武建平

（南煤集團南莊分公司， 山西 陽泉 045000）

引言

礦井主通風機是煤礦通風安全的重點監(jiān)控設備，主通風機的正常運行與否關系到煤礦的安全生產(chǎn)。主通風機在線監(jiān)測系統(tǒng)的建立與故障診斷系統(tǒng)完善是關系到通風設備安全運行、礦井生產(chǎn)安全的關鍵，也是礦井實現(xiàn)自動化設備控制的主要步驟。鑒于此，南莊分公司研究應用了通風機在線監(jiān)控及自動化故障診斷系統(tǒng)，用于實現(xiàn)對風機運行工況的實施監(jiān)控，并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行自動化集成分析，實現(xiàn)風機故障的實時顯示，保障了主通風機的安全運行和礦井的安全生產(chǎn)。

1 系統(tǒng)組成部分

通風機在線監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)的主要組成部分包括數(shù)據(jù)監(jiān)測集控系統(tǒng)、傳感器感應元件、顯示器組件（控制顯示機和數(shù)據(jù)處理軟件）三大部分[1-2]。

1）系統(tǒng)的核心組成部分為數(shù)據(jù)監(jiān)測集控系統(tǒng)，以300（AB 1769）系列PLC 控制組件作為主要組成元件，所有模擬量信號采用隔離器進行處理再進入PLC模塊。

2）傳感器感應元件包括電機電量參數(shù)采集元件、風壓測量元件、振動傳感元件。電機電量參數(shù)采用國內(nèi)知名品牌多功能電量儀表采集，配備PROFIBUS DP 總線接口；風壓測量元件采用數(shù)字智能化電容式差壓方式進行檢測；振動傳感元件采用一體式振動數(shù)據(jù)變送器。

3）顯示器組件。配備大容量機箱電源、22 英寸寬屏液晶顯示器、惠普A4 彩色打印機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時顯示和打印。

2 系統(tǒng)特點和主要技術參數(shù)

系統(tǒng)的組成是以PLC 作為核心控制元件，傳感器信號（包括溫度信號、風量風壓信號、風機振動信號等）均由PLC 模塊進行自動化控制，傳感器元件具有防塵抗振效果好、抗干擾能力強、擴展方便的特點。風機運行工況參數(shù)（包括電流、電壓、功率等）通過多功能參數(shù)儀表進行精確測量，通過RS485 即時傳輸，并在顯示屏顯示。系統(tǒng)主要技術參數(shù)如表1 所示。

3 系統(tǒng)主要功能

3.1 基本功能

系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)和狀態(tài)監(jiān)控、遠程控制、無人值守、不停風倒機、故障診斷、信息查詢、數(shù)據(jù)和報表管理、數(shù)據(jù)遠程傳輸八大功能。主要包括以下內(nèi)容：

1）實時監(jiān)測主通風機全壓、靜壓、全壓效率、靜壓效率、風量、出口風速、垂直振動、水平振動。

2）實時監(jiān)測電機參數(shù)：包括三相電流值、電壓值、功率因數(shù)、每相繞組溫度、軸承兩端溫度[3]。

3）實時監(jiān)測主通風機配套電控設備的運行狀態(tài)、配套蝶閥或者風門的開、關信號。

4）主通風機運行狀態(tài)監(jiān)測，實時監(jiān)測內(nèi)容包括開停機信號、風機正反轉(zhuǎn)信號、風機故障信號，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)自動化實現(xiàn)主通風機正常狀態(tài)下啟停、反風的控制，實現(xiàn)在不停風狀態(tài)下完成倒機功能。

5）根據(jù)型號實現(xiàn)控制主通風機配套電控合分閘、配套蝶閥或者風門開關閥、變頻器遠程設定頻率。

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6）根據(jù)型號實現(xiàn)無人值守功能（一鍵式倒換風機、故障自動倒機、停機自動倒機、電源自動切換）。

7）根據(jù)型號實現(xiàn)故障診斷功能（集數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)測、實時報警、振動分析、綜合評價、專家診斷、大數(shù)據(jù)預警、報表統(tǒng)計，向最終用戶及時提供設備當前的健康狀況及運行趨勢等）。

8）可擴充接口，測量入口空氣溫度、濕度、瓦斯?jié)舛?、CO 濃度等其他參數(shù)。

9）實時依據(jù)風機運行工況實現(xiàn)報警信息的即時顯示、歷史報警信息自動存儲，通過歷史報警窗口可進行查閱、瀏覽和打印。自動記錄通風機的監(jiān)測參數(shù)，自動生成報表，提供歷史數(shù)據(jù)的查詢、打印功能[4-5]。

