對煤礦風(fēng)機系統(tǒng)故障狀態(tài)的監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

孔二偉（1.河南理工大學(xué),河南 焦作 454003；2.平煤股份六礦,河南 平頂山 467000）

對煤礦風(fēng)機系統(tǒng)故障狀態(tài)的監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

孔二偉1,2
（1.河南理工大學(xué),河南 焦作 454003；2.平煤股份六礦,河南 平頂山 467000）

本文針對某礦井動葉可調(diào)式風(fēng)機控制系統(tǒng)的控制工藝進行分析，對風(fēng)機不同的故障采取相應(yīng)的措施進行控制，實現(xiàn)風(fēng)機的自動控制和安全檢測，以提高煤礦風(fēng)機運行的安全可靠性，從而保證礦井的通風(fēng)安全。

煤礦通風(fēng)機；監(jiān)控系統(tǒng)；故障；自動處理

0 引言

根據(jù)智能化數(shù)字化礦山建設(shè)要求，煤礦主通風(fēng)機作為煤礦的主要安全設(shè)備，實現(xiàn)其自動化和智能化監(jiān)控是煤礦風(fēng)機安全、可靠運行的必然選擇。煤礦風(fēng)機采用一主一備設(shè)計安裝方式，備用風(fēng)機處于停機冷備用狀態(tài)。煤礦主要通風(fēng)機在正常倒機風(fēng)門切換的時間內(nèi)，必然會有一段時間造成系統(tǒng)停風(fēng)或微風(fēng)，對于煤與瓦斯突出礦井容易造成瓦斯超限，威脅安全生產(chǎn)。另外，在風(fēng)機正常運行過程中，如果出現(xiàn)故障，沒有及時發(fā)現(xiàn)，再采用倒機的方法來進行處理事故時，若備用風(fēng)機此時運轉(zhuǎn)出現(xiàn)故障，也會造成風(fēng)機倒機時間超出煤礦安全規(guī)程的上限，這樣就意味著系統(tǒng)停風(fēng)時間偏長，易發(fā)生井下瓦斯超限。所以，應(yīng)研究風(fēng)機故障狀態(tài)下監(jiān)控系統(tǒng)如何監(jiān)測故障，并對一些故障采取相應(yīng)的措施進行排除，保證風(fēng)機的正常運行，從而保證高瓦斯和雙突礦井安全生產(chǎn)。

1 通風(fēng)機控制系統(tǒng)組成及硬件配置

目前，部分礦井的主通風(fēng)機控制系統(tǒng)仍然采用傳統(tǒng)的人工操作，或是人工加繼電器進行簡單的順序控制的方法。系統(tǒng)僅有一些最基本的監(jiān)測量，不能全面、詳細(xì)地監(jiān)視風(fēng)機的運行參數(shù)，自動化程度低、可靠性差。這樣就存在很大的安全隱患，不適應(yīng)煤炭生產(chǎn)的需要和發(fā)展。

本文主要以煤礦動葉可調(diào)軸流式風(fēng)機的控制系統(tǒng)進行說明。風(fēng)機系統(tǒng)由電機、風(fēng)機本體、液壓站、潤滑站、風(fēng)門裝置、冷卻裝置、葉片執(zhí)行器、配電裝置和各種傳感器等組成。風(fēng)機控制系統(tǒng)主要由PLC控制主站、各類信號傳感器、信號變送器、中間繼電器等組成。上位工控機完成系統(tǒng)的監(jiān)控以及系統(tǒng)的操作、顯示界面，安裝在值班控制室的操作臺上。控制主站的通訊模塊的現(xiàn)場控制總線聯(lián)網(wǎng)均使用RS－485通訊協(xié)議。風(fēng)機房控制室設(shè)置的上位機，采用工業(yè)以太網(wǎng)通訊方式進行通訊。上位機完成系統(tǒng)的監(jiān)控、操作、顯示等功能。與礦井調(diào)度室或機電設(shè)備管理服務(wù)器進行通訊的監(jiān)控系統(tǒng)是通過工業(yè)以太網(wǎng)完成數(shù)據(jù)共享交換，系統(tǒng)還可以接受礦調(diào)度室或機電管理部門的調(diào)度指令控制。

風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。

2 風(fēng)機故障狀態(tài)控制邏輯設(shè)計

風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)在事故狀態(tài)下，針對各種的故障有不同方式的預(yù)警或報警，監(jiān)控系統(tǒng)有不同方式的響應(yīng)。監(jiān)控系統(tǒng)對一些不直接影響風(fēng)機運行的故障，可只做報警，而不對風(fēng)機進行故障控制。監(jiān)控系統(tǒng)對影響風(fēng)機運行的故障，先發(fā)出報警，根據(jù)故障情況，立即或經(jīng)延時后再采取相應(yīng)的措施。再者，監(jiān)控系統(tǒng)在故障狀態(tài)下能對故障進行排除。如當(dāng)冷卻水泵發(fā)生故障，備用水泵能夠瞬間啟動，保證冷卻系統(tǒng)正常工作。這樣不僅最大限度的保證礦井通風(fēng)安全，還可以留給值班人員一個處理故障的時間。

2.1 溫度報警故障處理方法

在監(jiān)控系統(tǒng)中，對風(fēng)機軸承溫升、液壓站和潤滑站油溫和管溫、以及電機兩端軸承和定子溫度的實時監(jiān)測。因為當(dāng)以上溫度不正常時，會作用于風(fēng)機的跳閘操作。所用對于以上的任何一個傳感器采集來的溫度都必須做到可靠、正確、穩(wěn)定。監(jiān)控系統(tǒng)為了能做到準(zhǔn)確、可靠、穩(wěn)定，分別從硬軟件來進行設(shè)計：

