煤礦主扇風(fēng)機在線監(jiān)測系統(tǒng)改造的研究

劉光軍

摘 要：文章從當(dāng)前我國煤礦發(fā)展中主扇風(fēng)機運行存在的監(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)機監(jiān)測改造為實例，以TF-III型崔莊主扇風(fēng)機在線監(jiān)測系統(tǒng)安裝調(diào)試、運行效果等各方面的改造實施，從而實現(xiàn)老礦井主通風(fēng)機的現(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；在線監(jiān)測；風(fēng)機監(jiān)測改造

1 概述

當(dāng)前，我國大多數(shù)煤礦井的主通風(fēng)機并沒有實現(xiàn)在線監(jiān)測，無法實現(xiàn)對礦井通風(fēng)實時監(jiān)測。現(xiàn)以峰峰集團羊東礦崔莊風(fēng)機監(jiān)測改造為例簡要說明礦井主風(fēng)機在線檢查系統(tǒng)的實現(xiàn)。

2 設(shè)備現(xiàn)狀

羊東礦崔莊風(fēng)井

風(fēng)機形式：長軸軸流風(fēng)機（上海鼓風(fēng)機廠） 數(shù)量：2臺

風(fēng)機型號：GAF26.6-16-1.67

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

風(fēng)機調(diào)風(fēng)形式：停機調(diào)整風(fēng)葉角度

風(fēng)機潤滑形式：稀油潤滑 （配套潤滑油站2個）

配套電機：YR5601-6 異步電動機（湘潭電機廠）

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

啟動方式：轉(zhuǎn)子串電抗器

風(fēng)機在線監(jiān)測系統(tǒng)：無

3整體改造實施方案

鑒于目前崔莊風(fēng)井的設(shè)備情況，按照煤礦主扇風(fēng)機運行規(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)機在線監(jiān)測系統(tǒng)的裝備和投入。需要將監(jiān)測信息上傳至礦調(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，采用成熟的點對點無線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，達到對風(fēng)機檢測。

4 TF-III型崔莊主扇風(fēng)機在線監(jiān)測系統(tǒng)介紹

TF-III型礦井主扇風(fēng)機在線監(jiān)測系統(tǒng)是采用最新技術(shù)而設(shè)計的第三代主扇風(fēng)機在線監(jiān)測系統(tǒng)，編程智能數(shù)據(jù)采集、工業(yè)組態(tài)監(jiān)測和控制、計算機數(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)測核心采用西門子系列可編程控制器，結(jié)合現(xiàn)場傳感器能夠快速、準(zhǔn)確實時對風(fēng)機設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測，包括溫度、壓力、流量、振動、電壓、電流、功率、電量等重要參數(shù)，對運行監(jiān)測參數(shù)進行快速分析處理，發(fā)現(xiàn)異常情況及時報警提示，并且按照相關(guān)預(yù)案執(zhí)行保護停機、防止造成重大安全事故。

4.2 監(jiān)控上位機采用2臺工業(yè)級計算機（工控機），雙機冗余設(shè)計，可互為備用和同步顯示，上位機監(jiān)控軟件平臺采用功能強大、穩(wěn)定可靠的正版ForceControl工業(yè)控制組態(tài)軟件設(shè)計開發(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，人機界面友好，操作簡單，查看方便。

4.3 提供各種運行數(shù)據(jù)的實時趨勢曲線、歷史趨勢曲線，便于用戶進行數(shù)據(jù)變化分析。

4.4 具有運行報表功能，自動記錄、存儲各參數(shù)運行數(shù)據(jù)，形成班報表、日報表、月報表等，代替人工抄錄，可隨時查閱報表歷史記錄（數(shù)據(jù)存儲時間為一年）。另外提供數(shù)據(jù)報表轉(zhuǎn)存功能，可選擇存儲路徑、報表時間范圍、數(shù)據(jù)記錄間隔等功能。

4.5 自動記錄設(shè)備運行異常的報警信息和內(nèi)容，包括報警發(fā)生、確認(rèn)、消失的具體時間等，通過歷史報警窗口可進行查閱、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（監(jiān)控計算機）、PLC控制柜（數(shù)據(jù)采集和報警控制）、現(xiàn)場傳感器及網(wǎng)絡(luò)功能接口等組成。

5.1監(jiān)控上位機

監(jiān)控上位機采用知名品牌工業(yè)級計算機，可同時監(jiān)測兩臺風(fēng)機，上位機人機界面采用工業(yè)控制組態(tài)軟件設(shè)計開發(fā)，接收的數(shù)據(jù)進行還原顯示、存貯、形成報表、實時和歷史曲線等，對數(shù)據(jù)進行分析判斷處理等，并聯(lián)網(wǎng)通訊滿足其它監(jiān)控平臺的數(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)場傳感器和其他控制設(shè)備分別對風(fēng)機和附屬設(shè)備實現(xiàn)邏輯控制和運行參數(shù)實時在線監(jiān)測、報警輸出和外部通訊等功能。

5.3 現(xiàn)場傳感器

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

主要技術(shù)參數(shù)：

測量范圍： 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)量的測量方法

根據(jù)空氣流動的動力學(xué)理論，利用兩端面靜壓變化測定法計算風(fēng)量，具有測定方法簡單、數(shù)據(jù)穩(wěn)定、準(zhǔn)確的特點，適合進行長期在線風(fēng)量監(jiān)測。

5.3.2潤滑油壓、冷卻水壓力的監(jiān)測

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

6 振動傳感器

振動傳感器用于測量風(fēng)機的振幅或振速信號，是監(jiān)測軸承故障的重要手段之一，一般安裝在風(fēng)機內(nèi)軸承座體上（或風(fēng)機機體上），每臺風(fēng)機裝有兩組（4只）按垂直、水平方向分布的振動傳感器。振動傳感器有專用配套變送器，將振動信號轉(zhuǎn)換為4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號送入PLC模擬量采集通道。

振動傳感器及變送器技術(shù)參數(shù)：

振動傳感器型號：CD-21 C（S）

測量范圍：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)機運行的電參數(shù)采集采用綜合電參數(shù)模塊實現(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)等信號的測量，采用RS485總線通訊方式，標(biāo)準(zhǔn)MODBUS-RTU通訊規(guī)約。

可在市場上購買EDA9033D電參數(shù)模塊，實現(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：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。

測量精度：電流、電壓：0.2級；其它電量：0.5級；

供電電源：DC+10～30V；功耗：<0.5W

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

·壓力信號：測量范圍0～-5kPa，0～1MPa，測量精度±0.5%，

標(biāo)準(zhǔn)4～20mA信號

·溫度信號：測量范圍-20～280℃ 測量精度：±1.0

傳感器分度號：PT100

·振動信號：測量范圍：0～500μm 測量精度：<2%

9監(jiān)控界面

9.1運行主界面（見圖1）

9.2 查看實時變化曲線、歷史曲線和運行工況性能曲線

選擇歷史數(shù)據(jù)曲線，雙擊趨勢框，將彈出歷史趨勢設(shè)置畫面，選擇需要查詢的開始時間和結(jié)束時間和時間軸范圍（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)拖動游標(biāo)可了解具體某一點的詳細(xì)數(shù)據(jù)。