10）配備工業(yè)以太網(wǎng)交換機，預留多個太網(wǎng)接口，方便數(shù)據(jù)遠程通信。

3.2 重點功能并舉例說明

3.2.1 數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控和顯示功能

該系統(tǒng)實現(xiàn)動畫模擬風機運行工況和通風構筑物的啟閉狀態(tài)，并把監(jiān)測數(shù)據(jù)自動化匯總并形成工況運行參數(shù)曲線圖（包括風壓- 時間曲線圖、溫度- 風壓曲線圖、功率- 時間曲線圖、流量- 風壓曲線圖等），例如在線監(jiān)控系統(tǒng)顯示的1 號風機的風壓實時曲線如圖1 所示。通過分析曲線的的狀態(tài)趨勢，可以明確地判斷風機運行工況和狀態(tài)。各種監(jiān)測數(shù)據(jù)（包括風機電流電壓、風壓風量風速、軸承溫度、振動參數(shù)等）及時存儲2 年，該存儲數(shù)據(jù)可以根據(jù)需要生成數(shù)據(jù)報表或者運行曲線圖，用于指導強化通風機的技術管理工作[6-7]。

圖1 1 號風機的風壓實時曲線圖

3.2.2 事故報警及追憶功能

風機運行出現(xiàn)故障時，該系統(tǒng)通過自動分析振動、溫度、電流等相關參數(shù)進行預警，并在界面進行即時顯示和提醒。系統(tǒng)自動及時記錄故障的日期、維修時間等技術參數(shù)，故障數(shù)據(jù)備存時間為5 年，出現(xiàn)故障后可直接調(diào)用類似故障處理方式、處理時間等記錄，為風機故障的快速排除提供依據(jù)[8]。

3.2.3 遠程控制功能

控制主通風機供電系統(tǒng)柜的正常合閘、分閘，變頻器的遠程頻率給定，電動風門或者蝶閥的開閥關閥控制，風機的啟停止、礦井需返風時的自動倒轉(zhuǎn)反風。帶有無人值守型號系統(tǒng)，實現(xiàn)無人值守狀態(tài)下礦井主通風機的自動控制功能。有值班人員時可以在控制中心點擊相關控制按鈕，按照操作規(guī)程操作，控制對應設備動作，無人值守時，通過設置相應的自動控制功能，實現(xiàn)風機在無人值守狀態(tài)下，出現(xiàn)風機故障時，風機能自動進行切換，保證礦井的通風的連續(xù)性、安全性。

4 系統(tǒng)常見故障及維修措施

4.1 電壓、電流顯示故障

風機的電壓是把電控柜內(nèi)電壓通過多功能電量參數(shù)儀以RS485 總線傳輸?shù)奖O(jiān)測柜PLC 上。該儀表可以直接顯示三相電壓電流值。

如監(jiān)測主畫面出現(xiàn)電壓、電流顯示故障，多是由于電機的單相電壓與該相電流不同相所致，需檢查確認監(jiān)測柜門上“1 號電機參數(shù)”顯示電壓或者電流數(shù)據(jù)前是否有“-”，有“-”則需分別檢查調(diào)整電機的三相電壓與三相電流的相序，當調(diào)整相序一致時，電壓、電流顯示故障自動消失[9]。

4.2 振動顯示故障

振動傳感器同于采集電機或者風機振動頻率信號，并通過監(jiān)測柜TD2 端子輸出檢測信號，經(jīng)由8 號PLC 模塊輸出DC 4～20 mA 信號。

如出現(xiàn)振動顯示故障，多是由于傳感器是松動或線路故障所致。檢查步驟為：首先重點檢查振動傳感器是否有松動，若無松動可基本確定是線路故障；其次，檢查線路是否浸水或者短路故障；若是該兩項檢查均為出現(xiàn)問題，則是由于傳感器和變送器自身故障，及時更換傳感器進行測驗。

4.3 風壓風量顯示故障

風機風壓數(shù)據(jù)通過差壓變送器形成檢測信號，輸出的故障信號進入8 號PLC 控制模塊。差壓變送器的輸入壓力0～5 kPa，輸出信號DC 4～20 mA，通常安裝在監(jiān)測柜的底部。

如出現(xiàn)風壓風量顯示故障，首先須檢查確認引壓管道的完好性，核實各連接部位是否有堵塞、泄漏、脫落，再檢查差壓變送器的的接入電源是否為DC 24 V。如果上述兩項檢查內(nèi)容無問題，則多是由于差壓變送器損壞所致，須更換差壓變送器。需注意：反風時，必須將塑料管接入差壓變送器的“H”端（風機正轉(zhuǎn)時接“L”端），否則風壓、風量故障，極易導致差壓變送器的損壞。

4.4 故障報警燈的注意事項

在排除故障的時候，斷開QF5 可以關閉頻閃警示燈，但監(jiān)測柜門上的黃色“故障指示”燈一直亮，直到故障排除后，柜門上的黃色燈才熄滅，重新合上QF5，頻閃警示燈將不發(fā)出聲光報警。

5 結(jié)語

南莊分公司研究應用了通風機在線監(jiān)控及自動化故障診斷系統(tǒng)以來，系統(tǒng)實現(xiàn)對風機運行工況的即時監(jiān)控，尤其是該系統(tǒng)具備的數(shù)據(jù)實時監(jiān)控和顯示功能、事故報警及追憶功能、遠程控制功能，實現(xiàn)了礦井主通風機的自動化管理運行，有效降低了風機故障率，保障了礦井安全生產(chǎn)，同時達到了減員增效的效果。