離心式礦用通風機在線監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用

韓 健

（同煤集團永定莊煤業(yè)公司， 山西 大同 037024）

引言

礦井通風是確保在高瓦斯狀態(tài)下安全生產(chǎn)開采的關(guān)鍵保障[1]，礦井通風機的通風形式由原來的負壓式發(fā)展為現(xiàn)在的正壓式，并在礦井內(nèi)采用兩翼對角同時進行的抽出式通風。隨著煤礦現(xiàn)代化技術(shù)的發(fā)展，離心式通風機的技術(shù)也在不斷提升[2]。大多數(shù)煤礦企業(yè)使用的是離心式通風機在線監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)存在信息數(shù)據(jù)存儲量小、功能模塊較少、信號傳輸損耗率大等缺點，在實際應(yīng)用中無法為煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)管人員提供有效的幫助[3]。因此，為提高離心式通風機的主動與被動安全，有必要對其在線監(jiān)控系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計改造[4]。

1 離心式礦用通風機的工作特點

礦井所采用的通風機可按多種形式進行劃分，如果按照功能進行劃分，可以分為主通風機、局部通風機、輔助通風機。這三種類型里面可以對礦井通風效果起主導(dǎo)作用的是主通風機。目前依據(jù)通風方式對通風機進行分類，也是煤礦企業(yè)選擇通風機類型的依據(jù)，可以分為軸流式通風機和離心式通風機，離心式通風機相比于軸流式通風機在各個方面的性能參數(shù)上都更具有優(yōu)勢[5]。

離心式通風機可以改變空氣介質(zhì)的流向，輸出的風壓較高，但是流量相對于軸流式通風機較低。它的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊，主要由工作輪、主軸、電動驅(qū)動機等結(jié)構(gòu)組成，震動較小，噪聲低，在輸送空氣時能夠平穩(wěn)運行，尤其適用于礦井對于通風量要求較低的工作面巷道。

離心式通風機在風量出口對葉片的安裝角度也會根據(jù)工況的不同選取不同的安裝方式，主要分為前傾式、徑向式、后傾式。目前大多數(shù)煤礦安裝方式采用后傾式，因為該類型始終保持風壓穩(wěn)定，送風效率較高。

2 在線監(jiān)控系統(tǒng)方案

2.1 設(shè)計要求

1）整體監(jiān)控系統(tǒng)性能優(yōu)越，并且操作簡單，能夠快速上手；

2）系統(tǒng)硬件和軟件都應(yīng)具備安全性、可靠性、穩(wěn)定性，對傳感器、PLC等性能設(shè)備應(yīng)該具備防爆防護措施[6]；

3）系統(tǒng)拓展性能要能夠滿足后期對于各項功能板塊的添加，并且使用能夠兼容各種協(xié)議的通訊接口。

2.2 方案確定

將離心式通風機的在線監(jiān)控系統(tǒng)作為一個獨立核心的工業(yè)設(shè)備進行管理，使用PLC作為核心處理器并輔助性配置傳感器、監(jiān)視器組成整體框架。采用以太網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳播通訊，使用DIP8011功能軟件可以實現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)的及時存儲、調(diào)取、信息查詢、歷史數(shù)據(jù)分析等有用功能，軟件功能框架示意圖如圖1所示。

圖1 DIP8011軟件功能結(jié)構(gòu)框架示意圖

3 在線監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

離心式通風機在線監(jiān)控系統(tǒng)覆蓋功能應(yīng)該齊全完備，在運行過程中的數(shù)據(jù)可實現(xiàn)采樣、決策、處置、反饋，例如包括風機工況、電機工況、故障報警，異常噪聲等信息數(shù)據(jù)收集和異常報警，設(shè)計出在線監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)原理示意圖，如圖2所示。

圖2 在線監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架示意圖

在線監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計可以實現(xiàn)電器參數(shù)、氣體流量、風機振動、電機溫度、信號采集、歷史參數(shù)曲線、聲光報警、權(quán)限管理等多種模塊功能，可以滿足離心式通風機在實際工況應(yīng)用的要求。

4 系統(tǒng)硬件選型及軟件設(shè)計

4.1 硬件選擇

通過對比分析各類溫度傳感器在實際工況應(yīng)用中的適應(yīng)性，選取了Pt200型的熱靈敏電阻傳感器，主要型號為WZP-200，該型號溫度傳感器采用對稱內(nèi)置式用防爆接線盒進行連接，每個電動機設(shè)置2臺。

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，對風壓傳感器進行選擇，要求風壓傳感器具有測量范圍廣、靈敏度高的特性，采用型號為SMP2099，共設(shè)置4個安裝在信號采集通訊柜里面。

選用KG9001型濕度傳感器能夠在誤差測試范圍3%以內(nèi)進行工作，最大測量溫度為50℃，通過3位半數(shù)晶體管進行交替顯示。該型號傳感器還可以加裝溫度傳感模塊，實現(xiàn)溫度濕度組合的傳感器方式，使監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)部模塊集成程度得到提升。

4.2 軟件設(shè)計

將整體軟件設(shè)計系統(tǒng)分為三個信息層，主要包括邏輯層、服務(wù)層和瀏覽器三大部分。整體采用模塊功能化設(shè)計理念對通訊、數(shù)據(jù)、報警進行了新的定義，采用局域網(wǎng)和以太網(wǎng)相結(jié)合的模式，通過后臺數(shù)據(jù)管理可實現(xiàn)安全用戶權(quán)限的設(shè)置。將數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)作為整個監(jiān)測系統(tǒng)軟件是否流暢運行的核心保障，使系統(tǒng)能夠顯示圖表，采用CAN總線使每一個用戶生成的操作痕跡和監(jiān)測歷史數(shù)據(jù)進行有效的連接，并且能實現(xiàn)在線云端操作，達到在線監(jiān)控系統(tǒng)使用的目的，如圖3所示。

圖3 在線監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計架構(gòu)示意圖

5 應(yīng)用效果分析

將該通風機在線監(jiān)測系統(tǒng)在某煤礦進行了現(xiàn)場應(yīng)用測試。在現(xiàn)場測試過程中，主要對監(jiān)控系統(tǒng)的電參數(shù)顯示功能、報警功能、溫度濕度顯示功能、通風機振動參數(shù)顯示功能及歷史查詢功能進行了測試，測試結(jié)果表明，該監(jiān)測系統(tǒng)可準確地對通風機各類信號參數(shù)進行采集顯示，當通風機壓力超過閥值時，可及時對該信息進行報警，并對各類故障信號進行匯總、分析處理。

同時，在整個測試過程中，操作人員較少。經(jīng)現(xiàn)場技術(shù)人員評價，該監(jiān)控系統(tǒng)各項性能穩(wěn)定、功能齊全，與其他監(jiān)控系統(tǒng)相比，具有更高的智能化監(jiān)控效果，可實時對風量、風壓、風速、振動、溫度等參數(shù)進行監(jiān)控，直觀地體現(xiàn)了主通風機的運行工況，同時也為風機機械部件的定期加油潤滑、緊固等檢修作業(yè)提供了數(shù)據(jù)依據(jù)，可以更好地為預(yù)防性和計劃性檢修工作服務(wù)，對企業(yè)監(jiān)控通風機運行狀態(tài)、提高通風系統(tǒng)運行穩(wěn)定性具有重要作用。