主扇風(fēng)機(jī)無(wú)人值守系統(tǒng)改造探析

范懂理

（開(kāi)灤（集團(tuán)）蔚州礦業(yè)有限公司興源礦，河北 張家口075700）

1 工程概況

興源礦現(xiàn)有 FBCDZ－6－NO．19／2×160kW 型礦用對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)（淄博金河風(fēng)機(jī)有限公司）2臺(tái)，1臺(tái)使用，1臺(tái)備用，電機(jī)功率為2×160kW，額定電壓380V，靜壓1 800Pa左右，全壓2 000Pa左右，風(fēng)量3 600m3／min。電控形式采用變頻調(diào)速。安裝有AKYJC型微機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠在線測(cè)量與處理風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)，包括風(fēng)機(jī)入口靜壓、風(fēng)速、流量、電機(jī)軸承溫度、定子繞組溫度、電機(jī)功率、風(fēng)機(jī)效率等，不能監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)振動(dòng)狀況，目前操作人員通過(guò)變頻柜上的啟、停按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的啟停操作，通過(guò)調(diào)節(jié)變頻柜上的調(diào)速旋轉(zhuǎn)鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的調(diào)速，不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、自動(dòng)調(diào)節(jié)以及無(wú)人值守。

針對(duì)以上情況，興源礦決定對(duì)主通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，為其引入全新的控制模式。改造內(nèi)容如下：保留現(xiàn)有的1臺(tái)電源進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜、2臺(tái)聯(lián)絡(luò)柜及4臺(tái)變頻控制柜，風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)增加1臺(tái)礦用主扇風(fēng)機(jī)控制柜（PLC控制柜），控制4臺(tái)變頻啟動(dòng)器；礦調(diào)度室安裝2臺(tái)（套）上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和相關(guān)數(shù)據(jù)的顯示、打印、存儲(chǔ)，增加1套視頻監(jiān)控系統(tǒng)，最終改造成1套智能化風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)綜合應(yīng)用了先進(jìn)的自動(dòng)控制、通訊、計(jì)算機(jī)、信息和現(xiàn)代管理技術(shù)，能夠完成風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)管理、風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)以及風(fēng)速、風(fēng)量、振動(dòng)等參數(shù)集中監(jiān)控等各種任務(wù)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)風(fēng)量的自動(dòng)調(diào)節(jié)和風(fēng)門(mén)的自動(dòng)控制，在調(diào)度室進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守，為保障安全生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

（1）通風(fēng)機(jī)主要參數(shù)：1）規(guī)格型號(hào)：FBCDZ－6－NO．19型對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)；2）額定風(fēng)壓：989～3 737Pa；3）額定風(fēng)量：2 838～6 300m3／s；4）額定轉(zhuǎn)速980r／min。

（2）電動(dòng)機(jī)主要參數(shù)：1）型號(hào)：YBF2－355S－6；2）額定電壓：380／660V；3）額定電流：296／34．3A；4）額定功率：2×160kW；5）額定轉(zhuǎn)速：992r／min。

（3）電氣控制設(shè)備：采用SVFB－FAEV型變頻控制系統(tǒng)（深川電氣科技有限公司）。

（4）主要運(yùn)行參數(shù)：1）風(fēng)壓：1 796Pa；2）風(fēng)量：3 600m3／s；3）運(yùn)行頻率：45Hz；4）自動(dòng)化水平：風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)。

3 系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)主要由原有變頻器及傳感器、新增加的PLC控制部分、上位機(jī)部分、視頻監(jiān)控部分以及振動(dòng)傳感器等構(gòu)成。

3．1 上位機(jī)部分

興源礦現(xiàn)有AKYJC型微機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)放置在現(xiàn)場(chǎng)操作室，上位機(jī)只有1臺(tái)，且不能操作，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，所有數(shù)據(jù)將不能監(jiān)測(cè)及記錄，存在安全隱患。本次改造把監(jiān)控上位機(jī)放在現(xiàn)在的調(diào)度室，采用2臺(tái)研華IPC－610MB－L型高可靠性工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，不僅實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)的在線監(jiān)測(cè)，還負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，同時(shí)采集、存儲(chǔ)、查詢和統(tǒng)計(jì)分析現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)、曲線、事件信息、操作記錄、故障報(bào)警，遠(yuǎn)程監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行情況。配置山特C3KS1H（松下電池）型UPS電源，以防突然掉電造成數(shù)據(jù)丟失。配置A4激光打印機(jī)，打印相關(guān)報(bào)表。

3．2 視頻監(jiān)控部分

（1）在風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)、操作室和配電室各安裝1臺(tái)彩色高清紅外補(bǔ)光攝像機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的監(jiān)控，采用光纖數(shù)字通訊，與自動(dòng)化控制采用同一網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)降V調(diào)度室。

（2）調(diào)度室中設(shè)置視頻服務(wù)器，系統(tǒng)可以同時(shí)顯示全部畫(huà)面，也可以單獨(dú)放大任意一個(gè)畫(huà)面進(jìn)行細(xì)節(jié)觀察，還有存儲(chǔ)回放等功能。

（3）監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守、自動(dòng)運(yùn)行、自動(dòng)攝錄。

（4）系統(tǒng)具備安全管理功能，能實(shí)現(xiàn)分級(jí)權(quán)限控制和分級(jí)密碼設(shè)置。

（5）網(wǎng)絡(luò)中獲得控制中心授權(quán)的計(jì)算機(jī)（客戶端）可以對(duì)任意監(jiān)控點(diǎn)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)瀏覽。

（6）監(jiān)控圖像和傳輸視頻信號(hào)傳送穩(wěn)定、清晰，動(dòng)態(tài)性能良好。

（7）各種錄像資料至少保存1個(gè)月。

（8）所有設(shè)備滿足實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的全部要求，并保證日后系統(tǒng)擴(kuò)展的方便性、可操作性。

