煤礦主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用

劉丹丹

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)大斗溝煤業(yè)有限公司，山西 大同 037031）

引言

主通風(fēng)機(jī)是煤礦井下主要的機(jī)電設(shè)備，做好主通風(fēng)機(jī)及其附屬設(shè)備和煤礦井下環(huán)境的監(jiān)測尤為重要，主通風(fēng)機(jī)一旦停機(jī)，就會造成瓦斯聚集、溫度升高、供氧不足等，從而造成礦井停產(chǎn)，還可能引發(fā)瓦斯與煤塵爆炸。但是，主通風(fēng)機(jī)的異常不僅指主通風(fēng)機(jī)本身的異常，主通風(fēng)機(jī)附屬的電源、變頻器以及控制PLC的異常，也都會導(dǎo)致主通風(fēng)機(jī)無法工作，所以不光要監(jiān)測主通風(fēng)機(jī)，還要監(jiān)測主通風(fēng)機(jī)的電源、變頻器以及控制PLC 等附屬設(shè)備，一旦監(jiān)測到異常，立即啟動備用通風(fēng)機(jī)及其附屬設(shè)備，維護(hù)煤礦井下安全[1-2]。

大斗溝煤礦目前安裝主通風(fēng)機(jī)型號為NN-2884/1 400 N，電機(jī)型號為Y630-6，主扇功率為1 850 kW，額定電壓為6 000 V，轉(zhuǎn)速為984 r/min，負(fù)壓為3 108 MPa，供風(fēng)風(fēng)量為287 m3/s。由于原主扇采用的監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測自動化水平低，監(jiān)測精度低，無法實時反饋主通風(fēng)機(jī)故障情況，嚴(yán)重制約著主通風(fēng)機(jī)安全高效運行，對此大斗溝礦綜合區(qū)通過技術(shù)研究，對礦井主通風(fēng)機(jī)安裝了一套在線實時監(jiān)測系統(tǒng)。

1 主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其工作原理

1.1 主通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1）主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由PLC 控制器、電源模塊、發(fā)電機(jī)和數(shù)據(jù)采集模塊等組成，其中PLC控制器主要分為總控制器、主控制器、備控制器；總控PLC 與主控PLC、備控PLC 及報警模塊連接。報警模塊內(nèi)置聲光報警系統(tǒng)，其由警示燈和喇叭組成。

2）主控PLC 控制器與主變頻器、數(shù)據(jù)采集模塊連接，主變頻器與主通風(fēng)機(jī)連接；備控PLC 控制器與備用變頻器連接，備用變頻器與副通風(fēng)機(jī)連接，備控PLC 控制器還與數(shù)據(jù)采集模塊連接。

3）數(shù)據(jù)采集模塊由風(fēng)機(jī)參數(shù)采集單元和環(huán)境參數(shù)采集單元組成；風(fēng)機(jī)參數(shù)采集單元包括主通風(fēng)機(jī)參數(shù)采集單元和副通風(fēng)機(jī)參數(shù)采集單元，主風(fēng)機(jī)參數(shù)采集單元與主控PLC 控制器連接，副風(fēng)機(jī)參數(shù)采集單元與備控PLC 控制器連接，環(huán)境參數(shù)采集單元分別與主控PLC 控制器和備控PLC 控制器連接。

4）風(fēng)機(jī)運行環(huán)境參數(shù)采集單元由主風(fēng)機(jī)運行環(huán)境參數(shù)和副風(fēng)機(jī)運行環(huán)境參數(shù)采集單元組成；主風(fēng)機(jī)運行環(huán)境參數(shù)采集單元主要由第一瓦斯?jié)舛葯z測傳感器、第一風(fēng)壓傳感器以及第一風(fēng)量傳感器等部分組成；副風(fēng)機(jī)參數(shù)采集單元主要由第二瓦斯?jié)舛葯z測傳感器、第二風(fēng)壓傳感器以及第二風(fēng)量傳感器等部分組成。

5）主副風(fēng)機(jī)參數(shù)采集單元主要由葉輪軸承溫度傳感器、電機(jī)軸承溫度傳感器、電機(jī)軸承徑向振動傳感器、電機(jī)軸承軸向振動傳感器、電機(jī)電流傳感器、電機(jī)電壓傳感器等部分組成。其中葉輪軸承溫度傳感器安裝主葉輪的軸承上，電機(jī)軸承溫度傳感器、電機(jī)軸承徑向振動傳感器以及電機(jī)軸承軸向振動傳感器安裝在電機(jī)的軸承上，如圖1 所示。

圖1 監(jiān)測系統(tǒng)各類傳感器布置示意圖

6）主葉輪軸承溫度傳感器主要由第一主葉輪軸承溫度傳感器和第二主葉輪軸承溫度傳感器組成，主電機(jī)軸承溫度傳感器主要由第一主電機(jī)和第二主電機(jī)軸承溫度傳感器等組成，主電機(jī)軸承徑向振動傳感器主要由第一主電機(jī)軸承徑向振動傳感器和第二主電機(jī)軸承徑向振動傳感器組成，主電機(jī)軸承軸向振動傳感器主要由第一主電機(jī)軸承軸向振動傳感器和第二主電機(jī)軸承軸向振動傳感器組成，主電機(jī)電流傳感器主要由第一主電機(jī)電流傳感器和第二主電機(jī)電流傳感器組成，主電機(jī)電壓傳感器主要由第一主電機(jī)電壓傳感器和第二主電機(jī)電壓傳感器等組成。

