孔二偉（1.河南理工大學(xué),河南 焦作 454003；2.平煤股份六礦,河南 平頂山 467000）

對(duì)煤礦風(fēng)機(jī)系統(tǒng)故障狀態(tài)的監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

孔二偉1,2
（1.河南理工大學(xué),河南 焦作 454003；2.平煤股份六礦,河南 平頂山 467000）

本文針對(duì)某礦井動(dòng)葉可調(diào)式風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的控制工藝進(jìn)行分析，對(duì)風(fēng)機(jī)不同的故障采取相應(yīng)的措施進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制和安全檢測(cè)，以提高煤礦風(fēng)機(jī)運(yùn)行的安全可靠性，從而保證礦井的通風(fēng)安全。

煤礦通風(fēng)機(jī)；監(jiān)控系統(tǒng)；故障；自動(dòng)處理

0 引言

根據(jù)智能化數(shù)字化礦山建設(shè)要求，煤礦主通風(fēng)機(jī)作為煤礦的主要安全設(shè)備，實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)化和智能化監(jiān)控是煤礦風(fēng)機(jī)安全、可靠運(yùn)行的必然選擇。煤礦風(fēng)機(jī)采用一主一備設(shè)計(jì)安裝方式，備用風(fēng)機(jī)處于停機(jī)冷備用狀態(tài)。煤礦主要通風(fēng)機(jī)在正常倒機(jī)風(fēng)門(mén)切換的時(shí)間內(nèi)，必然會(huì)有一段時(shí)間造成系統(tǒng)停風(fēng)或微風(fēng)，對(duì)于煤與瓦斯突出礦井容易造成瓦斯超限，威脅安全生產(chǎn)。另外，在風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行過(guò)程中，如果出現(xiàn)故障，沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，再采用倒機(jī)的方法來(lái)進(jìn)行處理事故時(shí)，若備用風(fēng)機(jī)此時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)出現(xiàn)故障，也會(huì)造成風(fēng)機(jī)倒機(jī)時(shí)間超出煤礦安全規(guī)程的上限，這樣就意味著系統(tǒng)停風(fēng)時(shí)間偏長(zhǎng)，易發(fā)生井下瓦斯超限。所以，應(yīng)研究風(fēng)機(jī)故障狀態(tài)下監(jiān)控系統(tǒng)如何監(jiān)測(cè)故障，并對(duì)一些故障采取相應(yīng)的措施進(jìn)行排除，保證風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行，從而保證高瓦斯和雙突礦井安全生產(chǎn)。

1 通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)組成及硬件配置

目前，部分礦井的主通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)仍然采用傳統(tǒng)的人工操作，或是人工加繼電器進(jìn)行簡(jiǎn)單的順序控制的方法。系統(tǒng)僅有一些最基本的監(jiān)測(cè)量，不能全面、詳細(xì)地監(jiān)視風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，自動(dòng)化程度低、可靠性差。這樣就存在很大的安全隱患，不適應(yīng)煤炭生產(chǎn)的需要和發(fā)展。

本文主要以煤礦動(dòng)葉可調(diào)軸流式風(fēng)機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明。風(fēng)機(jī)系統(tǒng)由電機(jī)、風(fēng)機(jī)本體、液壓站、潤(rùn)滑站、風(fēng)門(mén)裝置、冷卻裝置、葉片執(zhí)行器、配電裝置和各種傳感器等組成。風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)主要由PLC控制主站、各類(lèi)信號(hào)傳感器、信號(hào)變送器、中間繼電器等組成。上位工控機(jī)完成系統(tǒng)的監(jiān)控以及系統(tǒng)的操作、顯示界面，安裝在值班控制室的操作臺(tái)上。控制主站的通訊模塊的現(xiàn)場(chǎng)控制總線聯(lián)網(wǎng)均使用RS－485通訊協(xié)議。風(fēng)機(jī)房控制室設(shè)置的上位機(jī)，采用工業(yè)以太網(wǎng)通訊方式進(jìn)行通訊。上位機(jī)完成系統(tǒng)的監(jiān)控、操作、顯示等功能。與礦井調(diào)度室或機(jī)電設(shè)備管理服務(wù)器進(jìn)行通訊的監(jiān)控系統(tǒng)是通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)完成數(shù)據(jù)共享交換，系統(tǒng)還可以接受礦調(diào)度室或機(jī)電管理部門(mén)的調(diào)度指令控制。

