煤礦主扇風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改造的研究

劉光軍

摘 要：文章從當(dāng)前我國(guó)煤礦發(fā)展中主扇風(fēng)機(jī)運(yùn)行存在的監(jiān)控不全，存在巨大的通風(fēng)安全隱患，選取本礦崔莊風(fēng)井的風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)改造為實(shí)例，以TF-III型崔莊主扇風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝調(diào)試、運(yùn)行效果等各方面的改造實(shí)施，從而實(shí)現(xiàn)老礦井主通風(fēng)機(jī)的現(xiàn)代化，滿足現(xiàn)代化礦井生產(chǎn)的要求。

關(guān)鍵詞：礦井通風(fēng)機(jī)；在線監(jiān)測(cè)；風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)改造

1 概述

當(dāng)前，我國(guó)大多數(shù)煤礦井的主通風(fēng)機(jī)并沒有實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井通風(fēng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)?，F(xiàn)以峰峰集團(tuán)羊東礦崔莊風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)改造為例簡(jiǎn)要說明礦井主風(fēng)機(jī)在線檢查系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

2 設(shè)備現(xiàn)狀

羊東礦崔莊風(fēng)井

風(fēng)機(jī)形式：長(zhǎng)軸軸流風(fēng)機(jī)（上海鼓風(fēng)機(jī)廠） 數(shù)量：2臺(tái)

風(fēng)機(jī)型號(hào)：GAF26.6-16-1.67

負(fù)壓范圍：2628～4000 Pa 流量：148～176.2m³/s

風(fēng)機(jī)調(diào)風(fēng)形式：停機(jī)調(diào)整風(fēng)葉角度

風(fēng)機(jī)潤(rùn)滑形式：稀油潤(rùn)滑 （配套潤(rùn)滑油站2個(gè)）

配套電機(jī)：YR5601-6 異步電動(dòng)機(jī)（湘潭電機(jī)廠）

額定功率：1000KW 額定電壓：6000V 額定電流：119A

額定轉(zhuǎn)速：989 r/min 功率因數(shù)：0.85

啟動(dòng)方式：轉(zhuǎn)子串電抗器

風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：無

3整體改造實(shí)施方案

鑒于目前崔莊風(fēng)井的設(shè)備情況，按照煤礦主扇風(fēng)機(jī)運(yùn)行規(guī)程要求及打造數(shù)字化礦井的發(fā)展需要，均需要增加和完善主扇風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的裝備和投入。需要將監(jiān)測(cè)信息上傳至礦調(diào)度中心，鑒于該風(fēng)井的地理位置跨越村莊、道路、鐵路等設(shè)施，不宜采用光纜通訊，采用成熟的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，達(dá)到對(duì)風(fēng)機(jī)檢測(cè)。

4 TF-III型崔莊主扇風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)介紹

TF-III型礦井主扇風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是采用最新技術(shù)而設(shè)計(jì)的第三代主扇風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，編程智能數(shù)據(jù)采集、工業(yè)組態(tài)監(jiān)測(cè)和控制、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫管理、網(wǎng)絡(luò)通訊等功能為一體。主要功能如下：

4.1 設(shè)備監(jiān)測(cè)核心采用西門子系列可編程控制器，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)傳感器能夠快速、準(zhǔn)確實(shí)時(shí)對(duì)風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，包括溫度、壓力、流量、振動(dòng)、電壓、電流、功率、電量等重要參數(shù)，對(duì)運(yùn)行監(jiān)測(cè)參數(shù)進(jìn)行快速分析處理，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)報(bào)警提示，并且按照相關(guān)預(yù)案執(zhí)行保護(hù)停機(jī)、防止造成重大安全事故。

4.2 監(jiān)控上位機(jī)采用2臺(tái)工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)（工控機(jī)），雙機(jī)冗余設(shè)計(jì)，可互為備用和同步顯示，上位機(jī)監(jiān)控軟件平臺(tái)采用功能強(qiáng)大、穩(wěn)定可靠的正版ForceControl工業(yè)控制組態(tài)軟件設(shè)計(jì)開發(fā)，具有高性能、高速度、高吞吐量、高可靠性、跨網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開放式數(shù)據(jù)庫，人機(jī)界面友好，操作簡(jiǎn)單，查看方便。

4.3 提供各種運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線、歷史趨勢(shì)曲線，便于用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)變化分析。

4.4 具有運(yùn)行報(bào)表功能，自動(dòng)記錄、存儲(chǔ)各參數(shù)運(yùn)行數(shù)據(jù)，形成班報(bào)表、日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表等，代替人工抄錄，可隨時(shí)查閱報(bào)表歷史記錄（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間為一年）。另外提供數(shù)據(jù)報(bào)表轉(zhuǎn)存功能，可選擇存儲(chǔ)路徑、報(bào)表時(shí)間范圍、數(shù)據(jù)記錄間隔等功能。

4.5 自動(dòng)記錄設(shè)備運(yùn)行異常的報(bào)警信息和內(nèi)容，包括報(bào)警發(fā)生、確認(rèn)、消失的具體時(shí)間等，通過歷史報(bào)警窗口可進(jìn)行查閱、瀏覽和打印。

5 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)和配置

監(jiān)控系統(tǒng)由上位機(jī)（監(jiān)控計(jì)算機(jī)）、PLC控制柜（數(shù)據(jù)采集和報(bào)警控制）、現(xiàn)場(chǎng)傳感器及網(wǎng)絡(luò)功能接口等組成。

5.1監(jiān)控上位機(jī)

