錢廠生，王先敏，王 鑫，駱 宇，蘆 安

（江西銅業(yè)集團有限公司 武山銅礦，江西 瑞昌 332204）

武山銅礦是一座井采銅礦山，采礦以地下作業(yè)為主。由于地下構(gòu)造的復(fù)雜性，經(jīng)常出現(xiàn)各種成分復(fù)雜的有毒有害氣體，到達一定濃度時，對人體產(chǎn)生危害。為滿足井下工作人員呼吸所必須的新鮮空氣，需采用通風(fēng)機將井下的有害氣體排出，輸送新鮮空氣。通風(fēng)機需24小時運轉(zhuǎn)，保證井下的空氣輸送。當(dāng)夏季打雷閃電時，武山銅礦北配電站偶爾會保護跳閘，在地面上無法判斷井下設(shè)備是否正常運行。但井下通風(fēng)機通常設(shè)在巷道偏遠地方，通常這些巷道行人稀少，無法實時監(jiān)測，相對維護較少，不易操作控制。自然巷道時常有松石掉落，安全系數(shù)較低，存在一定安全隱患。且每天的需兩名工作人員下井巡檢，耗費人力和精力。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷提升與突破，井下通風(fēng)設(shè)備及系統(tǒng)的創(chuàng)新力度也不斷提升。目前，井下采礦通風(fēng)自動化控制已經(jīng)成為井下重要應(yīng)用技術(shù)該系統(tǒng)可以實現(xiàn)自動化調(diào)節(jié)及控制，不僅提升了效率而且做到了節(jié)能減排。井下采礦通風(fēng)自動化控制系統(tǒng)主要是通過遠程控制中心，將井下信息情況進行實時監(jiān)測，并采用安置攝像頭及感應(yīng)裝置等，為防止風(fēng)險產(chǎn)生及隱患存在提供提前預(yù)警服務(wù)，從根本上起到降低與消除井下作業(yè)開采安全隱患等問題。本設(shè)計提供了一種基于PLC控制器和光纖通訊中繼器控制器相結(jié)合的裝置，是兩套相互獨立的系統(tǒng)，可同時監(jiān)測與控制井下通風(fēng)機，具有良好的穩(wěn)定性。

1 監(jiān)測與控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 控制柜結(jié)構(gòu)

如下圖1所示，控制柜由1、開關(guān)電源，2、斷路器，3、光纖通訊中繼器，4、PLC控制器，5、220V繼電器，6、信號隔離器，7、24V繼電器，8、電壓變送器，9、電流變送器，10、端子排組成。

圖1 控制柜結(jié)構(gòu)圖

開關(guān)電源與斷路器連接，斷路器與PLC控制器及光纖通訊中繼器連接，220V繼電器連接與PLC控制器及光纖通訊中繼器連接，信號隔離器與PLC控制器及光纖通訊中繼器連接，24V繼電器與PLC控制器及光纖通訊中繼器連接。端子排分別與220V繼電器、24V繼電器和電壓變送器連接。

圖2 控制柜實物圖

1.2 元器件作用

模擬量數(shù)字量混合光纖光纖中繼器：可同時支持1~4通道模擬量信號（電流/電壓）、1~4通道開關(guān)量/數(shù)字量信號、以及1路RS232/RS485信號的光纖中繼。該設(shè)備采用雙電源供電，高性能ARM芯片處理器，10位AD轉(zhuǎn)換芯片，解決了電磁干擾、地環(huán)干擾和雷電破壞的難題，大大提高了控制信號可靠性、安全性和保密性，同時也解決了電纜傳輸距離受限的問題。

MIK-DJV系列交流電壓變送器：用于測量交流電壓，特別使用于工頻 50Hz 正弦波交流電壓。最佳的性能/價格比，耗電損，體積小，重量輕，安裝簡便，測量電壓直接輸入。

MIK-DJI系列接線式交流電流變送器：用于測量交流電流，特別使用于工頻50Hz 正弦波交流電流。最佳的性能/價格比，耗電損，體積小，重量輕，安裝簡便，穿孔輸入，無插入損耗。

1.3 工作原理

（1）開關(guān)電源給光纖通訊中繼器及PLC控制器供電。

（2）220V繼電器連接端子排，將井下通風(fēng)機啟動、運行、故障、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止等狀態(tài)反饋給光纖通訊中繼器及PLC控制器。

（3）井下溫度巡檢儀傳輸?shù)哪M信號通過信號隔離器將電機溫度分成兩個信號傳輸給光纖通訊中繼器及PLC控制器。

（4）24V繼電器連接端子排1，將光纖通訊中繼器及PLC控制器的啟動、運行、故障、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止等控制指令傳遞給井下通風(fēng)機。

（5）電壓變送器連接端子排將井下通風(fēng)機380V電壓轉(zhuǎn)變成4mA~20mA的模擬信號傳輸給光纖通訊中繼器及所述PLC控制器。

（6）電流變送器串接現(xiàn)場電流互感器二次回路，將回路的0A~5A電流變成4mA~20mA模擬信號傳輸給光纖通訊中繼器及所述PLC控制器。

1.4 故障監(jiān)測代碼

以上代碼可實現(xiàn)對電壓、電流、溫度實現(xiàn)實時故障監(jiān)測。當(dāng)電壓低于250V、電流高于300A或溫度高于110°C時，該段程序會進行故障顯示并停機保護。

圖3 1號故障顯示

圖4 1號電流顯示

圖5 程序段5代碼

2 調(diào)試安裝及試運行

2.1 調(diào)試安裝

武山銅礦采礦車間通風(fēng)機遠程監(jiān)測與控制設(shè)備于2020年10月15日安裝完成。在安裝調(diào)試過程中，設(shè)備出現(xiàn)的主要問題及解決辦法見下表。

表1 調(diào)試安裝故障分析表

2.2 試運行

遠程監(jiān)測與控制系統(tǒng)于2020年11月17日試運行，截至2020年12月17日正常穩(wěn)定運行了一個月。圖6為光纖中繼器所控制的無紙記錄儀顯示的畫面，圖7為PLC控制器所控制的觸摸屏顯示畫面。兩個顯示畫面中的數(shù)據(jù)大致相同，根據(jù)表2表3所示：電機電壓都為400V左右，電機電流都為270A左右，電機溫度都為60℃左右。均為正常數(shù)值，且可通過顯示屏從地面直接控制井下-160通風(fēng)機的運行、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)。試運行期間未發(fā)生異常問題，該控制系統(tǒng)運行可靠。

圖6 無紙記錄儀

圖7 觸摸屏

表2 風(fēng)機數(shù)據(jù)監(jiān)測表

表3 風(fēng)機控制實驗數(shù)據(jù)表

3 結(jié)語

井下礦山生產(chǎn)作業(yè)的核心實質(zhì)是穩(wěn)固安全，而電氣自動化控制技術(shù)正好有效地解決了相關(guān)的安全問題。通過設(shè)計一種基于PLC控制器和光纖通訊中繼器控制器相結(jié)合的裝置，可監(jiān)測與控制井下通風(fēng)機，有效預(yù)防與緩解了礦下危險事故的發(fā)生，為提高礦業(yè)產(chǎn)量與企業(yè)壯大發(fā)展打下堅持的保障基礎(chǔ)。