機電設(shè)備光纖測溫在線監(jiān)測系統(tǒng)研究及應(yīng)用

種學(xué)成　李華

摘 要：機電設(shè)備光纖測溫在線監(jiān)測系統(tǒng)通過對機電設(shè)備的溫度進(jìn)行實時在線監(jiān)測與分析，能夠?qū)崟r、客觀的反映機電設(shè)備的運行狀態(tài)和故障程度，避免不必要的停機檢修和盲目大修，節(jié)約人力物力，提高設(shè)備利用率；通過在線故障診斷趨勢分析，發(fā)現(xiàn)一些潛在故障，及早進(jìn)行處理，預(yù)防故障或事故的發(fā)生，確保設(shè)備安全、長期、高效運轉(zhuǎn)。

關(guān)鍵詞：光纖測溫 在線監(jiān)測 本質(zhì)安全 耐高壓 故障診斷

中圖分類號：TM764 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（c）-0009-01

隨著我國煤炭事業(yè)的發(fā)展，煤礦機械化、自動化水平的提高，高產(chǎn)、高效煤礦對生產(chǎn)過程監(jiān)控、全礦井生產(chǎn)安全環(huán)境監(jiān)測、生產(chǎn)過程信息綜合利用等方面的網(wǎng)絡(luò)化、自動化和智能化提出了更高的要求。煤礦電纜、開關(guān)柜、水泵及電機等機電設(shè)備的安全運行對于整個礦井生產(chǎn)及安全的影響越來越大。

由于煤礦的環(huán)境特殊，機電設(shè)備工作環(huán)境惡劣，受到地?zé)?、粉塵、潮濕等影響，且極易遭受外力破壞，一旦出現(xiàn)故障會造成巨大損失，煤礦普遍采用的設(shè)備定期檢修并不能完全避免此類事故的發(fā)生，這就要求能有一種實時監(jiān)測手段來長期監(jiān)測保障設(shè)備安全運行。因此，對井下防爆開關(guān)進(jìn)行精確的、實時的溫度監(jiān)測與報警對于提前發(fā)現(xiàn)安全隱患和及時的采取應(yīng)對措施具有重大意義。

1 系統(tǒng)組成

機電設(shè)備光纖測溫在線監(jiān)測系統(tǒng)采用光纖傳感、光纖通訊技術(shù)，確保系統(tǒng)的先進(jìn)性、可靠性。該系統(tǒng)的主干網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)為光纖，采用工業(yè)以太網(wǎng)交換機進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)由井下和平地兩部分組成；井下部分主要包括光纖光柵溫度傳感器、光纖測溫監(jiān)測分站（光纖光柵解調(diào)模塊、分站解調(diào)軟件）；平地部分主要包括上位機數(shù)據(jù)采集軟件、WEB發(fā)布軟件、數(shù)據(jù)庫等。

2 系統(tǒng)功能

機電設(shè)備光纖測溫在線監(jiān)測系統(tǒng)立足于現(xiàn)有礦井綜合自動化系統(tǒng)，是對礦井綜合自動化系統(tǒng)功能較好的完善和補充，本系統(tǒng)采用國際先進(jìn)的光纖光柵溫度傳感技術(shù)，對煤礦機電設(shè)備的溫度進(jìn)行實時在線監(jiān)測與分析，能夠?qū)崟r、客觀的縱向反映機電設(shè)備的運行狀態(tài)和故障程度，有效預(yù)防故障和事故的發(fā)生，在提高煤礦井下供電安全性能方面具有較好的推廣價值。

3 主要技術(shù)指標(biāo)及主要設(shè)備參數(shù)設(shè)置情況

3.1 主要技術(shù)指標(biāo)

測溫范圍：-20～120 ℃；測溫精度：±2 ℃；溫度分辨率：0.1 ℃；響應(yīng)頻率：300～3000 Hz；鈴聲級：≥95 dB@1 m；使用環(huán)境噪聲≤75 dB；靈敏度：100 mV/Pa@1 kHz；傳輸距離：>10 km。

3.2 光纖多點測溫系統(tǒng)

3.2.1 光纖光柵溫度傳感器

用耐高壓絕緣材料封裝的KBW-90-Z耐高電壓型光纖溫度傳感器已通過中國電力科學(xué)研究院耐110 kV高壓認(rèn)證（可函索）。

溫度傳感器的安裝：①確定溫度測點具體位置；②對測點位置進(jìn)行打磨處理，使測點位置平整、清潔，滿足傳感器安裝要求；③用航空專用膠將傳感器固定在待測點上；④記錄安裝時的溫度和檢測點傳感器波長。

3.2.2 光纖光柵解調(diào)模塊

礦用光纖式溫度測量裝置是系統(tǒng)的核心部件，實現(xiàn)光信號發(fā)生、反射信號的光譜分析、光電轉(zhuǎn)換、信號放大和信號處理的功能，采用電源和數(shù)據(jù)總線的模塊化結(jié)構(gòu)，包括：