1.2 系統(tǒng)工作原理

1）主風(fēng)機(jī)工作時，主控PLC 控制器通過第一瓦斯?jié)舛葯z測傳感器檢測主通風(fēng)機(jī)工作環(huán)境的瓦斯?jié)舛?，通過第一瓦斯檢測傳感器、第一風(fēng)壓傳感器和第一風(fēng)量傳感器實時監(jiān)測主風(fēng)道內(nèi)瓦斯?jié)舛?、風(fēng)壓和風(fēng)量，檢測到瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)時，通過主變頻器調(diào)整主通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，增大風(fēng)壓和風(fēng)量。

2）通過主葉輪軸承溫度傳感器檢測主葉輪工作時軸承的溫度，通過主電機(jī)軸承溫度傳感器檢測主電機(jī)工作時軸承的溫度，通過主電機(jī)軸承徑向振動傳感器檢測主電機(jī)軸承沿直徑方向的振動幅度，通過主電機(jī)軸承軸向振動傳感器檢測主電機(jī)軸承沿軸的方向的振動幅度。

3）通過主電機(jī)電流傳感器檢測主電機(jī)工作時的電流值，通過主電機(jī)電壓傳感器檢測主電機(jī)工作時的電壓值，主通風(fēng)機(jī)工作時主控PLC 啟動主風(fēng)門；副風(fēng)機(jī)工作時系統(tǒng)監(jiān)測原理與主風(fēng)機(jī)監(jiān)測原理相同，如圖2 所示。

圖2 煤礦主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)控系統(tǒng)工作原理框架結(jié)構(gòu)示意圖

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)點及應(yīng)用效果分析

2.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)點與問題

1）結(jié)構(gòu)簡單：風(fēng)機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)相對簡單，不僅可用于礦井主通風(fēng)機(jī)，還可用于采掘工作面局部通風(fēng)機(jī)，實用性強(qiáng)、應(yīng)用領(lǐng)域廣。

2）自動化水平高：該系統(tǒng)主要利用PLC 技術(shù)實時對監(jiān)測傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸、處理以及分析，并實時上傳至地面，從而為操作人員提供風(fēng)機(jī)運行狀態(tài)參數(shù)，系統(tǒng)自動化水平高，全程監(jiān)控過程中無需人工干預(yù)，大大降低了人工勞動作業(yè)強(qiáng)度。

3）監(jiān)控精度高：監(jiān)控系統(tǒng)不僅能夠在檢測到主通風(fēng)機(jī)異常時，切換備用通風(fēng)機(jī)工作，還能檢測主通風(fēng)機(jī)附屬設(shè)備的異常，在主變頻器及主控PLC 異常時，切換備用通風(fēng)機(jī)工作，在電源異常時，切換發(fā)電機(jī)給主通風(fēng)機(jī)供電，同時系統(tǒng)能夠利用變頻器來調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，根據(jù)瓦斯?jié)舛瓤刂骑L(fēng)量和風(fēng)壓，對風(fēng)機(jī)監(jiān)控效果好，提高了風(fēng)機(jī)監(jiān)測精度。

4）系統(tǒng)主要存在的問題：該系統(tǒng)主要采用傳感器對主通風(fēng)機(jī)各項參數(shù)進(jìn)行收集，采用PLC 控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析，數(shù)據(jù)傳輸主要采用無線傳輸方式，而主通風(fēng)機(jī)功率大，風(fēng)機(jī)在運行過程中會產(chǎn)生高次諧波，對數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生影響，需定期對傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行糾正。

2.2 實際應(yīng)用效果分析

2021 年8 月大斗溝礦對主通風(fēng)機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，截至12 月通過4 個月實際應(yīng)用效果來看，該系統(tǒng)投入使用后共計監(jiān)測到主通風(fēng)機(jī)震動、異響等故障7 起，系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)故障后及時將故障源上傳至遠(yuǎn)程操控室內(nèi)，并及時進(jìn)行處理，未發(fā)生一起因主通風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障停機(jī)現(xiàn)象；系統(tǒng)在使用過程中動作靈敏可靠，監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度提高了65%。

3 結(jié)語

大斗溝煤礦對NN-2884/1400N 主通風(fēng)機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，通過實際應(yīng)用效果來看，優(yōu)化改進(jìn)后的監(jiān)控系統(tǒng)，自動化水平高、監(jiān)測精度高，能夠?qū)崟r對通風(fēng)機(jī)各類故障進(jìn)行監(jiān)測，大大降低了主通風(fēng)機(jī)故障率，提高主通風(fēng)機(jī)供風(fēng)穩(wěn)定性，保證了煤礦安全生產(chǎn)，取得了顯著應(yīng)用成效。