監(jiān)控上位機(jī)采用知名品牌工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)，可同時(shí)監(jiān)測(cè)兩臺(tái)風(fēng)機(jī)，上位機(jī)人機(jī)界面采用工業(yè)控制組態(tài)軟件設(shè)計(jì)開發(fā)，接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行還原顯示、存貯、形成報(bào)表、實(shí)時(shí)和歷史曲線等，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷處理等，并聯(lián)網(wǎng)通訊滿足其它監(jiān)控平臺(tái)的數(shù)據(jù)訪問。

5.2 PLC控制柜

PLC控制柜核心采用西門子S7-1200系列可編程控制器，可編程控制器包括電源模塊、CPU模塊、模擬量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、以太網(wǎng)通訊模塊等，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)傳感器和其他控制設(shè)備分別對(duì)風(fēng)機(jī)和附屬設(shè)備實(shí)現(xiàn)邏輯控制和運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)、報(bào)警輸出和外部通訊等功能。

5.3 現(xiàn)場(chǎng)傳感器

現(xiàn)場(chǎng)傳感器主要包括溫度傳感器、壓力傳感器、振動(dòng)傳感器、位置傳感器等。

主要技術(shù)參數(shù)：

測(cè)量范圍： 0 ～ -5Kpa；輸出：4-20mADC 二線制

基本誤差： 0.25%

工作溫度：-20℃-+85℃

長(zhǎng)期穩(wěn)定性：<0.2%F.S/℃

過載極限：最大額定壓力的1.5倍

5.3.1 風(fēng)量的測(cè)量方法

根據(jù)空氣流動(dòng)的動(dòng)力學(xué)理論，利用兩端面靜壓變化測(cè)定法計(jì)算風(fēng)量，具有測(cè)定方法簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)穩(wěn)定、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，適合進(jìn)行長(zhǎng)期在線風(fēng)量監(jiān)測(cè)。

5.3.2潤(rùn)滑油壓、冷卻水壓力的監(jiān)測(cè)

采用壓力變送器采集潤(rùn)滑油壓、冷卻水壓力，判斷供油壓力的高低和冷卻水進(jìn)出水壓力高低。

6 振動(dòng)傳感器

振動(dòng)傳感器用于測(cè)量風(fēng)機(jī)的振幅或振速信號(hào)，是監(jiān)測(cè)軸承故障的重要手段之一，一般安裝在風(fēng)機(jī)內(nèi)軸承座體上（或風(fēng)機(jī)機(jī)體上），每臺(tái)風(fēng)機(jī)裝有兩組（4只）按垂直、水平方向分布的振動(dòng)傳感器。振動(dòng)傳感器有專用配套變送器，將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送入PLC模擬量采集通道。

振動(dòng)傳感器及變送器技術(shù)參數(shù)：

振動(dòng)傳感器型號(hào)：CD-21 C（S）

測(cè)量范圍：0～500μm；

靈敏度：200mv/cm/s；

橫向靈敏度比：<10%；

工作環(huán)境：溫度： -29℃～80℃，相對(duì)濕度： 95%不冷凝；

輸出電阻：≤500Ω；

最大承受沖擊：500m/s²

7 電參數(shù)的采集

風(fēng)機(jī)運(yùn)行的電參數(shù)采集采用綜合電參數(shù)模塊實(shí)現(xiàn)，該模塊是一款性能優(yōu)異，功能齊全的智能型電參數(shù)測(cè)量與采集模塊，適用于工頻三相三線制或三相四線制電路中的電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等信號(hào)的測(cè)量，采用RS485總線通訊方式，標(biāo)準(zhǔn)MODBUS-RTU通訊規(guī)約。

可在市場(chǎng)上購買EDA9033D電參數(shù)模塊，實(shí)現(xiàn)電參數(shù)采集的功能。

綜合電參數(shù)模塊主要技術(shù)參數(shù)：

輸入信號(hào)：三相交流電壓、電流，輸入頻率：45～75Hz

電壓量程： 500V，電流量程： 5A、

通訊輸出：RS-485 ，標(biāo)準(zhǔn)MODBUS-RTU通訊規(guī)約。

測(cè)量精度：電流、電壓：0.2級(jí)；其它電量：0.5級(jí)；

供電電源：DC+10～30V；功耗：<0.5W

工作環(huán)境：工作溫度：-20℃～+70℃ 相對(duì)濕度：5%～95%不結(jié)露

8 系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)

·工作輸入電源： AC170～250V，控制器電源： DC24V；

·工作環(huán)境：環(huán)境溫度-30℃～60℃，相對(duì)濕度：-5%～95%不結(jié)露。

·壓力信號(hào)：測(cè)量范圍0～-5kPa，0～1MPa，測(cè)量精度±0.5%，

標(biāo)準(zhǔn)4～20mA信號(hào)

·溫度信號(hào)：測(cè)量范圍-20～280℃ 測(cè)量精度：±1.0

傳感器分度號(hào)：PT100

·振動(dòng)信號(hào)：測(cè)量范圍：0～500μm 測(cè)量精度：<2%

9監(jiān)控界面

9.1運(yùn)行主界面（見圖1）

9.2 查看實(shí)時(shí)變化曲線、歷史曲線和運(yùn)行工況性能曲線

選擇歷史數(shù)據(jù)曲線，雙擊趨勢(shì)框，將彈出歷史趨勢(shì)設(shè)置畫面，選擇需要查詢的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間和時(shí)間軸范圍（橫軸），并且可以調(diào)整數(shù)據(jù)軸（縱軸）的數(shù)據(jù)范圍，鼠標(biāo)拖動(dòng)游標(biāo)可了解具體某一點(diǎn)的詳細(xì)數(shù)據(jù)。