李曉強(qiáng)

(陽泉煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司 技術(shù)中心， 山西 陽泉 045000)

0 引言

主通風(fēng)機(jī)是煤炭礦井安全生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一，當(dāng)出現(xiàn)有害氣體泄漏、瓦斯超標(biāo)等事故時，風(fēng)機(jī)能夠排走有害氣體及時補(bǔ)充新鮮空氣，對保障人們生命安全，促使救援工作順利進(jìn)行具有重要意義，風(fēng)機(jī)運(yùn)行的安全性和可靠性是煤礦標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的需要[1]。在線監(jiān)控裝置是一種用來監(jiān)測各種氣體、液體、溫度、壓力、振動等參數(shù)及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的裝置，可以用來監(jiān)控主通風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)、水泵等大型設(shè)備，為各種設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

在風(fēng)機(jī)監(jiān)測與預(yù)警的研究方面，國內(nèi)的專家學(xué)者開展了大量的研究工作，取得了一定的成果，推動了煤礦設(shè)備管理向無人值守、智能化方向發(fā)展。張瑞[2]等應(yīng)用快速傅里葉變換、短時傅里葉變換等先進(jìn)信號處理算法對風(fēng)機(jī)的振動、轉(zhuǎn)速、溫度、風(fēng)壓等多類運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，建立了基于物聯(lián)網(wǎng)的風(fēng)機(jī)全壽命周期預(yù)警系統(tǒng)；周云龍[3]等基于Visual C++開發(fā)，對系統(tǒng)中涉及到的監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲和多線程等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)和代碼的優(yōu)化，改善了系統(tǒng)的實(shí)時性和穩(wěn)定性；董文豪[4]利用冗余技術(shù)建立了電力風(fēng)機(jī)的健康監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)的健康管理，而且提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而保證了風(fēng)機(jī)能夠較為平衡、高效地投入生產(chǎn)工作；王宜祥[5]應(yīng)用無線傳感技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套新型礦用風(fēng)機(jī)故障診斷系統(tǒng)，可快速定位風(fēng)機(jī)故障，縮短預(yù)警響應(yīng)時間，提高生產(chǎn)的安全性。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

QFJK-V型風(fēng)機(jī)實(shí)時監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，分為上位機(jī)、下位機(jī)部分和現(xiàn)場設(shè)備3部分，整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 整體結(jié)構(gòu)

上位系統(tǒng)使用工業(yè)級控制計(jì)算機(jī)，下位則由西門子PLC、中間繼電器、電力采集模塊組成，安裝于PLC防爆柜內(nèi)?，F(xiàn)場設(shè)備由壓力變送器、振動傳感器、PT100熱電阻、電壓電流互感器、控制按鈕等執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，安裝于設(shè)備殼體、配電柜和操作臺。系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)參數(shù)及傳感器精度如表1所示。

表1 技術(shù)參數(shù)及相關(guān)傳感器精度

2 系統(tǒng)主要功能

本系統(tǒng)利用壓力變送器、振動傳感器和溫度傳感器等儀器可實(shí)時監(jiān)測電動機(jī)(前、后)軸承溫度和電動機(jī)定子繞組溫度，并在超限時報(bào)警；系統(tǒng)可對風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中以下關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行提?。红o壓、全壓、風(fēng)速、風(fēng)量、效率；風(fēng)機(jī)電動機(jī)的電氣參數(shù)：電壓、電流、有功功率、功率因數(shù)；實(shí)時監(jiān)測設(shè)備振動情況，系統(tǒng)各參數(shù)監(jiān)測范圍如表2所示。

表2 系統(tǒng)參數(shù)監(jiān)測范圍

對風(fēng)機(jī)實(shí)施就地、遠(yuǎn)控，控制風(fēng)機(jī)的啟閉；通過就地或遠(yuǎn)程控制實(shí)時監(jiān)測并控制設(shè)備進(jìn)行抽風(fēng)或反風(fēng)作業(yè)；實(shí)時監(jiān)測并控制風(fēng)門或蝶閥的開啟與關(guān)閉，并控制風(fēng)機(jī)的電控設(shè)備，在對空風(fēng)門和檢修風(fēng)門的配合下可實(shí)現(xiàn)不停風(fēng)倒機(jī)；同時可調(diào)節(jié)葉輪轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)根據(jù)不同通風(fēng)距離實(shí)現(xiàn)相應(yīng)供風(fēng)量的目標(biāo)。

