GPRS无线通讯技术在矿井通风监控系统的应用*

贾安民 黄寿元

(1.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；2.金属矿山安全与健康国家重点实验室；3.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司)



GPRS无线通讯技术在矿井通风监控系统的应用*

贾安民1,2,3黄寿元1,2,3

(1.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；2.金属矿山安全与健康国家重点实验室；3.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司)

GPRS(General packet radio service)无线通讯技术具有良好的实时响应与处理能力、无线信号覆盖广等特点。以某矿通风监控系统为工程实例，通过企业局域网、Internet、GPRS网络使地表监控中心主控计算机与置于地表风机机站的GPRS远程I/O控制柜进行通讯，并通过GPRS远程I/O控制柜进行数据采集、控制风机驱动变频器和降压启动柜，从而实现通过主控计算机对机站风机进行远程无线集中启停及调速控制，对风机运行状态和风机运行电流等参数进行监测。实践表明，该系统运行效果显著，对于进一步提高矿井通风自动化管理水平有一定的参考价值。

矿井通风监控 GPRS通讯 通风管理

矿井通风系统须建立机械通风系统，通风机为通风系统提供动力，是整个系统的“心脏”部分，掌握风机的运行情况是提高通风系统管理水平的重要环节。多级机站通风系统相对于单一的地表主扇回风通风系统而言，风机数量较多，通风系统维护管理尤为重要。若将传统的通风系统与通风监控系统相结合，通过通风远程监控系统平台，对通风系统部分风机进行开停或调速控制，确保风量供需平衡，可最大限度地挖掘通风节能潜力[1-3]。对于通风监控系统通讯方式，井下一般单独敷设光纤传输介质或利用矿山六大系统通讯网络，而对于地表风机远程控制，若采用GPRS通用分组无线服务技术，充分利用其良好的实时响应与处理能力、信号覆盖广等特点，可减少通风监控系统投资，便于后期维护管理[4-5]。某矿地下开采采用侧翼对角抽出式通风系统，中竖井和-120 m平硐进风，主回风井和通风斜井回风，通风系统回风机站设于地表。由于地表主回风井和通风斜井风机机站相距较远，且两者间为山区丘陵地形地貌，由山间小路相连通，不利于风机的有效控制与管理。

1 风机分布情况及监控范围

通风系统采用侧翼对角抽出方式，在+24 m主回风井地表、+87 m通风斜井地表各设一个回风机站，通风机站及风机分布方案为：①+24 m主回风井回风机站设有K40-6-19型风机一台，配135 kW电动机，采用变频器启动及调速控制；②+87 m通风斜井回风机站设有K40-6-12型风机一台，配15 kW电动机，采用接触器直接启动控制。该方案中被监控风机为地表+24 m主回风井机站、地表+87 m通风斜井机站风机，其中+24 m主回风井机站的一台风机采用变频器启动及调速控制，而+87 m通风斜井机站的一台风机由于功率较小，采用接触器直接启动控制。

2 监控系统设计方案

本研究通风监控系统采用以工控计算机、GPRS远程I/O控制柜为核心的硬件系统，通过企业局域网、Internet和GPRS网络，对全矿地表主风机进行远程无线集中监控。

2.1 监控系统硬件设计及原理

整个系统由监控中心主控计算机、GPRS远程I/O控制柜、风机驱动变频器(降压启动柜)、企业局域网、Internet、GPRS网络组成。设于地表调度室监控中心的主控计算机采用TCP/IP协议，通过企业局域网连接至Internet，通过Internet连接至GPRS通讯网络，与设于现场风机站的GPRS远程I/O控制柜进行通讯，GPRS远程I/O控制柜根据主控机的指令完成风机的启停控制和风机电流、运行频率等参数监测，并将结果传回主控计算机。主控计算机对接收数据进行自动分析处理，将风机的运行状态和各种监测数据以图形(动画)、文字等形式显示于主控机屏幕上。同时主控机根据风机电流大小及持续时间判断风机是否过载，当检测到某台风机过载时，及时发出关闭过载风机指令，通风机站现场GPRS远程I/O控制柜根据主控机的指令关闭过载风机。

2.2 监控系统软件设计

本研究用Windows XP操作系统的工控组态软件设计开发通风系统监控软件。工控组态软件具有丰富的画面显示组态功能，控制操作、风机工作状态及相关监测参数以图形化的控制按钮及动画显示，可操作性、适应性较强。

2.3 通讯网络及布线

地面调度室监控中心距地表的2个回风机站较远，+24 m主回风井回风机站与+87 m通风斜井回风机站均设置于地表，三者间的地形地貌为山区丘陵，中间由山间小路相连通。若采用光纤传输介质进行通讯，需架空或埋地敷设通讯光缆，不仅施工成本高，而且后期维护管理不便。因此，结合该矿现场实际情况，利用GPRS无线通讯网络，建立了通风监控系统无线通讯网络(图1)。

图1 通风监控系统布置

2.4 功能设计

计算机远程集中监控系统通过通讯网络将位于地表调度室的主控计算机与置于地表风机机站的GPRS远程I/O控制柜以及变频器(降压启动柜)相连，形成计算机通讯网络，通过主控计算机对风机进行远程集中启停及调速控制，对风机运行状态和风机运行电流、频率等参数进行监测。该系统功能如图2所示。

3 监控系统运行情况

通风监控系统安装调试后，系统运行稳定可靠、故障率低、维护简单、可扩展性强，系统操作简单，界面形象直观，适合调度室监控中心人员操作管理。机站监控画面主要显示对风机的控制操作、机站风机启动警告警铃开关、风机运行状态与相关参数以及机站状态信号等信息(图3、图4)。

图2 通风监控系统功能

为进一步提高通风自动化管理水平，在各机站监控画面的控制模式中选择区域，单击“手动/自动”切换开关，显示该机站进入自动控制模式。在自动控制方案编辑画面(图5)中编辑该机站每一台风机在24 h内以0.5 h间隔为单位的任意自动启停时段，以及风机运行的高低频率值(仅采用变频器驱动的风机具有该项参数)。经确认后进入自动定时控制模式或仅保存自动控制方案。在机站进入自动定时控制模式后，单击“手动/自动”切换开关，显示该机站的取消自动控制确认画面。

4 结 语

以某矿为例，对分布于地表的主风机的通风监控系统采用GPRS无线通讯方式，并结合企业局域网、Internet等对矿井通风监控系统进行设计开发，运行结果表明，该系统可迅速及时地实现通风系统反风，通风管理人员可观测风机运行情况，及时对风机进行启停控制、风机变频调速，实现风流按需调控，在满足通风安全需要的前提下，最大限度地降低通风能耗，有助于提升矿井通风系统的安全管理水平。

[1] 贡锁国，贾安民，黄 欣，等.多级机站通风计算机集中监控系统[J].金属矿山，2002(4)：49-52.

[2] 贾安民.井下多级机站通风监控与节能技术研究[J].金属矿山，2012(6)：113-119.

[3] 贾安民，黄寿元.井下通风远程监控技术在苍山铁矿的应用[J].现代矿业，2012(7)：75-78.

[4] 战明君.基于GPRS的自动气象站系统[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2007.

[5] 韩海强，杨天金.GPRS无线通讯在能源计量的应用[J].无线互联科技，2011(6)：22-24.

图3 +24 m机站监控画面

图4 +87 m机站监控画面

图5 自动定时控制方案编辑画面

2016-05-30)

*科研院所技术开发研究专项(编号：2009EG113037)。

贾安民(1961—)，男，高级工程师，243000 安徽省马鞍山市经济技术开发区西塘路666号。