礦井主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)原理及應(yīng)用

礦井主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)原理及應(yīng)用摘要：分析了礦井主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)原理；從傳感器選型、通信方式、工控機(jī)監(jiān)測界面等方面介紹了礦井主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)在峻德煤礦的具體應(yīng)用情況。實(shí)踐說明，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，有效防止了主通風(fēng)機(jī)意外停機(jī)事故的發(fā)生，提高了主通風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的平安性和可靠性。關(guān)鍵詞：礦井；主通風(fēng)機(jī)；在線監(jiān)測；設(shè)計(jì)原理；參數(shù)采集；數(shù)據(jù)分析0引言主通風(fēng)機(jī)是煤礦的四大固定設(shè)備之一，擔(dān)負(fù)著向井下輸送新鮮空氣、排出粉塵和污濁氣流的重任。主通風(fēng)機(jī)假設(shè)發(fā)生故障停車，將會(huì)對(duì)整個(gè)礦井的生產(chǎn)和平安構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，需建立一套功能完善的主通風(fēng)機(jī)自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)，以保障主通風(fēng)的平安、可靠運(yùn)行。本文將介紹一種主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及其在俊德煤礦的應(yīng)用情況。該系統(tǒng)投入運(yùn)行后，可使管理者隨時(shí)掌握主通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)設(shè)備的故障進(jìn)展診斷，還能對(duì)設(shè)備傳動(dòng)系統(tǒng)存在的隱患進(jìn)展分析并給予預(yù)警，使管理者合理安排檢修方案，從而降低了設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)本錢。1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理1.1系統(tǒng)硬件構(gòu)造礦井主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)的硬件構(gòu)造如圖1所示。在主通風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)部件上安設(shè)的振動(dòng)傳感器，經(jīng)振動(dòng)參數(shù)采集裝置后可通過本身或外接的以太網(wǎng)口經(jīng)交換機(jī)及工控機(jī)通信，管理者可通過上位機(jī)的振動(dòng)分析軟件了解主通風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)部件實(shí)時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，及時(shí)掌握主通風(fēng)機(jī)主軸承等平時(shí)不易檢查得到的設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。[1]風(fēng)峒內(nèi)風(fēng)壓及系統(tǒng)風(fēng)量等數(shù)據(jù)由傳感器采集后經(jīng)PLC運(yùn)算處理，在上位機(jī)上實(shí)時(shí)顯示出來。另外，風(fēng)機(jī)風(fēng)門開、關(guān)到位情況，風(fēng)門絞車運(yùn)行情況等開關(guān)量需滿足PLC內(nèi)邏輯條件，運(yùn)行狀態(tài)在上位機(jī)上實(shí)時(shí)顯示。主通風(fēng)機(jī)各部溫度情況及電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)經(jīng)傳感器采集后由信號(hào)變送器上傳上位機(jī)進(jìn)展實(shí)時(shí)顯示，并在上位機(jī)軟件中設(shè)置保護(hù)報(bào)警功能。圖1礦井主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)的硬件構(gòu)造系統(tǒng)以工控機(jī)和工業(yè)控制器PLC為核心，主要由工藝參數(shù)采集裝置、振動(dòng)參數(shù)采集裝置、傳感(變送)器、上位機(jī)、通信裝置及驅(qū)動(dòng)設(shè)備組成。