引言：大宝顶煤矿主通风机老式监控系统是一台嵌入式开发板型的控制器的监测柜，由于当时设计与现在要求有很大差异，主通风机监控系统不仅速度慢、经常断线还很容易出现故障。原主通风机监控系统已不能主通风机安全运转的相关要求，大宝顶煤矿决定重新安设一套与之匹配的自动化监控系统。
1 概述
1.1 立项背景
大宝顶煤矿主通风机的老式监测系统为一台以嵌入式开发板作为控制器的通风机监测柜，控制室配置了一台工控机作为上位机。该监测系统功能单一，仅能对其实现监测功能，不能实现控制功能，且由于是单片机类型的监测板，结构复杂，处理数据的速度慢，监测柜与工控上位机通讯经常断线，很难保证数据的真实性。目前通风机监测系统仅能够实现主通风机的温度和震动信号的采集。整个通风机系统的操作方式采用人工手动方式进行，不稳定且无法实现2020年11月下发的《煤矿重大设备感知数据接入细则》中关于主通风机在线设备感知数据上传的诸多数据，无法实现无人值守等功能。
主通风机作为煤矿的“肺脏”，它的运行正常与否，直接关系到整个煤矿的生产安全。同时它又是煤矿关键设备中的主要耗能设备，其节能运行对煤矿的经济效益也具有重要意义。因此给予主通风系统配套在线监控系统不仅可实现对其在线进行实时监测和控制，及时掌握主通风机的运行参数和运行状态，提高主通风机的自动化管理水平，有力地保障主通风机经济、可靠、安全的运行，同时也为设备的管理和维护提供了可靠的科学依据。
1.2项目研究的技术路线
整个通风机系统的高压供电部分以及低压供电部分都采用的是双回路的供电方式，并且通风机系统采用的是变频器控制方式，为保证整个通风机系统控制以及监控的可靠性，主通风机在线监控系统采用冗余控制方式，由两台PLC同时监控现场设备，确保系统运行的可靠性、安全性。系统的上位监控计算机由两台工控机组成,互为备用,由一台UPS提供电源，保证系统能够安全、可靠的控制现场设备和采集现场数据。
系统的传输层依托矿上已建成的工业以太环网，通过环网保证了系统数据传输的可靠性，确保该系统运行的稳定性。现场执行层采用双CPU构成的控制系统通过冗余的方式实现对现场设备控制，其中包括电源模块冗余、CPU冗余，现场主CPU只要检测到该组某个模块故障报错，会自动启用备用模块，该切换过程时间非常短（ms级），充分的保证了通风机系统可以快速、安全、可靠、稳定的运行。
具体冗余系统架构图如下：
2 项目实施概况
本次自动化监控系统升级在原有系统上对现有嵌入式通风机监测柜进行更换，增加部分设备对原系统功能进行补充，其中通风机取压装置等利用现有设备。升级后风机系统将提供风机正常一键启停、一键倒机、一键反风等操作。系统可以最大程序确保操作的安全性、可靠性，同时最大程度减少系统停机时间，保障矿井的正常生产。
整个通风机系统的高压供电部分以及低压供电部分都采用的是双回路的供电方式，并且通风机系统采用的是变频器控制方式，为保证整个通风机系统控制以及监控的可靠性，主通风机在线监控系统采用冗余控制方式，由两台PLC同时监控现场设备，确保系统运行的可靠性、安全性。系统的上位监控计算机由两台工控机组成,互为备用,由一台UPS提供电源，保证系统能够安全、可靠的控制现场设备和采集现场数据。
系统的传输层依托矿上已建成的工业以太环网，通过环网保证了系统数据传输的可靠性，确保该系统运行的稳定性。
现场执行层采用双CPU构成的控制系统通过冗余的方式实现对现场设备控制，其中包括电源模块冗余、CPU冗余，现场主CPU只要检测到该组某个模块故障报错，会自动启用备用模块，该切换过程时间非常短（ms级），充分的保证了通风机系统可以快速、安全、可靠、稳定的运行。
对现场蝶形风门、高压开关、变频器设备、低压开关等设备的控制以及现场模拟量传感器信号的采集运用一组远程Flex分布式I/O，现场所有的数字量输入、输出信号以及模拟量输入输出信号通过硬接线的方式连接到PLC控制柜的端子排上，PLC通过Flex分布式I/O采集现场信号和控制现场设备。
主CPU利用通风机控制柜内部环网通过串口网关实现与现场的高压开关、变频器设备、电量模块、温度巡检仪等设备通讯。
主通风机监控系统硬冗余系统如下图所示：
3 设备运行情况
大宝顶煤矿主通风机自动化监测控制系统自改造后，设备运行良好，设备未出现过故障，设备数据传输准确，满足了大宝顶煤矿主通风机安全运转的需求。
4 经济与社会效益分析
4.1 经济效益分析
通过主通风机自动化控制研究应用，完善了主通风机在线监测数据，实现了远程在线控制功能，提高主通风机的自动化管理水平。安装完毕至今主通风机监控系统运行正常，系统数据上传未出现过异常，有力地保障主通风机经济、可靠、安全的运行，同时也为设备的管理和维护提供了可靠的科学依据。并可在确保主通风机安全运转的情况下实现无人值守。
按主通风机司机岗位每班配备主副司机各一名，待班司机一名算，大班司机1人，合计10人，按每人按一在230元算，一年可节约人工费用：10×200×365=73万元；主通风机按设计寿命20年算可节约人工成本共计：20×73=1460万元；本套设备在使用年限过程中，大约可以节约1460万元。
4.2 社会效益分析
通过主通风机自动化控制系统有应用，符合了《煤矿重大设备感知数据接入细则》中关于主通风机在线设备感知数据上传的要求，确保了煤矿矿井主通风机系统安全。
从安全角度看，达到了设计要求,取得了良好的社会效益。
5 取得技术成果与创新点
主通风机自动化控制系统将主通风机房内的高压开关柜、低压开关柜、蝶形风门、变频器、压力传感器、振动传感器、温度巡检仪及电量模块等各项参数进行收集、分析、判断。当出现主通风机故障时可快速发现故障点，并对需要操作的蝶形风门、高低压开关柜、变频器等关键设备还使用了硬接线方式通过Flex分布式I/O进行操控，可实现远程在线控制设备启停，从而实现现场的无人值守功能。达到了设计要求,取得了良好的经济和社会效益。
6 结论
主通风机自动化控制在大宝顶煤矿的研究应用，提升了大宝顶煤矿自动化矿井管理水平，自安装完毕以来系统运行良好，技术改造实施效果表明,具有很好的推广应用价值。