3．3 PLC控制部分

目前風(fēng)機(jī)的控制通過(guò)變頻柜上的啟停按鈕直接控制變頻器，風(fēng)速通過(guò)變頻柜上的旋鈕人工調(diào)節(jié)，系統(tǒng)并不采集和處理風(fēng)機(jī)運(yùn)行的各種參數(shù)，不能根據(jù)實(shí)際風(fēng)量進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。考慮到主扇風(fēng)機(jī)在煤礦安全生產(chǎn)中所起的至關(guān)重要的作用，本次改造本著系統(tǒng)安全及穩(wěn)定的原則，新的控制系統(tǒng)考慮把風(fēng)機(jī)的各種運(yùn)行參數(shù)采集到PLC，通過(guò)運(yùn)算，根據(jù)實(shí)際需要自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行頻率，對(duì)井下風(fēng)量的變化反應(yīng)更加及時(shí)。

PLC柜內(nèi)部放置防雷模塊，防止電源電壓突然增高導(dǎo)致PLC內(nèi)部模塊損壞。

PLC柜內(nèi)部放置UPS電源，防止突然掉電造成控制系統(tǒng)不能正常工作，影響井下安全。

PLC柜內(nèi)部安裝聲光報(bào)警器，系統(tǒng)出現(xiàn)故障后發(fā)出聲光報(bào)警，提示現(xiàn)場(chǎng)附近人員注意安全，及時(shí)處理故障。

3．4 傳感器部分

從煤礦風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)的實(shí)際情況來(lái)看，除了需要監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)的工藝參量如風(fēng)量、風(fēng)壓、電機(jī)電流等外，還需要監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)的振動(dòng)情況。也就是說(shuō)，要從風(fēng)機(jī)振動(dòng)和工藝參量的復(fù)合角度來(lái)判斷風(fēng)機(jī)運(yùn)行性能的好壞。

現(xiàn)有系統(tǒng)不能檢測(cè)風(fēng)機(jī)振動(dòng)，故增加4臺(tái)振動(dòng)傳感器，用來(lái)檢測(cè)4臺(tái)風(fēng)機(jī)電機(jī)的振動(dòng)情況。

4 系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)融入了視頻監(jiān)控系統(tǒng)，具有全新的監(jiān)測(cè)畫(huà)面和特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、無(wú)人值守。

（1）工作方式：遠(yuǎn)程控制、就地控制、檢修方式。

（2）控制風(fēng)機(jī)啟停，具有常規(guī)故障分析和提醒功能。

（3）通過(guò)信息化工業(yè)以太網(wǎng)或?qū)Ｓ霉饫|，實(shí)時(shí)將有關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)傳送至礦生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)。

（4）檢測(cè)風(fēng)機(jī)的軸承溫度、定子溫度、風(fēng)筒內(nèi)氣體溫度等相關(guān)的溫度信號(hào)，并由PLC進(jìn)行處理，超出正常范圍則發(fā)出報(bào)警，并運(yùn)行停機(jī)等相關(guān)預(yù)先設(shè)計(jì)好的動(dòng)作程序。

（5）檢測(cè)風(fēng)機(jī)軸承的振動(dòng)位移并處理，振動(dòng)過(guò)大則發(fā)出報(bào)警等。

（6）檢測(cè)風(fēng)機(jī)負(fù)壓、全壓、風(fēng)量、瓦斯和CO濃度等重要的參數(shù)數(shù)據(jù)，超出正常值時(shí)報(bào)警和作出相關(guān)的緊急處理。

（7）將相關(guān)的參數(shù)信號(hào)傳輸至上位機(jī)，使上位機(jī)組態(tài)軟件將接收到的信號(hào)以圖形、實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線、報(bào)表等形式顯示出來(lái)，便于日后查詢。

（8）數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和管理。風(fēng)壓、風(fēng)量、風(fēng)速、電量、風(fēng)機(jī)及電機(jī)的各種溫度、風(fēng)機(jī)的振動(dòng)等監(jiān)測(cè)參數(shù)實(shí)現(xiàn)定時(shí)存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)能保存1～2年甚至更長(zhǎng)時(shí)間。

5 系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）高可靠性。采用低功耗、散熱好的硬件設(shè)備，散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理；現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備都經(jīng)過(guò)防塵試驗(yàn)。

（2）實(shí)用、易操作性。功能設(shè)計(jì)全面實(shí)用，讓用戶終端能夠全面了解各種監(jiān)測(cè)信息，以簡(jiǎn)捷流程實(shí)現(xiàn)復(fù)雜功能，最大限度地減短了操作者學(xué)習(xí)的時(shí)間。

（3）監(jiān)測(cè)信息全面。監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括各類開(kāi)關(guān)量、振動(dòng)量、性能參數(shù)，如電量、負(fù)壓、風(fēng)量、瓦斯?jié)舛取囟取L(fēng)機(jī)效率等，還可根據(jù)需求增加監(jiān)測(cè)內(nèi)容。

（4）可擴(kuò)充、易維護(hù)性。硬件采用模塊化設(shè)計(jì)，可在不影響已有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的條件下，擴(kuò)展新的采集通道；系統(tǒng)具備自診斷功能，能識(shí)別傳感器、數(shù)據(jù)庫(kù)等的異常，便于進(jìn)行維護(hù)。

6 結(jié)語(yǔ)

該主扇風(fēng)機(jī)無(wú)人值守系統(tǒng)能夠隨時(shí)對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確保安全運(yùn)行。更重要的是，其減少了現(xiàn)場(chǎng)操作人員，在當(dāng)前煤炭行業(yè)蕭條，大力提倡減員提效的背景下，意義尤為重要。