电压、功率等，通过这些电参数的监测，确定局部通风机的供电情况。

本项目中，由PLC直接读取开关内综合保护器数据的方式实现电力参数数据采集和上传。

c) 环境甲烷监测设计
在局部通风机进风侧附近10米内安装GJ40A高低浓甲烷传感器，实时监测周围环境甲烷浓度，满足《煤矿安全规程》第一百七十六条“局部通风机及其开关附近10m以内风流中的甲烷浓度都不超过0.5%时，方可人工开启局部通风机,恢复正常通风。

”的要求。

GJ40A传感器通过RS485方式直接接入KXJ1-660矿用隔爆兼本安型可编程控制箱。

停风区（迎头）的甲烷浓度和二氧化碳浓度采用直接读取KJ73X煤矿安全监控系统监测数据的方式，不用重复安装设备；
d) 风筒风量监测设计
通过在风筒上安装风筒风量开关传感器和在掘进工作面内安装风速传感器，实时监测风筒前端是否有风、风量是否满足使用要求，当局部主通风机停止运转或风筒风量低于规定值时，自动切断掘进工作面内（除备用风机电源外的）所有设备电源，实现风电闭锁。

3.2 声光报警
在局部通风机附近安装KXB18声光报警器，当每天例行倒台、主备风机切换等情况时，通过声光报警器提醒周围人员，同时当无关人员闯入局部通风机区域时，也可以联动声光报警，达到警示的目的。

3.3 控制功能
通过KXJ1-660矿用隔爆兼本安型可编程控制箱，实现局部通风机的远程启停控制，实现定期倒台、主备风机切换等。

在远程起动风机前，与PLC连接的KXB18报警器会发出时间可设定的声光报警信号。

只有在停风区中最高甲烷浓度不超过 1.0％和最高二氧化碳浓度不超过 1.5％【通过读取监控系统数据实现】、且局部通风机及其开关附近10米以内风流中
的瓦斯浓度都不超过0.5%时，方可人工开启局部通风机，否则系统会闭锁本局扇
风机的启动功能，当现场环境满足规程要求时，闭锁自动解除。

当主副风机前级配电开关停电时，系统会自动闭锁局扇风机的启动功能，并
发出就地和远程告警。

为每套局扇风机配置1台KXH24矿用本安型显示控制箱，实现局扇风机的就
地控制，包括主备风机的选择切换、主风机启动、主风机停止、副风机启动、副
风机停止、主风机运行指示灯、副风机运行指示灯。

3.4联动功能
局扇控制系统实现与煤矿安全监控系统的融合，读取监控系统中甲烷、开停、风筒风量开关传感器、风速传感器等数据，并根据监测数据进行逻辑判断，。

局扇控制系统通过WebAPI接口实施调用人员定位、应急广播系统数据，局
扇出现停机时，能自动联动掘进工作面的读卡器和广播设备，通知人员及时撤离，并弹出工作面监控视频信息，辅助人员决策是否及时撤离。

在例行倒台或者主备
风机切换时，能自动弹出局扇风机附近的监控视频信息。

3.5 软件功能
（1）数据展示：动态展示工艺及监测数据；
（2）操作记录：详细记录各操作类型、操作码、操作描述、操作者等信息；
（3）报警记录：提供语音报警及记录查询；
（4）曲线查询：重要数据的实时、历史曲线展示及曲线打印功能；
(5)报表功能：重要数据的日报表、月报表查询、打印功能；
（6）参数遥调：对软启动保护器进行参数远程设置。

4 建设效果
系统建成后实现了依据瓦斯浓度自动实现局扇控制、人员通知的功能，在防
灾减灾中发挥举足轻重的作用。

5 结语
发耳煤矿局扇控制系统具备完善监控功能，提高了系统运行的稳定和可靠性。

系统结合了自动控制技术、环网监测技术以及数字通讯技术，具有上位机操作简单、记录丰富、查询便捷的优点，取得显著的社会效益和经济效益。

参考文献
[1] 胡学林．可编程控制器教程[M]．北京：电子工业出版社．2003．
[2] 孙继平．煤矿监控系统手册[M]．北京：煤炭工业出版社，2007，(6)．
[3] 煤矿安全规程.2016。