煤礦通風機遠程故障監(jiān)測系統(tǒng)設計應用

付文超

【摘??要】煤礦通風機實時監(jiān)控系統(tǒng)是一種無人值守的自動化、數(shù)字化、網絡化的監(jiān)控系統(tǒng)，主要信息收集和分析是通過?PLC?來實現(xiàn)的，搭建完善的周邊傳感器，人機配合主要通過計算機和?IFIX?來結合，遠程實時地對風門和通風機進行控制。

【關鍵詞】礦用通風機;遠程監(jiān)控;故障;系統(tǒng)設計

中圖分類號：TD441??????????文獻標識碼：A

1風機遠程故障監(jiān)測系統(tǒng)結構

1）風機遠程故障監(jiān)測系統(tǒng)主要由地面遠程控制系統(tǒng)、PLC?控制柜、故障在線監(jiān)測裝置、泡沫抑塵裝置、風機降溫器等部分組成，如圖?1?所示。

2）地面遠程控制系統(tǒng)主要由井口、井下網路交換站，工業(yè)千兆以太網、主機系統(tǒng)等部分組成，該系統(tǒng)可對井下各風機運行狀態(tài)進行遠程監(jiān)測。

3）故障在線裝置主要包括溫度傳感器、粉塵濃度傳感器、切換故障傳感器，分別可對風機高溫、高濃度粉塵以及切換故障進行在線監(jiān)測。

4）泡沫抑塵裝置主要由泡沫生成器、電控液閥、分配器、高壓螺旋噴頭等部分組成，該裝置安裝在風機進風口?5.0?m?處，主要對進風流中粉塵進行清理。

2風機遠程故障監(jiān)測系統(tǒng)結構工作原理

風機在安裝運行前將溫度傳感器動作保護值設定為?40～80?℃，傳感器安裝在風機電機與機罩腔內，共計兩個;粉塵濃度傳感器動作保護值設定為20～50?mg/m3，傳感器共計兩個，風機進風口一個，距進風口?5.0?m?處一個。

2.1?風機降溫原理

1）風機在運行過程中若電機溫度達到?80?℃時，溫度傳感器及時將收集數(shù)據(jù)通過信號電纜傳遞至PLC?控制柜;PLC?控制接收信號后及時進行處理，并將降溫器“開啟”指令發(fā)送至?200?A?聯(lián)鎖開關。

2）聯(lián)鎖開關接收到指令后及時對?5?kW?風機降溫器進行電源合閘處理，降溫器接通電源后對風機進行降溫處理;同時通過?PLC?控制將主副風機進行切換處理，主風機進行降溫，副風機供風，切換時間為?3?s。

3）當主風機通過降溫器處理溫度低于?40?℃時（40?℃為臨界點），溫度傳感器再次將數(shù)據(jù)信號傳遞至?PLC?控制器，并經信號處理后將降溫器“斷電”指令發(fā)送至聯(lián)鎖開關，降溫器跳閘停止對主風機降溫，此時在?PLC?控制作用下主副風機自動切換，主風機繼續(xù)供風。

2.2?風機降塵工作原理

1）當風機在工作期間進風流中粉塵質量濃度達到?50?mg/m3時，安裝在風機進風口粉塵濃度傳感器及時將收集數(shù)據(jù)傳輸至?PLC?控制柜，PLC?接收信號后及時進行處理，并通過聯(lián)鎖開關及時打開泡沫抑塵裝置電控液閥，此時抑塵裝置靜壓風、水管路打開。

2）在靜壓水及靜壓風的作用下，泡沫生產器內產生高濃度泡沫，并通過分配器將泡沫平均分配到各個螺旋噴頭上，在壓風作用下，噴頭螺旋轉動并噴出泡沫顆粒進行降塵。

3）當進風流中粉塵質量濃度低于?20?mg/m3時，傳感器再次將信號傳遞至?PLC?控制器，并進行信號處理后通過聯(lián)鎖開關關閉電控液閥，泡沫抑塵裝置停止工作。

2.3?風機切換工作原理

對?PLC?控制柜進行調節(jié)，設定主副風機切換時間、次數(shù)，并及時進行切換狀況進行記錄;當主風機出現(xiàn)故障且在無法自動切換時，PLC?控制器及時進行保護動作，先打開副風機獨立備用電源進行供風，并切斷主風機電源，防止設備燒毀事故發(fā)生。

2.4?地面控制系統(tǒng)工作原理

PLC?控制器對風機運行狀況實時在線記錄，并每隔?10?min?將記錄數(shù)據(jù)信號通過電纜傳輸至井底車場網路交換站，并在工業(yè)千兆以太網的作用下將數(shù)據(jù)信號傳送至井口交換站，然后利用信號電纜傳送至地面控制室主機系統(tǒng)內，并在顯示器界面進行顯示，可利用打印機繪制風機實時在線運行狀況曲線圖。同時操作人員可通過界面直接對風機進行切換等。

