大红山铜矿风机远程监测与调控系统研究与设计
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摘要
通风系统是矿井安全生产的重要组成部分。大红山铜矿目前有十一个中段同时处于生产状态,通风系统由60余台散布于井下的、功率为11KW～110KW的轴流式风机构成,全部采用直接启动、高速运转、人工巡检方式进行管理,不经日常维护管理工作量大、劳动强度高,而且产生巨大的能耗。
本文结合该矿通风系统设备配置和管理现状,以米底莫采区的通风系统为研究对象,综合运用传感器、计算机、网络通讯、自动控制和安全预警等技术进行实验研究,本文主要的研究成果如下：
(1)结合米底莫采区环境与通讯条件、设备现状、运行工况,设计确定基于集散控制系统(DCS)技术的风机实时调控系统的整体构架方案,即以每台风机为一个智能控制节点,负责本区内相关参数的采集和风机的实时调控,并在上位机上将4个控制节点有机统一,实现全区风机的自动实时调控。
(2)设计了控制柜控制电路,对传感器、控制器、变频器等进行了设备选型,为米底莫矿区的风机远程监测与调控系统的设计提供了硬件支持;
(3)设计了PLC和上位机控制逻辑和算法,在此基础上,利用C语言进行了PLC底层软件编程,并利用组态王软件设计开发了上位机软件系统,实现了环境参数的在线采集、通风系统的现场和远程自动控制,以及通风设备的实时变频调速；
(4)通过对米底莫采区这一小范围的、相对独立但自成体系的通风系统的自动控制试验研究,对复杂工况条件下的反转制动、变频启动、变频调速、控制系统安全保护等问题,积累了丰富的经验。
本研究成果已经在该矿米底莫采区投入应用,取得的成果和经验将在该矿整个通风系统控制中进行推广和应用,这对于提高该矿安全管理水平和实现节能降耗,将产生极大的推进作用,也将使大红山铜矿的数字矿山建设进程稳步前进。
Mine ventilation system is the important component of mine for safety production. At present, There are eleven middle sections in simultaneous production status in dahongshan copper mine, ventilation system has sixty 11kw～110kw axial flow fans on the underground, they all adopt direct start, high-speed operation and artificially inspection method with the daily management, so not only the daily maintenance management workload is big and labor intensity is very high, but also they produce huge energy consumption.
This paper combined with equipment configuration and management status of Dahongshan's ventilation system, used the ventilation of Midimo mine area as research object, comprehensive used the technology of sensor, computer, network communication, automatic control and security alerts to test research. Results of this study are as follows:
(1) With the environment and communication of Midimo mining area, equipment status and operation conditions, the overall framework program of fan real-time control system based on the distributed control system technology was designed, This program used each fan as an intelligent control node, which was responsible for the acquisition of parameters and real-time control of fan in the district. Four control nodes were organic united in the upper computer so as to accomplish the automatic real-time control of fan in whole region.
(2) The control circuit of control cabinet was designed. The equipment selection for the sensor, controller and inverter were also done. This provided hardware support for the design of fan remote monitoring and control system in Midimo mining area.
(3) The control logic and algorithms of PLC and upper computer was designed. Based on this, PLC low-level software was programmed by using C language. And upper computer software system was also designed and developed by using the king view software. It realize the environmental parameters online acquisition, site and remote automatic control of ventilation system and Real-time frequency conversion of ventilation equipment;
(4) Midimo mine area is a small rice and its ventilation system is relatively independent, Based on the experimental study of it, we accumulated a wealth of experience in complex conditions about inverse-rotation brake, frequency conversion start, frequency control of motor speed and the security protection of Control system.
The result of this study was applied in Midimo mine area and also will be popularized and used in mine ventilation control system. It has produced a great promotion for increase of security management and energy saving. It also made contribution to the digital process of the entire mine and made it step forward for a very important step.