系統(tǒng)監(jiān)測參數(shù)包括高壓柜及主要電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，主通風(fēng)機(jī)流量、溫度、風(fēng)壓，主通風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的軸承溫度、定子繞組溫度，主通風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的軸承狀態(tài)參數(shù)，主通風(fēng)機(jī)風(fēng)門運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，主通風(fēng)機(jī)周圍外部環(huán)境參數(shù)等。監(jiān)測參數(shù)均需上傳至監(jiān)控室上位機(jī)進(jìn)展分析，同時(shí)可接入礦井地面環(huán)網(wǎng)。各參數(shù)的監(jiān)測原理分析如下：〔1〕流量監(jiān)測由于煤礦主通風(fēng)機(jī)的流量監(jiān)測只能在地面上進(jìn)展，而地面缺少較長的平直段，所以限制了標(biāo)準(zhǔn)流量儀表在主通風(fēng)機(jī)流量監(jiān)測中的應(yīng)用；另外，煤礦井下氣體成分復(fù)雜，濕度大，風(fēng)塵含量大，儀表又必須長期工作，所以要求流量監(jiān)測儀表無運(yùn)動(dòng)部件；加上煤礦通風(fēng)斷面大，因此，利用壓差原理監(jiān)測煤礦主通風(fēng)流量是理想的選擇，可選用阿牛巴流量計(jì)作為流量監(jiān)測傳感器。[2]〔2〕風(fēng)壓監(jiān)測本系統(tǒng)采用鉆孔取壓方法測量風(fēng)壓，測點(diǎn)選擇在主通風(fēng)機(jī)入口處，將取得的壓力信號(hào)通過壓力傳感(變送)器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸入到PLC?！?〕電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測電氣設(shè)備運(yùn)行參數(shù)是指主通風(fēng)機(jī)配套電動(dòng)機(jī)的負(fù)載和空載電流、電壓、勵(lì)磁電流和電壓、軸功率和功率因數(shù)等。對(duì)主通風(fēng)機(jī)高壓開關(guān)柜的斷路器采用電腦綜合保護(hù)裝置，可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)的采集?！?〕溫度監(jiān)測系統(tǒng)采用關(guān)鍵位置預(yù)埋Pt100鉑電阻的方法來監(jiān)測主通風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的溫度。〔5〕振動(dòng)監(jiān)測通過振動(dòng)傳感器測量電動(dòng)機(jī)軸承的振動(dòng)值，將測量值送入采集模塊，利用專業(yè)振動(dòng)分析軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)軸承振動(dòng)信號(hào)的實(shí)時(shí)采集、分析、報(bào)警、記錄功能。振動(dòng)傳感器基于內(nèi)部質(zhì)量塊受振動(dòng)撞擊以產(chǎn)生速度變化的原理。1.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件應(yīng)由振動(dòng)分析軟件、數(shù)據(jù)通信軟件和組態(tài)軟件組成。系統(tǒng)軟件需要具備數(shù)據(jù)采集計(jì)算、分析、顯示、報(bào)警、報(bào)表打印等功能，需具有主界面、報(bào)警界面、參數(shù)表界面、電力監(jiān)測界面等，顯示界面采用組態(tài)軟件編制。振動(dòng)軟件采集分析的數(shù)據(jù)通過OPC數(shù)據(jù)通信軟件及系統(tǒng)進(jìn)展數(shù)據(jù)通信，采集部位的振動(dòng)頻率值在系統(tǒng)顯示主界面實(shí)時(shí)更新顯示。溫度傳感器的模擬信號(hào)需軟件運(yùn)算處理，設(shè)置報(bào)警門限值，在主界面實(shí)時(shí)更新顯示并做成報(bào)表形式。系統(tǒng)軟件讀取電力監(jiān)測數(shù)據(jù)后設(shè)置的報(bào)警門限值可在人機(jī)界面上操作，便于隨時(shí)更改，并有開關(guān)量輸出為聲光報(bào)警。PLC數(shù)據(jù)包通過OPC數(shù)據(jù)通信軟件及系統(tǒng)通信后，將系統(tǒng)風(fēng)量、風(fēng)峒內(nèi)風(fēng)壓、風(fēng)機(jī)風(fēng)門到位狀態(tài)、風(fēng)門絞車啟停情況、風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向等數(shù)據(jù)和狀態(tài)在主界面顯示。組態(tài)畫面需根據(jù)現(xiàn)場工況設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)顯示醒目，操作簡單。[3]系統(tǒng)抗干擾措施可采用的抗干擾措施：采用電流輸出型傳感器或傳感器輸出信號(hào)經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)；采用屏蔽電纜傳輸信號(hào)，以減弱電磁藕合干擾。[4]2實(shí)例分析峻德煤礦采用中央、邊界混合抽出式通風(fēng)方法，現(xiàn)有4臺(tái)FBCDZ-8-NO28型對(duì)旋主通風(fēng)機(jī)。