礦用主通風(fēng)機(jī)智能化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用分析

于鵬飛

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)白洞礦業(yè)公司， 山西 大同 037031）

引言

礦用通風(fēng)機(jī)是煤礦重要通風(fēng)設(shè)備，主要為煤礦井下供給新鮮風(fēng)流，并及時(shí)排除井下有害氣體及粉塵，所以通風(fēng)機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)煤礦安全高效生產(chǎn)起著重要作用。通風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中主要采用監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)、運(yùn)行工況以及故障情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，但是傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)多采用單參數(shù)預(yù)警，系統(tǒng)故障率高，風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障后無(wú)法及時(shí)預(yù)警，影響著礦井風(fēng)機(jī)穩(wěn)定性運(yùn)行，因此，基于傳統(tǒng)局部通風(fēng)機(jī)單參數(shù)監(jiān)測(cè)存在的問題，設(shè)計(jì)了一套主通風(fēng)機(jī)智能化監(jiān)控系統(tǒng)并展開應(yīng)用分析。

1 風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的

通過現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)礦用通風(fēng)機(jī)主要故障表現(xiàn)在軸承故障、扇葉故障、轉(zhuǎn)子故障等，這些故障主要出現(xiàn)在風(fēng)機(jī)電機(jī)以及旋轉(zhuǎn)部位上，所以對(duì)該區(qū)域需重點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控；所以智能化監(jiān)控系統(tǒng)必須能夠?qū)χ黠L(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障后必須及時(shí)發(fā)出警報(bào)；同時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)對(duì)風(fēng)機(jī)工況參數(shù)進(jìn)行收集、儲(chǔ)存，便于監(jiān)控人員調(diào)閱查看[1-2]。

1.2 系統(tǒng)主結(jié)構(gòu)

優(yōu)化后的智能監(jiān)控系統(tǒng)主要由主機(jī)系統(tǒng)、PLC控制器、傳感器、智能電表、電機(jī)以及變頻器等部分組成；系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)通過傳感器對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集后的數(shù)據(jù)通過I/O 轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的信號(hào)發(fā)送至PLC 控制器內(nèi)，然后通過智能電表和變頻器等經(jīng)TCP/IP 協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控系統(tǒng)的主機(jī)系統(tǒng)內(nèi)，并利用顯示器進(jìn)行顯示，從而便于操作人員遠(yuǎn)程對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況、故障情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控[3]。

2 監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 傳感器

風(fēng)機(jī)智能化監(jiān)控系統(tǒng)中傳感器是整個(gè)系統(tǒng)重要組成，主要用于對(duì)風(fēng)機(jī)工況情況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；傳感器主要包括風(fēng)量傳感器、風(fēng)壓傳感器、溫度傳感器、振動(dòng)傳感器以及智能電表，分別用于風(fēng)量、風(fēng)壓、電機(jī)溫度、風(fēng)機(jī)震動(dòng)情況以及電壓電流等進(jìn)行采集[4]，各類傳感器主要安裝在風(fēng)機(jī)機(jī)身主要部位上，具體安裝位置如圖1 所示。

圖1 主通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)各類傳感器安裝示意圖

2.2 PLC 控制器

PLC 控制器是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件，控制器主要對(duì)各類傳感器上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析以及處理，并對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出保護(hù)指令，實(shí)現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作；同時(shí)PLC 控制對(duì)上傳的數(shù)據(jù)整理后，通過以太網(wǎng)及TCP/IP 通信協(xié)議將各類數(shù)據(jù)上傳至遠(yuǎn)程主機(jī)系統(tǒng)內(nèi)，便于操作人員調(diào)閱[5-6]。