本文结合该矿通风系统设备配置和管理现状,以米底莫采区的通风系统为研究对象,综合运用传感器、计算机、网络通讯、自动控制和安全预警等技术进行实验研究,本文主要的研究成果如下：
(1)结合米底莫采区环境与通讯条件、设备现状、运行工况,设计确定基于集散控制系统(DCS)技术的风机实时调控系统的整体构架方案,即以每台风机为一个智能控制节点,负责本区内相关参数的采集和风机的实时调控,并在上位机上将4个控制节点有机统一,实现全区风机的自动实时调控。
(2)设计了控制柜控制电路,对传感器、控制器、变频器等进行了设备选型,为米底莫矿区的风机远程监测与调控系统的设计提供了硬件支持;
(3)设计了PLC和上位机控制逻辑和算法,在此基础上,利用C语言进行了PLC底层软件编程,并利用组态王软件设计开发了上位机软件系统,实现了环境参数的在线采集、通风系统的现场和远程自动控制,以及通风设备的实时变频调速；
(4)通过对米底莫采区这一小范围的、相对独立但自成体系的通风系统的自动控制试验研究,对复杂工况条件下的反转制动、变频启动、变频调速、控制系统安全保护等问题,积累了丰富的经验。
本研究成果已经在该矿米底莫采区投入应用,取得的成果和经验将在该矿整个通风系统控制中进行推广和应用,这对于提高该矿安全管理水平和实现节能降耗,将产生极大的推进作用,也将使大红山铜矿的数字矿山建设进程稳步前进。
Mine ventilation system is the important component of mine for safety production. At present, There are eleven middle sections in simultaneous production status in dahongshan copper mine, ventilation system has sixty 11kw～110kw axial flow fans on the underground, they all adopt direct start, high-speed operation and artificially inspection method with the daily management, so not only the daily maintenance management workload is big and labor intensity is very high, but also they produce huge energy consumption.
This paper combined with equipment configuration and management status of Dahongshan's ventilation system, used the ventilation of Midimo mine area as research object, comprehensive used the technology of sensor, computer, network communication, automatic control and security alerts to test research. Results of this study are as follows:
(1) With the environment and communication of Midimo mining area, equipment status and operation conditions, the overall framework program of fan real-time control system based on the distributed control system technology was designed, This program used each fan as an intelligent control node, which was responsible for the acquisition of parameters and real-time control of fan in the district. Four control nodes were organic united in the upper computer so as to accomplish the automatic real-time control of fan in whole region.
(2) The control circuit of control cabinet was designed. The equipment selection for the sensor, controller and inverter were also done. This provided hardware support for the design of fan remote monitoring and control system in Midimo mining area.
(3) The control logic and algorithms of PLC and upper computer was designed. Based on this, PLC low-level software was programmed by using C language. And upper computer software system was also designed and developed by using the king view software. It realize the environmental parameters online acquisition, site and remote automatic control of ventilation system and Real-time frequency conversion of ventilation equipment;
(4) Midimo mine area is a small rice and its ventilation system is relatively independent, Based on the experimental study of it, we accumulated a wealth of experience in complex conditions about inverse-rotation brake, frequency conversion start, frequency control of motor speed and the security protection of Control system.
The result of this study was applied in Midimo mine area and also will be popularized and used in mine ventilation control system. It has produced a great promotion for increase of security management and energy saving. It also made contribution to the digital process of the entire mine and made it step forward for a very important step.
引文
[1]古德生.现代金属矿床开采科学技术[M].北京：冶金工业出版社,2006,685-690.
[2]张新,赵红蕊,陈宜金.人类可持续发展与“数字矿山”研究[J].东北测绘,1999,22(4)：5-6.
[3]王青,吴惠城,牛京考.数字矿山的功能内涵及系统构成[J].中国矿业,2004.13(1)：7-10.
[4]谭得建,徐希康,张申.浅谈自动化、信息化和数字矿山[J].煤炭科学技术,2006.34(1)：23～27.
[5]邓永胜.数字矿山特征及未来数字遥控采矿系统模型[J].昆明冶金高等专科学校学报,2006.22(1)：59～63.
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[7]李雨林.矿井通风安全工作中有待研究的几个技术问题[J].黑色金属矿山通讯,1991,56(1)：112-114.
[8]李军.矿井通风[M].北京：中国安全生产科学研究院,2005：213-214.
[9]易志根.矿井通风监测系统设计与开发[硕士学位论文].长沙：中南大学,2010.
[10]冯兴隆,陈日辉,吕力行,等.大红山铜矿矿井通风网络分析[J].矿业研究与开发,2005,12(3)：84-86
[11]陈伟.全自动矿井通风机监测_调节系统的研究与设计[硕士学位论文].株洲：湖南工业大学,2007.
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