煤矿主扇风机在线监测系统改造的研究

摘 要：文章从当前我国煤矿发展中主扇风机运行存在的监控不全，存在巨大的通风安全隐患，选取本矿崔庄风井的风机监测改造为实例，以TF-III型崔庄主扇风机在线监测系统安装调试、运行效果等各方面的改造实施，从而实现老矿井主通风机的现代化，满足现代化矿井生产的要求。

关键词：矿井通风机；在线监测；风机监测改造

1 概述

当前，我国大多数煤矿井的主通风机并没有实现在线监测，无法实现对矿井通风实时监测。现以峰峰集团羊东矿崔庄风机监测改造为例简要说明矿井主风机在线检查系统的实现。

2 设备现状

羊东矿崔庄风井

风机形式：长轴轴流风机（上海鼓风机厂） 数量：2台

风机型号：GAF26.6-16-1.67

负压范围：2628～4000 Pa 流量：148～176.2m3/s

风机调风形式：停机调整风叶角度

风机形式：稀油 （配套油站2个）

配套电机：YR5601-6 异步电动机（湘潭电机厂）

额定功率：1000KW 额定电压：6000V 额定电流：119A

额定转速：989 r/min 功率因数：0.85

启动方式：转子串电抗器

风机在线监测系统：无

3整体改造实施方案

鉴于目前崔庄风井的设备情况，按照煤矿主扇风机运行规程要求及打造数字化矿井的发展需要，均需要增加和完善主扇风机在线监测系统的装备和投入。需要将监测信息上传至矿调度中心，鉴于该风井的地理位置跨越村庄、道路、铁路等设施，不宜采用光缆通讯，采用成熟的点对点无线网络通讯技术，达到对风机检测。

4 TF-III型崔庄主扇风机在线监测系统介绍

TF-III型矿井主扇风机在线监测系统是采用最新技术而设计的第三代主扇风机在线监测系统，编程智能数据采集、工业组态监测和控制、计算机数据库管理、网络通讯等功能为一体。主要功能如下：

4.1 设备监测核心采用西门子系列可编程控制器，结合现场传感器能够快速、准确实时对风机设备运行状态监测，包括温度、压力、流量、振动、电压、电流、功率、电量等重要参数，对运行监测参数进行快速分析处理，发现异常情况及时报警提示，并且按照相关预案执行保护停机、防止造成重大安全事故。

4.2 监控上位机采用2台工业级计算机（工控机），双机冗余设计，可互为备用和同步显示，上位机监控软件平台采用功能强大、稳定可靠的正版ForceControl工业控制组态软件设计开发，具有高性能、高速度、高吞吐量、高可靠性、跨网络系统的开放式数据库，人机界面友好，操作简单，查看方便。

4.3 提供各种运行数据的实时趋势曲线、历史趋势曲线，便于用户进行数据变化分析。

4.4 具有运行报表功能，自动记录、存储各参数运行数据，形成班报表、日报表、月报表等，代替人工抄录，可随时查阅报表历史记录（数据存储时间为一年）。另外提供数据报表转存功能，可选择存储路径、报表时间范围、数据记录间隔等功能。

4.5 自动记录设备运行异常的报警信息和内容，包括报警发生、确认、消失的具体时间等，通过历史报警窗口可进行查阅、浏览和打印。

5 系统基本结构和配置

监控系统由上位机（监控计算机）、PLC控制柜（数据采集和报警控制）、现场传感器及网络功能接口等组成。

5.1监控上位机

监控上位机采用知名品牌工业级计算机，可同时监测两台风机，上位机人机界面采用工业控制组态软件设计开发，接收的数据进行还原显示、存贮、形成报表、实时和历史曲线等，对数据进行分析判断处理等，并联网通讯满足其它监控平台的数据访问。

5.2 PLC控制柜

PLC控制柜核心采用西门子S7-1200系列可编程控制器，可编程控制器包括电源模块、CPU模块、模拟量输入模块、数字量输出模块、以太网通讯模块等，结合现场传感器和其他控制设备分别对风机和附属设备实现逻辑控制和运行参数实时在线监测、报警输出和外部通讯等功能。

5.3 现场传感器

现场传感器主要包括温度传感器、压力传感器、振动传感器、位置传感器等。

主要技术参数：

测量范围： 0 ～ -5Kpa；输出：4-20mADC 二线制

基本误差： 0.25%

工作温度：-20℃-+85℃

长期稳定性：

过载极限：最大额定压力的1.5倍

5.3.1 风量的测量方法

根据空气流动的动力学理论，利用两端面静压变化测定法计算风量，具有测定方法简单、数据稳定、准确的特点，适合进行长期在线风量监测。

5.3.2油压、冷却水压力的监测

采用压力变送器采集油压、冷却水压力，判断供油压力的高低和冷却水进出水压力高低。

6 振动传感器

振动传感器用于测量风机的振幅或振速信号，是监测轴承故障的重要手段之一，一般安装在风机内轴承座体上（或风机机体上），每台风机装有两组（4只）按垂直、水平方向分布的振动传感器。振动传感器有专用配套变送器，将振动信号转换为4-20mA标准信号送入PLC模拟量采集通道。

振动传感器及变送器技术参数：

振动传感器型号：CD-21 C（S）

测量范围：0～500μm；

灵敏度：200mv/cm/s；

横向灵敏度比：

工作环境：温度： -29℃～80℃，相对湿度： 95%不冷凝；

输出电阻：≤500Ω；

最大承受冲击：500m/s2

7 电参数的采集

风机运行的电参数采集采用综合电参数模块实现，该模块是一款性能优异，功能齐全的智能型电参数测量与采集模块，适用于工频三相三线制或三相四线制电路中的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数等信号的测量，采用RS485总线通讯方式，标准MODBUS-RTU通讯规约。

可在市场上购买EDA9033D电参数模块，实现电参数采集的功能。

综合电参数模块主要技术参数：

输入信号：三相交流电压、电流，输入频率：45～75Hz

电压量程： 500V，电流量程： 5A、

通讯输出：RS-485 ，标准MODBUS-RTU通讯规约。

测量精度：电流、电压：0.2级；其它电量：0.5级；

供电电源：DC+10～30V；功耗：

工作环境：工作温度：-20℃～+70℃ 相对湿度：5%～95%不结露

8 系统主要技术参数

・工作输入电源： AC170～250V，控制器电源： DC24V；

・工作环境：环境温度-30℃～60℃，相对湿度：-5%～95%不结露。

・压力信号：测量范围0～-5kPa，0～1MPa，测量精度±0.5%，

标准4～20mA信号

・温度信号：测量范围-20～280℃ 测量精度：±1.0

传感器分度号：PT100

・振动信号：测量范围：0～500μm 测量精度：

9监控界面

9.1运行主界面（见图1）

9.2 查看实时变化曲线、历史曲线和运行工况性能曲线

选择历史数据曲线，双击趋势框，将弹出历史趋势设置画面，选择需要查询的开始时间和结束时间和时间轴范围（横轴），并且可以调整数据轴（纵轴）的数据范围，鼠标拖动游标可了解具体某一点的详细数据。