煤礦主通風(fēng)機(jī)故障診斷與在線監(jiān)控

◎趙連剛

作為煤礦開采過程中不可或缺的設(shè)備，主通風(fēng)機(jī)的作用是將新鮮空氣送下煤井空間，并將礦井空間的粉塵及污染性空氣向外排出，該設(shè)備的安全運(yùn)行對(duì)礦井的安全性起到了決定性的影響。主通風(fēng)機(jī)的能耗較大，應(yīng)用故障診斷與在線監(jiān)測系統(tǒng)可以確保主通風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定與高效運(yùn)行，為煤井空間的通風(fēng)提供保障，降低煤礦安全事故的發(fā)生，也可有效降低主通風(fēng)機(jī)設(shè)備的能源消耗。

一、煤礦主通風(fēng)機(jī)故障診斷與在線監(jiān)測系統(tǒng)分析

該系統(tǒng)通常需要同時(shí)運(yùn)用兩臺(tái)通風(fēng)機(jī)，且主要以軸流式通風(fēng)機(jī)為主，兩臺(tái)設(shè)備一個(gè)為主機(jī)，一個(gè)備用機(jī)。在通風(fēng)機(jī)應(yīng)用過程中，應(yīng)設(shè)計(jì)科學(xué)完善的通風(fēng)機(jī)管理與自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，在此系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控之下，可能及時(shí)了解主通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，監(jiān)測其運(yùn)行時(shí)的各項(xiàng)參數(shù)值，進(jìn)而及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障所存在的故障隱患并及時(shí)發(fā)出故障預(yù)警，以確保工作人員可以及時(shí)進(jìn)行設(shè)備的維護(hù)，減少安全事故問題的發(fā)生。此系統(tǒng)的應(yīng)用，極大地提高了煤礦主通風(fēng)設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，進(jìn)而使煤礦開采工作向著更加自動(dòng)化與智能化的發(fā)展。本文介紹了一種基于冗余PLC 控制和大數(shù)據(jù)分析的主通風(fēng)機(jī)故障診斷與在線監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

二、煤礦主通風(fēng)機(jī)故障診斷與在線監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成

1.控制系統(tǒng)。

通風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制中心設(shè)計(jì)時(shí)，需配置多種輔助性功能部件，除了工控機(jī)以外，還有硬盤錄像機(jī)與打印機(jī)，此外還安裝了聲光報(bào)警器。同時(shí)，該控制中心應(yīng)用的是上位機(jī)開發(fā)軟件，可以客戶的實(shí)際需求而進(jìn)行此系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與開發(fā)。在其上位機(jī)的軟件界面當(dāng)中，可通過模擬圖的形式展現(xiàn)出通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)其運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行具體呈現(xiàn)，可及時(shí)進(jìn)及系統(tǒng)數(shù)據(jù)的收集與統(tǒng)計(jì)，并將之存儲(chǔ)于系統(tǒng)當(dāng)中進(jìn)行管理，也可以歷史數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)而進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析與對(duì)比，以此判斷設(shè)備是否存在故障問題，如發(fā)現(xiàn)故障隱患會(huì)以聲音與燈光閃爍的方式進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警。

2.PLC 控制柜系統(tǒng)。

通風(fēng)機(jī)PLC 控制柜設(shè)計(jì)采用高可靠、抗干擾能力強(qiáng)的西門子300 系列PLC。柜內(nèi)配置兩套S7-300PLC 模塊，包括CP341以太網(wǎng)模塊、CP340 通訊模塊，SM321 開關(guān)量輸入，SM322 開關(guān)量輸出，SM331 模擬量輸入模塊，除此外還配置有觸摸顯示屏、繼電器、光纖遠(yuǎn)傳模塊、交換機(jī)等。

3.傳感器系統(tǒng)。

系統(tǒng)中安裝了多種傳感器，負(fù)壓與差壓兩種不同的傳感器，可對(duì)主通風(fēng)機(jī)入口處的靜壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，也可獲取到全壓以及負(fù)壓的相關(guān)數(shù)據(jù)。同時(shí)，系統(tǒng)中還有風(fēng)量傳感器，可進(jìn)行通風(fēng)機(jī)風(fēng)量大小的有效監(jiān)測。系統(tǒng)內(nèi)置的溫度傳感器，可對(duì)通風(fēng)機(jī)的前后軸溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，也可判斷出通風(fēng)機(jī)入口以及電機(jī)溫度的變化情況。而風(fēng)門傳感器的作用則是對(duì)風(fēng)門的狀態(tài)變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測。安裝的振動(dòng)傳感器可收集到通風(fēng)機(jī)水平與縱向的不同振動(dòng)值數(shù)據(jù)。除了傳感器以外，系統(tǒng)中還安裝了電三相參數(shù)采集器，其可對(duì)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的三項(xiàng)電壓狀況進(jìn)行監(jiān)測，可實(shí)時(shí)獲取到電流與功率參數(shù)，也可收集電量相關(guān)數(shù)據(jù)的變化。

4.視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

該系統(tǒng)的視頻監(jiān)控體系應(yīng)用了多種設(shè)備，除了獲取圖像的攝像機(jī)以外，還安裝了監(jiān)測順器，并且需在視頻服務(wù)器的輔助下完成視頻監(jiān)控，此外，還安裝了硬盤錄像機(jī)可用于圖像的存儲(chǔ)，顯視器的作用是進(jìn)行數(shù)據(jù)或視頻的展示。同時(shí)，將數(shù)字網(wǎng)絡(luò)攝像儀安裝于通風(fēng)機(jī)房的電控室中，且在操作室與風(fēng)機(jī)室也安裝了此設(shè)備，其在網(wǎng)線的連接下實(shí)現(xiàn)了與控制系統(tǒng)交換機(jī)的有效連接。

