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        復雜礦井通風安全監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)化研究

        2021-03-13 03:03:18孫成爾
        山東煤炭科技 2021年2期
        關鍵詞:信號系統(tǒng)

        孫成爾

        (西山煤電集團有限責任公司西山救護大隊,山西 太原 030200)

        1 通風系統(tǒng)現(xiàn)狀

        西山煤電目前采用兩翼對角式通風方式,機械抽出式通風方法,在回風井處安裝兩臺防爆對旋式軸流風機,由YBF 型電機驅(qū)動,通過改變風機的葉片角度來調(diào)整風量,以滿足各種通風需要。對回采工作面的通風布置呈U 型,對掘進工作面的通風采用獨立的局部通風,變電所、消防、水倉、水泵房等利用全負壓進行通風[1-2]。井下通風系統(tǒng)目前通過人工來操作,會使風量出現(xiàn)分配不均勻情況,影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性,而且不具備遠程實時調(diào)控風量功能,在出現(xiàn)緊急情況時不能及時采取措施。因而對通風安全監(jiān)測系統(tǒng)進行優(yōu)化,對各個用風地點的風量進行按需分配,實現(xiàn)系統(tǒng)的智能化,根據(jù)現(xiàn)場動態(tài)監(jiān)測的實際情況,合理及時進行調(diào)整。

        2 通風監(jiān)測系統(tǒng)運行參數(shù)

        2.1 振動參數(shù)信號監(jiān)測

        通風機中由于轉(zhuǎn)子的運動會出現(xiàn)一些振動問題,間接地反應到軸承座上,振動會引發(fā)設備發(fā)熱,進而出現(xiàn)磨損,降低使用壽命。由于無法直接監(jiān)測出軸承的運行狀況,可通過軸承和軸承座的內(nèi)在聯(lián)系,監(jiān)測軸承座的振動情況來判斷軸承的狀態(tài)。在通風機的前后軸承上分別安裝兩個傳感器來監(jiān)測軸承座的振動,得到振動參數(shù)。

        2.2 溫度參數(shù)信號監(jiān)測

        由于風機磨損等內(nèi)部故障通常會導致通風機電機軸的溫度過高,風機葉片在電機軸的運轉(zhuǎn)下長時間工作,使軸的溫度不斷升高,在超過電機軸所能承受的最高溫度時,便會燒壞電機。通風機的溫度過高時,其內(nèi)部的一些零部件基本已經(jīng)磨損,影響作業(yè)的安全性,根據(jù)溫度傳感器的特性及其應用對應選擇傳感器。由于鉑的測量精度高,性能穩(wěn)定,選擇PT100 鉑熱電阻監(jiān)測電機軸的溫度,在電機軸溫度超過設定的閾值時,使電機停止運行并報警,以防電機被燒壞。

        2.3 風量參數(shù)信號監(jiān)測

        通風監(jiān)測系統(tǒng)中對風量參數(shù)的監(jiān)測也是十分必要的。在風流動過程中,由于流場的不均勻性,在同一測量截面處要對多個點進行測量,工作量較大,而且精確度不高,在外界氣候影響下,流場容易受干擾,影響測量的精度,很難保證流場的均勻性。因此,采用分體式組合動壓管,測量通風機的流量和壓力,保證井下作業(yè)的安全可靠,防止出現(xiàn)安全事故。

        2.4 壓力參數(shù)信號監(jiān)測

        在通風機工作過程中,要實時監(jiān)測通風道中的靜壓力和全壓力,采用鉆孔取壓,在通風機的入口處安裝壓力傳感器,實時進行監(jiān)測,將監(jiān)測的各類壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號。

        2.5 風機啟停信號監(jiān)測

        對通風機啟停信號進行監(jiān)測主要是對井下各類交流驅(qū)動機電設備狀態(tài)進行監(jiān)測,將監(jiān)測的信號傳輸給PLC,通過感應來測試電纜周圍有沒有磁場,進而確定電纜中有沒有電流流過,以檢測設備的工作狀態(tài)。