利用工控機(jī)和SIMATICS7-300PLC作為核心控制器對(duì)這4臺(tái)主通風(fēng)機(jī)進(jìn)展在線監(jiān)測，并可通過礦井地面環(huán)網(wǎng)接入到集控室，實(shí)現(xiàn)對(duì)主通風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)程在線監(jiān)測和主通風(fēng)機(jī)房無人值守。振動(dòng)局部在線監(jiān)測，選用新西蘭Commtest公司生產(chǎn)的CCL-102型振動(dòng)傳感器、在線振動(dòng)監(jiān)測模塊VbOnline和Commtest公司開發(fā)研究的Ascent數(shù)據(jù)庫軟件和OnlineManager分析軟件。在主通風(fēng)機(jī)配套電動(dòng)機(jī)的軸伸端軸承端蓋上垂直安裝一個(gè)振動(dòng)傳感器用于檢測電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中的跳動(dòng)信號(hào)、在水平方向安裝2個(gè)振動(dòng)傳感器用于檢測電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程的擺動(dòng)信號(hào)。振動(dòng)傳感器傳回的信號(hào)經(jīng)過MTL7787+型平安柵后，由在線振動(dòng)監(jiān)測模塊VbOnline連接振動(dòng)通道信號(hào)并通過以太網(wǎng)口連接到交換機(jī)，最終實(shí)現(xiàn)及工控機(jī)的通信。工控機(jī)上安裝的OnlineManager分析軟件對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)展分析后及Ascent數(shù)據(jù)庫中同型號(hào)軸承的振動(dòng)頻譜進(jìn)展比對(duì)，結(jié)果由組態(tài)王組態(tài)軟件制作的監(jiān)測系統(tǒng)軟件調(diào)用，可實(shí)時(shí)顯示并設(shè)置報(bào)警功能。如圖2為峻德煤礦主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)振動(dòng)分析圖譜，圖中橫坐標(biāo)表示頻率單位是HZ；縱坐標(biāo)表示振動(dòng)速度單位是mm/s，圖譜中顯示的為主通風(fēng)機(jī)在743RPM〔轉(zhuǎn)速〕時(shí)，一級(jí)電機(jī)驅(qū)動(dòng)端水平方向的mm/sRMS〔有效值〕。圖2峻德煤礦主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)振動(dòng)分析圖譜主通風(fēng)機(jī)配套電動(dòng)機(jī)的溫度監(jiān)測采用電動(dòng)機(jī)自身預(yù)埋的Pt100鉑電阻測量溫度，通過研祥智能科技股份生產(chǎn)開發(fā)的ADAM4015模塊，將電阻阻值轉(zhuǎn)換為4~20mA電信號(hào)后輸入ADAM4520模塊，ADAM4520模塊通過自身RS232串口及工控機(jī)通訊，由系統(tǒng)監(jiān)測軟件調(diào)用運(yùn)算，實(shí)時(shí)顯示并設(shè)置報(bào)警功能。[5]風(fēng)量監(jiān)測采用KGF-2型礦用智能風(fēng)量傳感器，風(fēng)壓監(jiān)測采用KGY-4型礦用負(fù)壓傳感器，電力監(jiān)測采用PAS6000型電力變送器。這些傳感〔變送〕器采集、轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)均通過RS485方式及工控機(jī)通信，由系統(tǒng)監(jiān)測軟件調(diào)用，實(shí)時(shí)顯示并設(shè)置報(bào)警功能。S7-300PLC的CP343-1模塊通過交換機(jī)及工控機(jī)通信。PLC主要用于對(duì)高壓開關(guān)柜分、合閘、JFM-2型風(fēng)門絞車啟停等設(shè)備的監(jiān)控，風(fēng)門開關(guān)到位、電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向等開關(guān)量確實(shí)認(rèn)及報(bào)警輸出等，從而實(shí)現(xiàn)了礦井主通風(fēng)機(jī)的自動(dòng)監(jiān)測功能。如圖3為峻德礦主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)主界面，如圖4為峻德礦主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)電力監(jiān)測界面。圖3峻德礦主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)主界面圖4峻德礦主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)電力監(jiān)測界面3結(jié)語通過對(duì)主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)的原理介紹及其在峻德煤礦的具體應(yīng)用分