（1）在硬件上，對于每個測點，都設(shè)至少兩個的傳感器進行監(jiān)測。這樣避免因為某一個傳感器出現(xiàn)故障，報出假信號，造成控制系統(tǒng)誤動作，而造成事故。另外，就是嚴(yán)把傳感器的質(zhì)量關(guān)，不能出現(xiàn)因傳感器質(zhì)量問題造成的假信號。

（2）在程序中，首先去除掉一些偏離實際可能出現(xiàn)的假值。比如對液壓站油溫和潤滑站油溫小于0℃和大于 120℃的判斷，只要出現(xiàn)這兩個值，在程序中將其屏蔽，不讓其參與控制。其次，對于象風(fēng)機軸承溫度和電機軸承溫度作用于控制的信號，在程序中做到至少需要同塊軸承上的兩個溫度同時達(dá)到跳閘溫度時，才能作用于風(fēng)機的跳閘。如當(dāng)風(fēng)機軸承溫度值大于85℃時，監(jiān)控系統(tǒng)開始有預(yù)警，由報警器報警燈僅發(fā)出紅光報警。當(dāng)軸承溫度大于100℃時，監(jiān)控系統(tǒng)開始有報警，由報警器發(fā)出有蜂鳴器報警音和報警燈的紅光報警信號。

2.2 瞬間失電故障處理方法

監(jiān)控系統(tǒng)對風(fēng)機如瞬時失電故障等一些故障作出判斷后，能夠自動將故障消除保證風(fēng)機正常運行。

風(fēng)機運行中當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)波動時，風(fēng)機高壓開關(guān)的失壓保護將動作，使風(fēng)機跳閘。當(dāng)電網(wǎng)瞬間恢復(fù)后，只能靠操作人員把各部分開關(guān)恢復(fù)，才能啟動風(fēng)機。而風(fēng)機低壓配電為風(fēng)機的葉片執(zhí)行器、風(fēng)門開合、風(fēng)機系統(tǒng)的潤滑、葉片角度調(diào)節(jié)的液壓部分及冷卻裝置等供電。這些機構(gòu)的正常工作都影響著風(fēng)機的正常運行。所以，電網(wǎng)的穩(wěn)定性對風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)很重要。

從以下兩方面來解決以上提出的問題：

（1）在硬件上，主要問題是將各部分高、低壓開關(guān)進行改造，使高、低壓開關(guān)能達(dá)到電源有電即可自動上電的功能。

（2）在軟件上，要對風(fēng)機各部分是否帶電進行判斷，然后，對短時間段內(nèi)停電后又帶電的情況下，對風(fēng)機進行開啟，從而在最短的時間內(nèi)恢復(fù)礦井通風(fēng)。這個時間可根據(jù)實際情況自己設(shè)定。

2.3 風(fēng)機角度調(diào)節(jié)控制方法

風(fēng)機在運行中出現(xiàn)多次角度自動回零，因為出現(xiàn)風(fēng)機葉片角度自動回零的現(xiàn)象，而值班人員沒有及時發(fā)現(xiàn)，而造成全礦井停風(fēng)的重大事故。

在程序中為了防止類似事故的出現(xiàn)，設(shè)定一個葉片執(zhí)行器返回報警值“最小角度”，操作人員可以根據(jù)風(fēng)機角度設(shè)定值的大小，設(shè)定一個葉片最小角度報警值。在風(fēng)機運行中，監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)葉片執(zhí)行器返回值的大小來判斷角度是否小于報警值。當(dāng)返回值小于設(shè)定的最小角度報警值時，監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出報警，提醒值班人員檢查風(fēng)機運行是否正常，采取相應(yīng)的措施，不至于出現(xiàn)風(fēng)機運行著，而葉片角度改變，造成井下停風(fēng)的事故。

3 系統(tǒng)的特點

調(diào)試運行后，系統(tǒng)投入自動運行，各項參數(shù)顯示準(zhǔn)確正常、運行穩(wěn)定。從系統(tǒng)經(jīng)過長時間運行的結(jié)果來看，滿足了實際運行的各項要求。系統(tǒng)具有以下特點：

（1）在硬件設(shè)計上，對于每個測點，都設(shè)一個以上的傳感器進行測量。這樣避免因為單個傳感器出現(xiàn)故障，報出假信號，而使控制系統(tǒng)造成無操作。

（2）在程序設(shè)計上，對可能出現(xiàn)的情況進行判斷，首先去除掉一些偏離可能出現(xiàn)的假值，保證采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠。其次，某些故障狀態(tài)下能自動處理保證安全運行，達(dá)到了風(fēng)機房無人操作的條件。

4 結(jié)語

隨著風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，只要在實際設(shè)計應(yīng)用過程中，充分考慮到對控制對象的各種不利因素，在硬件、軟件的設(shè)計中采取適當(dāng)?shù)拇胧涂梢宰畲笙薅鹊臏p少事故發(fā)生，保證控制系統(tǒng)安全、可靠地運行。在以后使用的過程中，為減少勞動力投入、降低勞動量而不斷進行改造和努力，如何使系統(tǒng)更加智能化是研究的方向，需要更多的探討和研究。

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[8]陳文忠,張志春，任曉旺等.引進HowdenVariax軸流式通風(fēng)機性能介紹[J].煤炭工程,2003(06).

孔二偉（1982-），男，河南魯山人，工程師，河南理工大學(xué)工程碩士在讀，現(xiàn)從事煤礦機電技術(shù)管理工作。