3系統(tǒng)軟件

上位機冗余組態(tài)軟件采用美國?GE?公司的?i?FIX組態(tài)軟件，可實現(xiàn)對底層?PLC?無縫連接和平滑遠程控制。具有的優(yōu)點：

1）獲取、分析、存儲、輸出?PLC?傳輸?shù)膶崟r數(shù)據(jù)，顯示全面、簡單明了;

2）智能顯示各類參數(shù)，內容全面具體;

3）繪制實時動態(tài)曲線、記錄歷史曲線，不同設備的動態(tài)曲線用不同顏色來區(qū)分，方便操作人員清楚地區(qū)分;

4）實時監(jiān)控記錄多種參數(shù)，發(fā)生故障時及時發(fā)出警示信息并記錄故障信息，并根據(jù)故障信息作出簡單故障排除方法和措施;

5）為了加強安全防衛(wèi)，操作系統(tǒng)的使用者必須具有管理員權限，每次使用前都必須輸入加密秘鑰，秘鑰與初始設置密碼一致時方可進行操作;

6）允許異地網絡瀏覽和操作，方便技術人員即使不在現(xiàn)場也能通過遠程計算機來獲取現(xiàn)場工況信息。

4系統(tǒng)工作

PLC?柜是傳輸數(shù)據(jù)的中轉站，它首先將風機運行溫度、風筒壓力、震動位移、開關的工作狀態(tài)等信息收集，利用光纖連接工業(yè)以太環(huán)網，環(huán)網完成數(shù)據(jù)上傳。MCGS?組態(tài)畫面能夠直觀地顯示通風機及相關設備的運行狀態(tài)、傳感器參數(shù)、危險故障信息、調節(jié)信號參數(shù)等。為了保證監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的準確性和穩(wěn)定性，采用調度中心、工作面、使用設備三級聯(lián)控的方式進行監(jiān)控。三者之間能夠獨立運行互不干擾，而且都能對位移變量和組合開關分合、歸位、風向切換。

5系統(tǒng)功能

1）風門的啟閉。若想停止電機并關閉風門，只需在對應系統(tǒng)菜單里操作對應風機的停止按鈕，風門就會自動關閉同時風機停止，二者保持同步。同理啟動風門與電機時只需對應操作啟動按鈕。為了防止風門啟閉位置精準，還需設置位置感應器，當風門啟開到最佳距離時，傳感器會感應到位置信息，停止開啟動作，確保風門開啟，同理操作風門關閉，達到控制風機運行的功能。

2）反風操作時必須先啟動防爆門閉鎖功能。收到反風命令時，進行反風操作。因為風流與電機處于運轉狀態(tài)所以二者具有一定慣性，必須延時操作，使得電機完全停止后再反向運轉，避免風機載荷過大無法反風。系統(tǒng)設置延時時間，待延時時間到達后自動進行反風操作。

3）系統(tǒng)隨時動態(tài)監(jiān)測風機周圍環(huán)境變量，比如：電機上安裝溫度傳感器，傳感器溫度采集塊實時感應風機電機運行溫度，將采集溫度反饋給?PLC?進行分析處理、風量大小、風速高低、入口壓力、分析風機全壓和動壓，繪制實時曲線顯示在計算機操作界面上、為了預防電機危險發(fā)生，防止電機超荷運轉和喘振，系統(tǒng)主要監(jiān)測電機的前后軸承溫度和三相繞組溫度，風機豎向和平向的震動位移、甲烷濃度與分布等相關參數(shù)。

結束語

基于通風機監(jiān)控系統(tǒng)，可實現(xiàn)通風機及相關設備的運行狀態(tài)監(jiān)測，通過三級聯(lián)控把就地設備、調度中心、工作面三者有效聯(lián)系起來，并且使用?MCGS?組態(tài)軟件進行實時畫面監(jiān)測。該系統(tǒng)極大地保證了通風機運行的穩(wěn)定性和安全性，減少了操作人員的工作量，保障了企業(yè)生產的安全穩(wěn)定運行，提高了工作效率和經濟效益，值得推廣。

參考文獻：

[1]?周美蘭.PLC?電氣控制與組態(tài)設計[M].北京：科學出版社，2003.

[2]?李立晶.煤礦主扇風機在線監(jiān)控系統(tǒng)設計研究[J].煤礦現(xiàn)代化，2013（5）：53-55.

（作者單位：山東能源棗礦集團田陳煤礦）