3 工作原理

3.1 實(shí)時在線監(jiān)測溫度

風(fēng)機(jī)在旋轉(zhuǎn)過程中軸承和定子和發(fā)熱，溫度過高會影響電動機(jī)的使用壽命，也對風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來不利影響，一旦電動機(jī)因溫度過高而損壞會造成風(fēng)機(jī)停轉(zhuǎn)，井下工作面通風(fēng)停止，瓦斯?jié)舛壬?，?yán)重威脅井下人員和設(shè)備的安全。因此，實(shí)時監(jiān)測電動機(jī)溫度是否異常，對保障風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行具有重要意義。

采用多個溫度傳感器對電動機(jī)的定子和軸承進(jìn)行監(jiān)測，傳感器內(nèi)置熱敏電阻，電阻型號為pt100，監(jiān)測軸承溫度的傳感器一般安裝在電動機(jī)前、后軸承端蓋的圓孔內(nèi)，而監(jiān)測定子溫度的傳感器則需預(yù)裝在電動機(jī)的定子繞組內(nèi)部，一般在設(shè)計(jì)制造電動機(jī)時進(jìn)行傳感器的預(yù)置。

3.2 在線監(jiān)測氣體壓力

主通風(fēng)機(jī)采用抽出式通風(fēng)，其壓力分為全壓、靜壓和動壓，此處測量的壓力為風(fēng)機(jī)的全壓。風(fēng)機(jī)的壓力決定了通風(fēng)的距離，若壓力過小則不能保障正常的通風(fēng)需要。

監(jiān)測氣體壓力的工作原理如圖2所示，在風(fēng)機(jī)的風(fēng)筒內(nèi)設(shè)置管道，風(fēng)機(jī)運(yùn)行時流經(jīng)風(fēng)筒內(nèi)的氣流通過管道將壓力傳送至壓力變送器。

圖2 壓力測量原理

它可將收到的壓力信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?，一般?～20 mA，電流隨風(fēng)筒內(nèi)氣流壓力的改變而變化，電流信號經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(A/D轉(zhuǎn)換模塊)處理后轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔X能識別的數(shù)字信號，并通過顯示器在電腦軟件的監(jiān)測頁面中顯示出來，從而實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)壓力的實(shí)時監(jiān)測。設(shè)定壓力的正常使用范圍，當(dāng)檢測到風(fēng)機(jī)的壓力異常時自動預(yù)警系統(tǒng)啟動，快速定位故障來源和故障類型，并向控制室報(bào)警。當(dāng)短時間內(nèi)無法解決問題時，可通過控制系統(tǒng)啟動備用風(fēng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)主備用風(fēng)機(jī)的切換。

3.3 在線監(jiān)測設(shè)備振動

風(fēng)機(jī)為旋轉(zhuǎn)類機(jī)械，在工作過程中會產(chǎn)生振動和噪聲，振動不可避免，但振動過大會損壞設(shè)備，降低設(shè)備的使用壽命。另外對旋風(fēng)機(jī)的兩級葉輪產(chǎn)生的振動過大，可能造成葉輪與風(fēng)筒發(fā)生碰撞，造成葉片碎裂，進(jìn)而導(dǎo)致風(fēng)機(jī)停止供風(fēng)，井下局部地區(qū)瓦斯?jié)舛壬?，因此，監(jiān)測和控制風(fēng)機(jī)的振動幅度處于合理的范圍內(nèi)，對保障風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定性具有重要意義。

監(jiān)測風(fēng)機(jī)振動的原理與監(jiān)測風(fēng)機(jī)壓力的原理相似，兩者都是通過變送器先將振動位移或壓力轉(zhuǎn)換為電流信號，然后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換模塊加工處理后轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔X能識別的數(shù)字信號，在經(jīng)顯示器在控制室中將振動的幅度顯示出來。當(dāng)風(fēng)機(jī)兩葉輪的振動幅度超過一定數(shù)值后，系統(tǒng)自動預(yù)警。風(fēng)機(jī)振動監(jiān)測原理如圖3所示。

圖3 風(fēng)機(jī)振動測量原理

4 結(jié)論

本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時監(jiān)測，通過預(yù)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)故障自動診斷、報(bào)警，通過遠(yuǎn)程和就地控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動控制，對實(shí)現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)具有重要意義，其具有以下優(yōu)點(diǎn)。

1) 可通過就地控制和遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)及各種配套風(fēng)門的啟閉，實(shí)現(xiàn)一鍵啟機(jī)。

2) 響應(yīng)時間短，可快速定位故障點(diǎn)及故障類型，實(shí)現(xiàn)快速應(yīng)急反應(yīng)。

3) 可通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測各關(guān)鍵部件運(yùn)行狀況，并生成數(shù)據(jù)報(bào)表。