2.3 變頻器

變頻器主要對(duì)風(fēng)機(jī)電機(jī)進(jìn)行控制，變頻器利用變頻技術(shù)以及微電子技術(shù)對(duì)電機(jī)電源頻率進(jìn)行控制，從而達(dá)到對(duì)風(fēng)機(jī)電機(jī)調(diào)速的目的；電機(jī)運(yùn)行過程中變頻器通過AC/DC 和DC/AC 雙向轉(zhuǎn)換后，從而保證電機(jī)無(wú)極調(diào)速，電機(jī)頻率變化值由PLC 控制器進(jìn)行控制，如圖2 所示。

圖2 智能監(jiān)控系統(tǒng)中變頻器接線示意圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 PLC 控制程序設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)PLC 控制程序主要在STEP7-Micro/WIN SMART 環(huán)境中進(jìn)行編寫，從而實(shí)現(xiàn)PLC 控制器能夠完成數(shù)據(jù)采集、處理以及處理后的數(shù)據(jù)能夠上傳至出控制繼電器、變頻器；PLC 控制器利用傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過移動(dòng)字指令、雙整數(shù)轉(zhuǎn)為浮點(diǎn)數(shù)指令DIR 等；如風(fēng)量傳感器對(duì)風(fēng)量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集后傳送至PLC 內(nèi)并進(jìn)行儲(chǔ)存，PLC 對(duì)數(shù)據(jù)處理后上傳至上位機(jī)并顯示風(fēng)機(jī)風(fēng)量數(shù)值；開關(guān)量狀態(tài)主要包括開和關(guān)，代表控制器件的通斷情況；模擬量輸出后通過變頻器精確計(jì)算后得出參數(shù)值[7-8]。

3.2 系統(tǒng)通信方式

智能監(jiān)控系統(tǒng)PLC 控制器采用網(wǎng)絡(luò)接口與組態(tài)網(wǎng)進(jìn)行連接，系統(tǒng)配備了建立連接的專用OPC 專用軟件，以及專用文件主要包括PLC 變量文件、開關(guān)量以及對(duì)應(yīng)地址等；在通信過程中OPC 專用軟件中變量對(duì)應(yīng)類型必須與組態(tài)網(wǎng)變量一致，才能保證數(shù)據(jù)讀取以及輸出時(shí)不會(huì)出錯(cuò)。

3.3 遠(yuǎn)程界面顯示設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)顯示界面不僅能夠直觀地顯示主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀況，便于監(jiān)控人員遠(yuǎn)程對(duì)通風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)監(jiān)控人員可根據(jù)井下傳輸?shù)谋O(jiān)控?cái)?shù)據(jù)以及變化趨勢(shì)，及時(shí)對(duì)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況參數(shù)進(jìn)行修改，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的；遠(yuǎn)程界面顯示的內(nèi)容主要包括風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況、通風(fēng)量、風(fēng)壓、風(fēng)速以及進(jìn)風(fēng)閘門開啟情況等；監(jiān)控人員可根據(jù)主界面中的按鈕完成監(jiān)控界面的切換，并對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行各類報(bào)表進(jìn)行打印。

4 結(jié)語(yǔ)

2020 年7 月白洞礦對(duì)井下主通風(fēng)機(jī)原監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，安裝了一套智能化遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)通，通過6 個(gè)月實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，該系統(tǒng)投入使用后運(yùn)行穩(wěn)定，故障率低，數(shù)據(jù)傳輸及時(shí)且精準(zhǔn)度高；系統(tǒng)在運(yùn)行過程中共計(jì)檢測(cè)到風(fēng)機(jī)故障4 次，其中風(fēng)閘門故障1 起、電機(jī)高溫停機(jī)2 起以及風(fēng)量不足故障1 起，未出現(xiàn)1 起因系統(tǒng)故障失靈、監(jiān)測(cè)失誤造成風(fēng)機(jī)故障停機(jī)現(xiàn)象；而且該系統(tǒng)投入應(yīng)用與傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)相比，系統(tǒng)維運(yùn)人員由原來(lái)的4 人減少至2 人，降低了系統(tǒng)維護(hù)勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，大大提高了主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率，保證了煤礦進(jìn)行供風(fēng)穩(wěn)定性。