孫成爾
(西山煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司西山救護(hù)大隊(duì),山西 太原 030200)
西山煤電目前采用兩翼對角式通風(fēng)方式,機(jī)械抽出式通風(fēng)方法,在回風(fēng)井處安裝兩臺防爆對旋式軸流風(fēng)機(jī),由YBF 型電機(jī)驅(qū)動,通過改變風(fēng)機(jī)的葉片角度來調(diào)整風(fēng)量,以滿足各種通風(fēng)需要。對回采工作面的通風(fēng)布置呈U 型,對掘進(jìn)工作面的通風(fēng)采用獨(dú)立的局部通風(fēng),變電所、消防、水倉、水泵房等利用全負(fù)壓進(jìn)行通風(fēng)[1-2]。井下通風(fēng)系統(tǒng)目前通過人工來操作,會使風(fēng)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(yuǎn)程實(shí)時(shí)調(diào)控風(fēng)量功能,在出現(xiàn)緊急情況時(shí)不能及時(shí)采取措施。因而對通風(fēng)安全監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,對各個(gè)用風(fēng)地點(diǎn)的風(fēng)量進(jìn)行按需分配,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化,根據(jù)現(xiàn)場動態(tài)監(jiān)測的實(shí)際情況,合理及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。
通風(fēng)機(jī)中由于轉(zhuǎn)子的運(yùn)動會出現(xiàn)一些振動問題,間接地反應(yīng)到軸承座上,振動會引發(fā)設(shè)備發(fā)熱,進(jìn)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(yùn)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(fēng)機(jī)的前后軸承上分別安裝兩個(gè)傳感器來監(jiān)測軸承座的振動,得到振動參數(shù)。
由于風(fēng)機(jī)磨損等內(nèi)部故障通常會導(dǎo)致通風(fēng)機(jī)電機(jī)軸的溫度過高,風(fēng)機(jī)葉片在電機(jī)軸的運(yùn)轉(zhuǎn)下長時(shí)間工作,使軸的溫度不斷升高,在超過電機(jī)軸所能承受的最高溫度時(shí),便會燒壞電機(jī)。通風(fēng)機(jī)的溫度過高時(shí),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(yīng)用對應(yīng)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(jī)軸的溫度,在電機(jī)軸溫度超過設(shè)定的閾值時(shí),使電機(jī)停止運(yùn)行并報(bào)警,以防電機(jī)被燒壞。
通風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)中對風(fēng)量參數(shù)的監(jiān)測也是十分必要的。在風(fēng)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(gè)點(diǎn)進(jìn)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(fēng)機(jī)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。
在通風(fēng)機(jī)工作過程中,要實(shí)時(shí)監(jiān)測通風(fēng)道中的靜壓力和全壓力,采用鉆孔取壓,在通風(fēng)機(jī)的入口處安裝壓力傳感器,實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)測,將監(jiān)測的各類壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號。
對通風(fēng)機(jī)啟停信號進(jìn)行監(jiān)測主要是對井下各類交流驅(qū)動機(jī)電設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測,將監(jiān)測的信號傳輸給PLC,通過感應(yīng)來測試電纜周圍有沒有磁場,進(jìn)而確定電纜中有沒有電流流過,以檢測設(shè)備的工作狀態(tài)。
根據(jù)實(shí)際工作要求,對通風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。通風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要包括上位機(jī)監(jiān)測管理層、網(wǎng)絡(luò)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(fēng)機(jī)以及通風(fēng)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(jìn)行數(shù)據(jù)處理,然后按照預(yù)先設(shè)定的邏輯運(yùn)算得到最佳通風(fēng)方案,在網(wǎng)絡(luò)通信層作用下傳輸給上位機(jī)監(jiān)測管理層,便于工作人員及時(shí)監(jiān)測井下的通風(fēng)情況[3]。由于井下工作環(huán)境的復(fù)雜性,為了減少干擾,增強(qiáng)通信,提高傳輸效率,采用RS458 通信模塊進(jìn)行差分傳輸。上位機(jī)監(jiān)測管理層就是通過工業(yè)控制計(jì)算機(jī),將井下傳輸?shù)男畔?shí)時(shí)顯示出來,便于監(jiān)測和控制。
通風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)的軟件采用S7-300 進(jìn)行編程[4],整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)軟件由多個(gè)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(kuò)展功能,軟件設(shè)計(jì)的主程序流程圖如圖2。首先對每個(gè)單元進(jìn)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(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí),不斷監(jiān)測通風(fēng)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(fēng)量進(jìn)行邏輯運(yùn)算,并給出最佳通風(fēng)量控制信號,調(diào)用控制方式子程序,控制相關(guān)機(jī)電設(shè)備的動作,調(diào)用風(fēng)機(jī)運(yùn)行監(jiān)測子程序,監(jiān)測通風(fēng)機(jī)和通風(fēng)量的運(yùn)行狀態(tài),判別控制方式以及通風(fēng)量是否在要求范圍內(nèi),調(diào)用故障預(yù)警子程序。根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測出的結(jié)果,與PLC控制器的閾值進(jìn)行比較,得到預(yù)警報(bào)警信號,判斷各類機(jī)電設(shè)備能否正常工作,及時(shí)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(shè)備的工作效率。
圖1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)圖
圖2 主程序流程圖
將優(yōu)化后的通風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)在西山煤電進(jìn)行應(yīng)用,采用兩臺防爆抽出式對旋軸流通風(fēng)機(jī),每個(gè)通風(fēng)機(jī)用兩臺電機(jī)帶兩個(gè)風(fēng)葉工作,一備一用,正常情況下,一個(gè)月倒換一次。通風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)的主畫面如圖3,主要對通風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中的風(fēng)壓、風(fēng)速、流量、功率以及電機(jī)等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測。通過實(shí)時(shí)曲線直觀地監(jiān)測同一時(shí)間每個(gè)監(jiān)測量的對應(yīng)關(guān)系,以及短時(shí)間內(nèi)監(jiān)測量的變化情況,及時(shí)掌握通風(fēng)機(jī)當(dāng)前的運(yùn)行狀況;通過歷史數(shù)據(jù)查看過去一段時(shí)間內(nèi),各監(jiān)測量的變化趨勢;通過統(tǒng)計(jì)報(bào)表將任意一段時(shí)間內(nèi),各運(yùn)行參數(shù)的變化情況以報(bào)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(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)自運(yùn)行以來,通風(fēng)效率明顯提高,總配風(fēng)量從3000 m3/min 增加至3350 m3/min,采煤工作面風(fēng)速由1.3 m/s 增加至 2.1 m/s,掘進(jìn)工作面風(fēng)速由0.7 m/s 增加至1 m/s,且隨著風(fēng)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
(1)構(gòu)建現(xiàn)場監(jiān)測層、網(wǎng)絡(luò)通信層、上位機(jī)監(jiān)測管理層三層網(wǎng)絡(luò),以PLC 主控制器為核心,對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和運(yùn)算,實(shí)現(xiàn)最優(yōu)通風(fēng)調(diào)節(jié)。
(2)使用模塊化編程,便于對子程序的調(diào)用,運(yùn)行監(jiān)測和故障報(bào)警子程序,提升井下作業(yè)的安全性。
(3)通風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)自運(yùn)行以來,穩(wěn)定性較高,通風(fēng)效率明顯提高,總配風(fēng)量從3000 m3/min 增加至3350 m3/min,采煤工作面風(fēng)速由1.3 m/s增加至 2.1 m/s,掘進(jìn)工作面風(fēng)速由0.7 m/s 增加至1 m/s,應(yīng)用效果顯著。