開關(guān)電源模塊：把交流127 V電源轉(zhuǎn)換為直流電源。

模擬電源模塊：提供光電探測器和放大器用的高精度直流電源。

光電轉(zhuǎn)換和放大器模塊：內(nèi)置高速高增益光電探測器和放大器、光電探測器的溫度監(jiān)測和控制部件。其功能是把輸入的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并放大到適當(dāng)?shù)碾妷核健?/p>

模數(shù)轉(zhuǎn)換與數(shù)字信號處理模塊：內(nèi)置高性能單片機、高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字信號處理器。其功能是把輸入的模擬電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并根據(jù)上位機的命令換算為原始數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)或背景數(shù)據(jù)。

半導(dǎo)體激光器和控制模塊：內(nèi)置高功率半導(dǎo)體激光器及其驅(qū)動電路、光電探測器的溫度監(jiān)測和控制電路。其功能是實現(xiàn)光信號的發(fā)生和光電探測器的閉環(huán)程序溫度控制。

光纖器件模塊：內(nèi)置光纖濾波器和定標(biāo)光纖段。光纖濾波器的功能是從背散射光信號中提取與溫度有關(guān)的感溫信號和與溫度無關(guān)的參考信號；定標(biāo)光纖段的長度在100 m左右，其溫度由內(nèi)置精密測溫芯片實時監(jiān)測，通過定標(biāo)光纖段測量到的溫度與測溫芯片測量的溫度的比較，來消除系統(tǒng)光源起伏、光電探測器及放大器增益。

符合TCP/IP協(xié)議：TCP/IP以太網(wǎng)接口配備標(biāo)準(zhǔn)的RJ45插座，系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)通訊電纜與以太網(wǎng)連接，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸與監(jiān)測。

3.2.3 分站解調(diào)軟件

分站解調(diào)軟件解調(diào)傳感器信號后把數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，信號檢測顯示傳感器原始信號、波長數(shù)據(jù)、功率等信息，通過查看波形可了解傳感器狀態(tài)。

3.3 上位機數(shù)據(jù)采集軟件

上位機數(shù)據(jù)采集軟件讀取分站數(shù)據(jù)并存儲到本地數(shù)據(jù)庫，可以根據(jù)不同用戶不同權(quán)限建立“系統(tǒng)管理用戶”和“普通用戶”。具有實時顯示、數(shù)據(jù)查詢、報警設(shè)置、參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)設(shè)置等功能。

3.4 WEB發(fā)布軟件

首先獲得上位機軟件服務(wù)器IP地址，就可以在同一局域網(wǎng)內(nèi)任意一臺電腦上通過瀏覽器瀏覽機電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)。在瀏覽器中輸入http：//+服務(wù)器的IP地址；（輸入時注意選擇中文輸入法）如：服務(wù)器的IP地址為：192.168.100.16，則正確格式為：http：//192.168.100.16，回車即可進(jìn)入登錄頁面。

功能說明：系統(tǒng)登錄后界面顯示：左側(cè)為導(dǎo)航菜單欄，列出了軟件的基本功能，包括：實時顯示、數(shù)據(jù)查詢、報表統(tǒng)計、系統(tǒng)管理等功能；右側(cè)顯示各功能頁面。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

通過對超化煤礦井下中央泵房、-300泵房、31泵房的水泵開關(guān)進(jìn)行溫度等安全參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，實現(xiàn)了電力運行設(shè)備的實時在線檢測，通過對設(shè)備實時數(shù)據(jù)的分析和預(yù)測，將故障、事故消除在萌芽狀態(tài)。同時，這些實時數(shù)據(jù)和分析預(yù)測結(jié)果也為實現(xiàn)狀態(tài)檢修、提高檢修效率、降低檢修成本起到關(guān)鍵的作用，為實現(xiàn)變電所和泵房無人值守提供了有力的保證。

5 結(jié)語

機電設(shè)備光纖測溫在線監(jiān)測系統(tǒng)立足高標(biāo)準(zhǔn)、高起點，依據(jù)“國內(nèi)先進(jìn)、實用可靠、科學(xué)經(jīng)濟(jì)”的原則，從裝備現(xiàn)代化、生產(chǎn)自動化、管理信息化入手，提高工作效率，最大程度減少危險環(huán)境下易于遇險人群數(shù)，為實現(xiàn)主要生產(chǎn)系統(tǒng)無人值守目標(biāo)提供了可靠的保障。該系統(tǒng)除達(dá)到生產(chǎn)安全監(jiān)測的目的外，可以最大程度降低礦井機電設(shè)備事故的發(fā)生概率，有效減少事故帶來的經(jīng)濟(jì)損失，確保礦井安全、高效生產(chǎn)，社會效益顯著。

參考文獻(xiàn)

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