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摘要：矿井通风机是向井下输送新鲜空气，排除矿井有害气体，维持正常的生产条件，保障安全作业和人员身体健康的关键设备，其运行状况的好坏，直接关系到人身安全，在保证矿井正常安全生产方面起着重要的作用。因此，矿井主通风机性能在线检测与监控系统的设计也越来越重要。
关键词：矿井主通风机；监测与监控系；设计
1、总体设计方案
1.1技术思路
矿井主通风机变频控制系统采用“高压变频器+PLC控制+远程监控”的模式，实现对矿井地面主扇的自动控制。通过2台高压变频器为电机供电，2台高压变频器分别拖动1台风机的两台电机，同时通过切换回路可实现两台风机变频器的互投运行。配备了两套PLC控制系统，实现风机的自动控制和参数监测。利用高精度的差压、负压传感器，依靠PLC高速的数据处理能力，实现风量的准确计算；实现风机的自动控制及运行参数（风量、负压、电流、电压、振动、温度等）的在线监测；高压供电柜，具备综合保护装置或利用硬件接口实现与PLC控制系统的连接功能，并能为PLC控制系统提供必要的参数和状态，同时也能接受PLC的分合控制；低压供电设备，为系统及风门电机等设备提供电源。操作及监控设备，完成必要的操作和操作站监控功能。
2.1自动控制方式
全过程PLC参与控制，由PLC按照预置程序控制，遵循必须的闭锁关系，防止各种误操作的发生。此方式由操作员在操作站操控，实现风机和附属设备的“一键式”自动启/停、“一键式”自动倒机等功能，可代替人工分步倒机操作，缩短了风机倒机时间。
2.2手动控制方式
全过程PLC参与控制，遵循必须的闭锁关系，防止各种误操作的发生。此方式操作员在现场或远程操作站按顺序起、停每个相关设备。并与变频器配合，通过调节变频器的输出频率实现风量的调节功能。
2.3检修控制方式
检修人员通过就地控制柜或控制箱实现设备操作，选择就地控制柜或控制箱的“远方-就地”为“就地”方式，此时操作站处于不可操作状态，此方式用于风机设备检修或调试时的控制操作。控制系统与变频器配合，调节变频器的输出频率，可实现风量的调节功能。
2.4采集的模拟量参数
包括风机的全压、静压、动压、风量、风速、瓦斯浓度、一二级电机轴承温度、两级电机绕组温度（三相）、风机振动信号（X、Y方向）、两级电机运行电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、累计电量等。设备状态信号包括：风机运行状态（正反风），变频器运行状态、风门位置状态等。系统对温度超限、风机振动超限、变频故重障等重要运行参数和状态进行快速分析处理，发现异常情况首先及时发出声光报警提示，并根据工艺要求实现联锁保护停机。PLC系统配置以太网通讯模块，与2台监控计算机（操作站）采用TCP/IP协议进行通讯。
3、PLC控制部分
3.1风机系统的核心—PLC控制器
其主控单元和各测量装置的好坏直接关系到控制功能和控制效果的实现。因此，在综合考虑可靠性、稳定性、处理速度和通讯功能等多项指标的基础上，采用西门子的S7-300系列PLC作为本系统的主控单元。PLC控制系统包括以下部件：SIEMENSS7-300PLCCPU及数字量、模拟量和通讯单元模块等，振动变送器二台、温度巡检仪二台、UPS不间断电源一台、24V开关电源以及继电器和接线端子若干。由于单条导轨所能容纳的PLC模块数量有限，而本系统中的输入、输出量较多，因此使用了扩展导轨，即利用IM365模块再增加一条导轨。
3.2功能
控制和检测高压配电系统的开关状态，通过485总线通讯(或者TCP/IP协议通讯)，利用系统设置的综保单元，实现对高压配电系统电气参数的采集；实现对低压配电系统电气参数的采集；实时检测风机电机的温度和振动参数，利用电机定子线圈预埋的温度传感器和电机上装设的振动传感器，实现电机工况参数的实时监测；为系统控制算法的快速处理，提供可靠的平台；完成系统实时数据的以太网发布，为远程监控系统提供实时数据；控制风门电机的启停，并与风机电机实现逻辑闭锁，防止误操作；为远程监控系统提供以太网通讯实现对变频器变频或风量的给定；实现风机启停时的加速及减速过程的自动控制。实现主备风机的故障自动化切换实现井下火灾等情况下的自动反风，或按预设方案进行自动或手动反风。
4、自诊断技术
在程序中具备设备的自诊断，在起动设备前，依靠高可靠的检测装置，可以在程序中对设备运行条件进行检测，若某一运行条件不满足，就给出相应的运行警告，提示工作人员迅速检查设备，并进行相应的操作，提示进度中的工况需求。运行参数监测：通过传感器和变送器，可检测风机风量、轴温、振动、电机温度、电流、功率等风机与电机的工作参数，以监测风机系统的运行状况，并适时对其进行调节。
4.1自动切换风机
当监测系统检测到一组风机的运行参数出现故障时，风机故障系统进行相应的报警提示，并自动切换到备用的另一台风机，同时完成风门控制、风机加速启动、风量调节过程，保证风机的切换过程在6分钟以内完成。
4.2自动反风
风机的反风运行是受严格控制的，当井下发生大的火灾时，需要进行反风运行，系统可提供两种模式的反风运行，一是自动反风，为实现自动反风不能运行在手动方式，必须在PLC控制的模式下，并需要与火灾束管系统进行通讯，以便能及时获得火灾信息。二是手动反风，即需要进行反风操作时，操作人员可通过就地触摸屏或远程监控终端进行有权限的发出反风命令，系统降会自动停止运行中的风机并转入反正运行状态。
5、监控系统功能
5.1系统可快速、准确的实时监测风机设备的运行工况参数
包括温度、压力、流量、振动、电压、电流、功率、电量等重要参数，对运行监测参数进行快速分析处理，发现异常情况及时报警提示，按相关预案使隐患得到及时有效处理，防止造成重大安全事故。由可编程控制器判断相关的联锁条件实现设备的联锁控制，在监控计算机上操作控制时，具有相关的操作提示和操作权限，防止发生误操作。
5.2应用组态软件编译
人机界面友好，并以数字显示、模拟仪表、趋势曲线、报表等多种形式显示设备运行数据，并自动存入数据库长期保存，可以随时查阅，保证了数据的真实性、有效性，降低了人为因素造成的影响，有利于帮助制定完善的经济运行方案，及时发现故障隐患，防患于未然。
结语：
通风系统是矿井生产系统中的重要组成成分，其通风系统设计的优劣直接影响着矿井的抗灾能力和经济效益。通过对通风机性能在线监测与监控系统的设计，实现对煤矿井下温度、适度以及有毒气体的检测，以及对通风机风量和风压的控制，实现了通风机对风速的无极调节，大大节省了电能的消耗，保证了煤矿的安全生产。