        3 通風監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計

        3.1 硬件設計

        根據(jù)實際工作要求,對通風監(jiān)測系統(tǒng)進行優(yōu)化設計。通風監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設計主要包括上位機監(jiān)測管理層、網(wǎng)絡通信層、現(xiàn)場監(jiān)測層三部分,總體結(jié)構(gòu)如圖1。將傳感器安裝在需要的位置,通過現(xiàn)場監(jiān)測層監(jiān)測通風機以及通風量等參數(shù),并將參數(shù)傳輸給PLC 主控制器,控制器對參數(shù)信息進行數(shù)據(jù)處理,然后按照預先設定的邏輯運算得到最佳通風方案,在網(wǎng)絡通信層作用下傳輸給上位機監(jiān)測管理層,便于工作人員及時監(jiān)測井下的通風情況[3]。由于井下工作環(huán)境的復雜性,為了減少干擾,增強通信,提高傳輸效率,采用RS458 通信模塊進行差分傳輸。上位機監(jiān)測管理層就是通過工業(yè)控制計算機,將井下傳輸?shù)男畔崟r顯示出來,便于監(jiān)測和控制。

        3.2 軟件設計

        通風監(jiān)測系統(tǒng)的軟件采用S7-300 進行編程[4],整個監(jiān)測系統(tǒng)軟件由多個子模塊組成,采用模塊化編程是為了后續(xù)調(diào)用簡便和擴展功能,軟件設計的主程序流程圖如圖2。首先對每個單元進行初始化處理,待數(shù)據(jù)信息采集子程序傳輸?shù)讲杉盘柡箝_始,在通風機運行時,不斷監(jiān)測通風系統(tǒng)的狀態(tài),并將傳感器監(jiān)測的數(shù)據(jù)傳輸給PLC,對通風量進行邏輯運算,并給出最佳通風量控制信號,調(diào)用控制方式子程序,控制相關機電設備的動作,調(diào)用風機運行監(jiān)測子程序,監(jiān)測通風機和通風量的運行狀態(tài),判別控制方式以及通風量是否在要求范圍內(nèi),調(diào)用故障預警子程序。根據(jù)實時監(jiān)測出的結(jié)果,與PLC控制器的閾值進行比較,得到預警報警信號,判斷各類機電設備能否正常工作,及時反饋給井下操作人員和地面監(jiān)測人員,便于維修,提高了設備的工作效率。

        圖1 系統(tǒng)硬件設計圖

        圖2 主程序流程圖

        4 實際應用

        將優(yōu)化后的通風監(jiān)測系統(tǒng)在西山煤電進行應用,采用兩臺防爆抽出式對旋軸流通風機,每個通風機用兩臺電機帶兩個風葉工作,一備一用,正常情況下,一個月倒換一次。通風監(jiān)測系統(tǒng)的主畫面如圖3,主要對通風機運行過程中的風壓、風速、流量、功率以及電機等參數(shù)進行監(jiān)測。通過實時曲線直觀地監(jiān)測同一時間每個監(jiān)測量的對應關系,以及短時間內(nèi)監(jiān)測量的變化情況,及時掌握通風機當前的運行狀況;通過歷史數(shù)據(jù)查看過去一段時間內(nèi),各監(jiān)測量的變化趨勢;通過統(tǒng)計報表將任意一段時間內(nèi),各運行參數(shù)的變化情況以報表的形式顯示出來,便于查看和儲存;通過告警信息快速查找出系統(tǒng)的故障,便于維修和解除故障,提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

        通風監(jiān)測系統(tǒng)自運行以來,通風效率明顯提高,總配風量從3000 m3/min 增加至3350 m3/min,采煤工作面風速由1.3 m/s 增加至 2.1 m/s,掘進工作面風速由0.7 m/s 增加至1 m/s,且隨著風速的增加,工作面的環(huán)境溫度從26 ℃降到23 ℃,工作環(huán)境得到很大改善。

        圖3 監(jiān)測系統(tǒng)主畫面

        5 結(jié)論

        (1)構(gòu)建現(xiàn)場監(jiān)測層、網(wǎng)絡通信層、上位機監(jiān)測管理層三層網(wǎng)絡,以PLC 主控制器為核心,對數(shù)據(jù)進行處理和運算,實現(xiàn)最優(yōu)通風調(diào)節(jié)。

        (2)使用模塊化編程,便于對子程序的調(diào)用,運行監(jiān)測和故障報警子程序,提升井下作業(yè)的安全性。

        (3)通風監(jiān)測系統(tǒng)自運行以來,穩(wěn)定性較高,通風效率明顯提高,總配風量從3000 m3/min 增加至3350 m3/min,采煤工作面風速由1.3 m/s增加至 2.1 m/s,掘進工作面風速由0.7 m/s 增加至1 m/s,應用效果顯著。

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