三、煤礦主通風(fēng)機(jī)故障診斷與在線監(jiān)測系統(tǒng)的功能分析

1.多種控制方式。

主通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)有多種不同的控制方式，除了手動(dòng)控制以外，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，也可采用就地集中控制的方式進(jìn)行控制，該控制功能進(jìn)行了優(yōu)先級(jí)設(shè)置，分為多個(gè)級(jí)別層次。

2.狀態(tài)顯示功能。

顯示主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況模擬圖，顯示各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及各種工況參數(shù)。具體如下：模擬顯示通風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況畫面，包括葉片轉(zhuǎn)動(dòng)、風(fēng)向流動(dòng)、電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)等；實(shí)時(shí)顯示主通風(fēng)機(jī)的負(fù)壓、前后軸和電機(jī)繞組溫度、電流、電壓、功率、效率、震動(dòng)等運(yùn)行數(shù)據(jù)；監(jiān)測通風(fēng)機(jī)內(nèi)的甲烷濃度、一氧化碳濃度、風(fēng)速、風(fēng)量等氣體參數(shù)；以動(dòng)畫方式形象地模擬通風(fēng)機(jī)開、停狀態(tài)；軸流式主通風(fēng)機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)方向；風(fēng)門的開度和關(guān)閉狀態(tài)；以實(shí)時(shí)曲線動(dòng)態(tài)展示通風(fēng)機(jī)的電流、負(fù)壓、軸承及電機(jī)繞組溫度等監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化；能查詢5 年內(nèi)的通風(fēng)機(jī)及關(guān)聯(lián)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并以歷史曲線圖形顯示。

3.收集各類數(shù)據(jù)。

入口靜壓、全壓；礦井總負(fù)壓；通風(fēng)機(jī)風(fēng)量；通風(fēng)機(jī)供電電壓；通風(fēng)機(jī)電機(jī)電流、功率（前后級(jí)電機(jī)分列顯示）；風(fēng)機(jī)效率；通風(fēng)機(jī)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)情況；通風(fēng)機(jī)前后軸溫度和電機(jī)繞組溫度；甲烷濃度、風(fēng)速和風(fēng)量、一氧化碳濃度；風(fēng)門開度狀態(tài)；礦井的動(dòng)壓、全壓、靜壓；通風(fēng)機(jī)電量監(jiān)測、統(tǒng)計(jì)；風(fēng)機(jī)在X、Y 方向上的振動(dòng)值；低壓柜運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)、遠(yuǎn)程控制；具有數(shù)據(jù)長效儲(chǔ)存功能。

4.超限預(yù)警及故障報(bào)警。

數(shù)據(jù)自動(dòng)監(jiān)測報(bào)警，有動(dòng)畫圖像、文字窗口、聲音提示。具備管網(wǎng)壓力異常狀態(tài)下，文字、圖像、聲音報(bào)警提示信息。具有電動(dòng)閥門異常狀態(tài)下，文字、圖像、聲音報(bào)警提示信息。具備通風(fēng)機(jī)如壓差、溫度、喘振等自身運(yùn)行參數(shù)的異常報(bào)警。當(dāng)風(fēng)機(jī)前后軸溫度及電機(jī)繞組溫度超過預(yù)警點(diǎn)時(shí)，通風(fēng)機(jī)意外停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，主通風(fēng)機(jī)振動(dòng)情況超過預(yù)警點(diǎn)時(shí)，聲光報(bào)警器啟動(dòng)報(bào)警，工控機(jī)彈窗顯示報(bào)警信息和現(xiàn)場視頻畫面。

5.自動(dòng)診斷故障。

PLC 的掃描器和適配器發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通過網(wǎng)絡(luò)的通訊情況判斷故障，并發(fā)出報(bào)警；PLC 的I/O 模塊發(fā)生故障時(shí)，CPU 會(huì)通過I/O 模塊的狀態(tài)位偵測到故障及故障內(nèi)容，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警；網(wǎng)絡(luò)發(fā)生斷線、干擾等傳輸問題時(shí)，網(wǎng)絡(luò)會(huì)自動(dòng)偵測到，并發(fā)出報(bào)警；監(jiān)測傳感器或信號(hào)線發(fā)生斷線故障時(shí)，PLC 通過測量值判斷故障并發(fā)出報(bào)警。

6.歷史數(shù)據(jù)的記錄與查詢。

該系統(tǒng)可對(duì)歷史信息數(shù)據(jù)及運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行記錄與存儲(chǔ)，以便于用戶根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)備工況、報(bào)警次數(shù)及故障事件的查詢。

結(jié)語：在煤礦開采中應(yīng)用主通風(fēng)機(jī)故障診斷與在線監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的監(jiān)測，也可進(jìn)行遠(yuǎn)程的設(shè)備控制與數(shù)據(jù)監(jiān)測管理，主通風(fēng)機(jī)設(shè)備的管理能力得以進(jìn)一步提升，工作人員的工作強(qiáng)度也得以有效降低，節(jié)約了人力資源成本，使礦井生產(chǎn)安全以及設(shè)備的運(yùn)行安全都得到了保障。設(shè)備預(yù)置的故障診斷功能可以實(shí)時(shí)進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的收集與統(tǒng)計(jì)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)與排除故障，增強(qiáng)通風(fēng)機(jī)使用的合理性，實(shí)現(xiàn)了電力能源的有效節(jié)約，也使通風(fēng)機(jī)的使用壽命得以延長，可有效節(jié)約礦井生產(chǎn)成本。