風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。

2 風(fēng)機(jī)故障狀態(tài)控制邏輯設(shè)計(jì)

風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在事故狀態(tài)下，針對(duì)各種的故障有不同方式的預(yù)警或報(bào)警，監(jiān)控系統(tǒng)有不同方式的響應(yīng)。監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)一些不直接影響風(fēng)機(jī)運(yùn)行的故障，可只做報(bào)警，而不對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行故障控制。監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)影響風(fēng)機(jī)運(yùn)行的故障，先發(fā)出報(bào)警，根據(jù)故障情況，立即或經(jīng)延時(shí)后再采取相應(yīng)的措施。再者，監(jiān)控系統(tǒng)在故障狀態(tài)下能對(duì)故障進(jìn)行排除。如當(dāng)冷卻水泵發(fā)生故障，備用水泵能夠瞬間啟動(dòng)，保證冷卻系統(tǒng)正常工作。這樣不僅最大限度的保證礦井通風(fēng)安全，還可以留給值班人員一個(gè)處理故障的時(shí)間。

2.1 溫度報(bào)警故障處理方法

在監(jiān)控系統(tǒng)中，對(duì)風(fēng)機(jī)軸承溫升、液壓站和潤(rùn)滑站油溫和管溫、以及電機(jī)兩端軸承和定子溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。因?yàn)楫?dāng)以上溫度不正常時(shí)，會(huì)作用于風(fēng)機(jī)的跳閘操作。所用對(duì)于以上的任何一個(gè)傳感器采集來(lái)的溫度都必須做到可靠、正確、穩(wěn)定。監(jiān)控系統(tǒng)為了能做到準(zhǔn)確、可靠、穩(wěn)定，分別從硬軟件來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)：

（1）在硬件上，對(duì)于每個(gè)測(cè)點(diǎn)，都設(shè)至少兩個(gè)的傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)。這樣避免因?yàn)槟骋粋€(gè)傳感器出現(xiàn)故障，報(bào)出假信號(hào)，造成控制系統(tǒng)誤動(dòng)作，而造成事故。另外，就是嚴(yán)把傳感器的質(zhì)量關(guān)，不能出現(xiàn)因傳感器質(zhì)量問(wèn)題造成的假信號(hào)。

（2）在程序中，首先去除掉一些偏離實(shí)際可能出現(xiàn)的假值。比如對(duì)液壓站油溫和潤(rùn)滑站油溫小于0℃和大于 120℃的判斷，只要出現(xiàn)這兩個(gè)值，在程序中將其屏蔽，不讓其參與控制。其次，對(duì)于象風(fēng)機(jī)軸承溫度和電機(jī)軸承溫度作用于控制的信號(hào)，在程序中做到至少需要同塊軸承上的兩個(gè)溫度同時(shí)達(dá)到跳閘溫度時(shí)，才能作用于風(fēng)機(jī)的跳閘。如當(dāng)風(fēng)機(jī)軸承溫度值大于85℃時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)始有預(yù)警，由報(bào)警器報(bào)警燈僅發(fā)出紅光報(bào)警。當(dāng)軸承溫度大于100℃時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)始有報(bào)警，由報(bào)警器發(fā)出有蜂鳴器報(bào)警音和報(bào)警燈的紅光報(bào)警信號(hào)。

2.2 瞬間失電故障處理方法

監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)風(fēng)機(jī)如瞬時(shí)失電故障等一些故障作出判斷后，能夠自動(dòng)將故障消除保證風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行。

風(fēng)機(jī)運(yùn)行中當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，風(fēng)機(jī)高壓開(kāi)關(guān)的失壓保護(hù)將動(dòng)作，使風(fēng)機(jī)跳閘。當(dāng)電網(wǎng)瞬間恢復(fù)后，只能靠操作人員把各部分開(kāi)關(guān)恢復(fù)，才能啟動(dòng)風(fēng)機(jī)。而風(fēng)機(jī)低壓配電為風(fēng)機(jī)的葉片執(zhí)行器、風(fēng)門(mén)開(kāi)合、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的潤(rùn)滑、葉片角度調(diào)節(jié)的液壓部分及冷卻裝置等供電。這些機(jī)構(gòu)的正常工作都影響著風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行。所以，電網(wǎng)的穩(wěn)定性對(duì)風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)很重要。

從以下兩方面來(lái)解決以上提出的問(wèn)題：

（1）在硬件上，主要問(wèn)題是將各部分高、低壓開(kāi)關(guān)進(jìn)行改造，使高、低壓開(kāi)關(guān)能達(dá)到電源有電即可自動(dòng)上電的功能。

