通风机监控系统设计应用

通风机监控系统设计应用

刘伟

身份证号330624198302100936

浙江科贸智能机电股份有限公司

摘要：对矿井通风机的硬件测试系统以及软件数据处理部分进行设计，通过试验验证了矿井通风机监控系统的稳定性和安全性，为矿井通风机的无人化管理打下了坚实基础，提高了矿井通风机运行的安全性和稳定性，为煤炭开采提供了更加安全的保障。

关键词：矿井通风机；监控系统

引言

煤炭在现代能源结构中占据着重要地位，煤炭的开采速度对国民经济的发展同样具有重要的地位。在煤炭生产中大部分均来自地下开采，首先需要考虑的就是开采过程中的安全问题。煤矿井下巷道中通风系统是整个煤矿地下开采的安全保障基础，为井下工作人员提供生命保障。通风机是通风系统的重要设备，在实际运行过程中对通风机的工作参数以及运行状态进行实时监控就显得尤为重要。对井下通风机进行实时监控，时刻掌握通风机的运行状态，防止通风机出现重大故障、不良反应，做到早发现、早预防、早处理，保障煤炭开采工作安全、稳定进行。本文设计了矿井通风机监控系统，从硬件设施与软件设计，最后对整个系统进行测试，能够提高矿井通风机运行的安全稳定性，提高煤炭开采的安全性。

1.通风机概述及监控理论

基础煤矿井下的通风机是以电力作为原动力的装置，通过将电能转换成为机械能带动通风机的扇叶转动，从而实现巷道内气体的流动，实现将巷道内的气体压人或抽出，达到井下气体通风的作用。一般情况下，通风机的工作状态特性是通过流量、风压、通风机功率、转速等参数进行表示的，通过不同的参数表示通风机不同的工况。在不同的工况下，通风机的工作状态也不相同。煤矿井下目前使用比较多的通风机类型主要是离心式通风机和轴流式通风机，这两种通风机虽然结构不同，但是其工作原理都是借助叶轮叶片，将机械能传递到流体，实现流体能量的变化。煤矿井下通风机监控系统是通过对通风机的相关参数进行监控来实现对通风机的运行状态进行分析的。其主要参数有电机轴承温度，通风机风量、压力，电动机输人电压、电流以及电参量以及振动参量。电机的轴承温度是保证通风机能够正常稳定运行的基础，其润滑和散热对运行有着极大的影响，长期处于高温、振动状态下会导致轴承损坏，直接使通风机停机。通风机的风量、风压是衡量通风机运行效果的主要参数，风量、风压必须要达到相应的标准才能够满足煤矿井下的通风需求。电动机的电流、电压通过电流与电压互感器测定来判断电动机的状态。通风机的振动参量是防止通风机内部扇叶在转动的过程中出现负载不均匀或旋转不平衡时对通风机的运行安全产生影响。

2.矿井通风机监控系统硬件设计

矿井通风机监控系统的硬件系统设计直接关系到系统的运行安全性和稳定性，该系统是以工业PLC作为主要核心，利用信号采集装置和传感器，通信装置以及其他配套设备组成的。矿井通风机监控系统硬件组织结构如图1所示。

图1矿井通风机监控系统硬件组织结构

矿井通风机监控系统在进行工作时，其采集数据的准确、精确主要依靠传感器，传感器的选择恰当直接影响着数据监测的精确度，因此要充分考虑传感器的工作环境和性能指标。由于煤矿井下空气中含有的煤尘量大、湿度大等原因，在对其进行风量、风压监测时，首先需要对进人装置的气体进行干燥除尘，本次设计采用的干燥剂为P20s。传感器的选择使用的是JYB-DW微差压变送器和GF性风流压力传感器，两个传感器与引压装置、滤尘干燥器、安全保护阀等连接起来构成整个压力监测系统。大气绝对压力监测采用的是B0807AP电容式绝对压力变送器。煤矿井下温度和湿度的监测方面采用的是KG9301型温湿度组合传感器。矿井通风机的电动机的电参数的监测采用的是EDA9133A综合电力监控模块，实现对定子的电压/流、励磁电压/流、有功功率及无功功率进行监测。轴承振动监测方面选择的为KR-939SB4型一体化四参数组合探头，实现了风机减速器三维振动的监测及内部润滑油温的监测。矿井通风机监控系统中的传感器元件已经选择完成，当传感器的信号由变送器滤波、调试等处理后控制器将命令传送到各个模块，由模块向执行机构进行传送，控制器完成对数据的分析、比较及指令的下达，因此本系统中采用的是S7-200系列PLC可编程控制器。

3.矿井通风机监控系统软件设计

矿井通风机监控系统分为数据信号采集部分、信号转换部分及远程控制部分。其中信号采集部分主要是“2”中选用的传感器对自身监测状态的数据监测，同时将信号传递到PLC模块；信号转换部分采用的是来自局域网的远程请求，并且将传感器传递的数据信号进行分析和比较，最后将得出的命令再由模块装置传递到各个终端执行机构；远程控制模块的目的是工作人员能够在较远的距离对系统内的数据获取或对系统终端动作进行人员控制、调整。矿井通风机监控系统软件部分采用的是Browser/Server三层体系结构，主要是用户界面层、商业逻辑层及数据库服务层，三层分布式结构组建而成。采用C/S结构的局域网网络系统。其中用户界面层实现了用户对人机界面的交互及控制，商业逻辑层接收本地或远程的指令请求，通过数据库进行搜索并将数据查询结果反馈到客户端。装置的通信模块采用的是RS485总线技术。控制器接收来自传感器发送的数据信号，数据信号经过控制器PLC分析后，再通过RS485总线将信号传递到公共控制平台，最后将命令信号传递到对应的执行机构，达到监控的目的。4.矿井通风机监控系统的功能测试

为了保证矿井通风机监控系统能够安全、稳定地应用到矿井通风机中，需要对矿井通风机监控系统进行测试试验。本文的测试试验是利用山西霍州某煤矿井下的西对角风井进行，其设置有两套通风机和电动机，能力相同，均为大型卧式、动叶停车机械式可调通风机。为了保证功能测试能够顺利进行，本次测试任务分为测定组、测压组、测风组、机电参数测定组以及配套联络组等。各组人员分别分配有具体的任务，煤矿工作人员负责对现场继续施工、开关机以及调整角度等。测试试验开始前，首先需要对所有的仪器进行检查和校验，保证各硬件和软件均处于正常状态。现场操作人员需要在保证煤矿井下工作人员通风安全的情况下开展本次试验，本次试验各测量组需要对各个数据进行准确检测，检测过程要严格按照相关要求进行。

结语

矿井通风机作为煤炭开采过程中的主要保障条件，为了保证矿井通风能够在安全、稳定的条件下进行，保障井下工作人员的生命安全，矿井通风机的运行状态必须能够保障。矿井通风机监控系统的设计包括其硬件设计和软件设计，综合实现对矿井通风机的实时监控，将其通过图形等的形式展现出来，能够达到简单易懂、方便快捷的作用。最后通过对系统进行试验，证明了矿井通风机监控系统能够达到相应的监测精度要求。矿井通风机监控系统的应用也能够更加提高煤炭开采过程中的安全性、可靠性，促进煤炭开采过程的自动化，增加煤矿企业的经济效益。

参考文献

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