有源式工況監測報警裝置設計

武佐文

(山西汾西礦業(集團)有限責任公司)

礦井大型設備運行故障極易引發事故，其中煤礦主通風機正常連續運行對井下通風安全至關重要，尤其在瓦斯、高瓦斯礦井，井下停風極易造成瓦斯、CO等有毒有害氣體超限，形成瓦斯爆炸、人員窒息等事故隱患。為保障礦井主通風機連續運行，當設備運行工況異常能及時預警，盡快介入事故處置。基于這一理念[1-2]，需設計一套主通風機工況監測報警裝置。

1 方案設計

1.1 控制系統技術要求

礦井主通風機必須保證連續運行，在主通風機故障停機時能自動報警，在無人干預的情況下，根據主(備)通風機不同工況(運行、停機)控制報警裝置，按照給定方式動作，系統動作指令均由主通風機自動發出。因此，設計的工況監測報警裝置對控制系統的要求：

(1)能滿足“風機停機—報警—報警自鎖—風機運行—報警解除”。

(2)應具備自檢試驗功能。

(3)控制系統應具備即時性。

1.2 系統擬設

根據技術要求，設計的報警裝置輸出端與輸入端不存在反饋關系，故選擇開環控制系統。

1.2.1 系統組成

按照開環控制系統原理，報警裝置由以下部分組成[3-5]。

(1)風機運行狀態監測裝置，即信號輸入元件。

(2)信號傳輸設施。

(3)信號處理裝置，即控制元件。

(4)執行單元，即被控對象。

(5)控制系統電源。

1.2.2 主要構件

(1)信號輸入元件。根據設計要求及組成，信號輸入元件可自主通風機啟停電氣控制系統選擇信號源。

(2)信號傳輸設施。本次設計的報警裝置為就地運行方式，信號衰減、干擾可忽略不計，信號無需進行調制、放大，可直接根據信號源(電壓型、電流型等)選擇相應傳輸線纜。

(3)控制元件。報警裝置只有2種工作方式：動作和非動作，即1或0，故控制裝置可根據控制系統電源選擇相應的繼電器。

(4)執行單元。根據開環系統設計要求，一般報警裝置采用語音報警、燈光指示報警或聲光報警，可根據控制系統電源選擇相應等級的聲光報警器(如電鈴、警示燈、語音報警器等)。

(5)系統電源。根據設計要求，報警裝置為就地工作，系統電源應以方便、就近原則選擇機房低壓電源；另外，為確保裝置可靠性，系統電源應按雙電源布置，盡量選擇UPS等不間斷電源作為備用電源[6-10]。

1.2.3 電氣控制原理圖設計

根據系統組成，停機自動報警裝置控制系統電氣基本原理見圖1。

礦井主通風機為一用一備運行方式，需對圖1電氣設計進行改進，其控制原理見圖2。至此可實現多臺設備啟動/停機狀態報警功能，但未能實現雙機交替運行停機自動報警功能，需對圖2電氣控制原理圖繼續改進，一是增設手動轉換開關(電氣控制原理見圖3)，可實現手動切除設備運行工況監測；二是增加延時動斷時間繼電器，實現通風機主(備)交替運行時停機自動報警功能(見圖4)。

圖1 單風機單電機停機報警電氣原理

圖2 單風機雙電機停機報警電氣原理

圖3 雙風機雙電機自動聯控停機報警電氣原理

2 技術復制與推廣

根據以上設計方法，可以對圖4電氣控制原理進行技術復制，推廣應用到多臺設備并列運行或多臺設備單獨運行時的啟動、運行、停機語音播報、報警、聲光警示燈多種場合，以4臺設備獨立運行時為例,其電氣控制原理見圖5。

圖4 雙風機雙電機手動單控停機報警電氣原理

根據圖5電氣控制原理，可以發現無需傳感器即可設備運行工況監測與報警功能，對圖5電氣控制圖繼續改進，可以實現不同設備運行工況變化時不同的報警信號，以便于在多臺設備運行時值守人員更快速判斷故障點，其控制原理見圖6。

圖5 多機單控停機自動報警電氣原理

圖6 多機聯控停機自動報警電氣原理

3 結 語

根據有源式工況監測報警裝置電氣控制原理(圖1～圖6)，可以發現，無需昂貴的傳感器、PLC控制器即可實現多臺設備運行工況監測自動報警(停機)功能，可以通過增加控制組實現設備單獨運行、并聯運行及存在交互聯鎖運行關系的設備停機、溫度等工況監測和自動報警功能，通過改變執行單元(電鈴、聲光報警器等)可實現——有源式工況監測自動報警裝置多種報警方式。同時可以看到，有源式工況監測報警裝置監測的工況點比較單一，在多組設備存在交互式聯鎖運行關系時，電氣控制系統龐大，關聯性較強，不利于多點控制。總體來看，該裝置技術開放性、兼容性和經濟適用的特性，使有源式工況監測報警裝置可廣泛應用于食品加工廠、服裝廠、固定設備車間、電氣電子車間、地面選煤車間等作業環境，同時可作為企業生產線重要設備并聯冗余保護裝置。