（2）在軟件上，要對(duì)風(fēng)機(jī)各部分是否帶電進(jìn)行判斷，然后，對(duì)短時(shí)間段內(nèi)停電后又帶電的情況下，對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行開(kāi)啟，從而在最短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)礦井通風(fēng)。這個(gè)時(shí)間可根據(jù)實(shí)際情況自己設(shè)定。

2.3 風(fēng)機(jī)角度調(diào)節(jié)控制方法

風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中出現(xiàn)多次角度自動(dòng)回零，因?yàn)槌霈F(xiàn)風(fēng)機(jī)葉片角度自動(dòng)回零的現(xiàn)象，而值班人員沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，而造成全礦井停風(fēng)的重大事故。

在程序中為了防止類(lèi)似事故的出現(xiàn)，設(shè)定一個(gè)葉片執(zhí)行器返回報(bào)警值“最小角度”，操作人員可以根據(jù)風(fēng)機(jī)角度設(shè)定值的大小，設(shè)定一個(gè)葉片最小角度報(bào)警值。在風(fēng)機(jī)運(yùn)行中，監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)葉片執(zhí)行器返回值的大小來(lái)判斷角度是否小于報(bào)警值。當(dāng)返回值小于設(shè)定的最小角度報(bào)警值時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，提醒值班人員檢查風(fēng)機(jī)運(yùn)行是否正常，采取相應(yīng)的措施，不至于出現(xiàn)風(fēng)機(jī)運(yùn)行著，而葉片角度改變，造成井下停風(fēng)的事故。

3 系統(tǒng)的特點(diǎn)

調(diào)試運(yùn)行后，系統(tǒng)投入自動(dòng)運(yùn)行，各項(xiàng)參數(shù)顯示準(zhǔn)確正常、運(yùn)行穩(wěn)定。從系統(tǒng)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的結(jié)果來(lái)看，滿足了實(shí)際運(yùn)行的各項(xiàng)要求。系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

（1）在硬件設(shè)計(jì)上，對(duì)于每個(gè)測(cè)點(diǎn)，都設(shè)一個(gè)以上的傳感器進(jìn)行測(cè)量。這樣避免因?yàn)閱蝹€(gè)傳感器出現(xiàn)故障，報(bào)出假信號(hào)，而使控制系統(tǒng)造成無(wú)操作。

（2）在程序設(shè)計(jì)上，對(duì)可能出現(xiàn)的情況進(jìn)行判斷，首先去除掉一些偏離可能出現(xiàn)的假值，保證采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠。其次，某些故障狀態(tài)下能自動(dòng)處理保證安全運(yùn)行，達(dá)到了風(fēng)機(jī)房無(wú)人操作的條件。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，只要在實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)用過(guò)程中，充分考慮到對(duì)控制對(duì)象的各種不利因素，在硬件、軟件的設(shè)計(jì)中采取適當(dāng)?shù)拇胧?，就可以最大限度的減少事故發(fā)生，保證控制系統(tǒng)安全、可靠地運(yùn)行。在以后使用的過(guò)程中，為減少勞動(dòng)力投入、降低勞動(dòng)量而不斷進(jìn)行改造和努力，如何使系統(tǒng)更加智能化是研究的方向，需要更多的探討和研究。

[1]于勵(lì)民.煤礦機(jī)電管理實(shí)用指南[M]. 煤炭工業(yè)出版社,2013(07).

[2] 中國(guó)煤炭建設(shè)協(xié)會(huì). GB 50450-2008 煤礦主要通風(fēng)機(jī)站設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社,2008.

[3] 廖常初,S300/400 PLC應(yīng)用技術(shù)[M]. 機(jī)械工業(yè)出 版社,2005(08).

[4]陳士緯,王家兵. 礦井主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控現(xiàn)狀及展望[J].煤礦安全,1999(12).

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[7]陳士緯,王家兵，礦井主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)監(jiān)控現(xiàn)狀及展望[J].煤礦安全,1999(12).

[8]陳文忠,張志春，任曉旺等.引進(jìn)HowdenVariax軸流式通風(fēng)機(jī)性能介紹[J].煤炭工程,2003(06).

孔二偉（1982-），男，河南魯山人，工程師，河南理工大學(xué)工程碩士在讀，現(xiàn)從事煤礦機(jī)電技術(shù)管理工作。