KJF600矿用通风机在线自动化监控系统的设计

【摘 要】 KJF600矿用通风机在线监测系统作为矿井综合信息系统的重要组成部分，实现了在矿井含尘、潮湿、气流脉动的恶劣环境下通风机性能的在线监测功能，主要用来监测主通风机风压、风量、效率、风机轴承轴温、风机振动、电流、电压、功率、风机开停、反风情况、排风口瓦斯浓度、瓦斯涌出量等主要风机参数。在风机出风口安装传感器、变送器后，风机参数可以直接在地面中心站及管理网络工作站上反映出来，减少了有关的检查和值班人员，帮助领导和调度员及时掌握风机运行情况。对于存在的隐患能够迅速作出处理决策，避免可能发生的事故。通过本系统可以实现矿井通风机风压、风量及其它安全参数的实时在线监测，并能定期核定计算矿井实际需求风量，为确保风机正常运行、保证煤矿安全生产、减员增效提供了新的技术手段。

【关键词】 通风机 在线监测 安全生产

1 引言

矿用通风机在煤矿安全生产中起着举足轻重的作用，其工作性能状况直接关系到矿井下工作人员的人身安全和煤矿企业的生产经济效益。通风机作为“矿井肺脏”主要作用是冲淡、排除井下有毒气体和粉尘，提供足够的新鲜空气，保证不发生瓦斯毒、窒息死亡，维持井下作业人员的正常呼吸。此外，矿用通风机还可保持井下空气的清洁度，防止瓦斯和煤尘的爆炸改善井下作业人员的工作环境。矿用通风机系统运行一旦出现意外状况，将会对井下工作人员的人身安全和正常的煤矿生产造成巨大的威胁。为保障通风机的安全运行，结合最新的传感器技术、软件技术和控制理论，为通风机量身打造了一套专门的在线自动化监控系统——KJF600矿用通风机在线自动化监控系统。

2 系统设计要求

（1）系统组成。系统主要由主机、UPS电源、避雷器、信息传输接口、矿用隔爆兼本安不间断电源、煤矿用负压传感器、风门开关传感器、煤矿甲烷传感器、煤矿用风速传感器、煤矿用设备开停传感器 、电缆、打印机和其他必要设备组成。（2）硬件。中心站采用现在主流技术的通用产品，满足可靠性、可维护性、开放性和可扩展性等要求。（3）主机。地面中心站主机采用工控机。根据煤矿通风机的供电电压，利用现场综合启动柜中的电压互感器引出被测电压信号，连接到安装在KJF-600通风机在线监测装置内部的电压变送器上。（4）振动监测。将振动传感器底座用电焊机焊接在风机外壁上，按照振动传感器的敏感方向安装在底座上，传感器输出的电信号输入KJF-600通风机在线监测装置。（5）温度参数监测。根据煤矿不同通风机已经在轴承和电机绕组上预埋测温元件。选择不同的温度变送器型号和数量。但是要求用户必须要有预埋测温元件；测量范围确定：为了适应主、备用风机温度监测需要，测温范围确定在-50℃～150℃；温度采集模块。根据预埋测温元件的不同，选择温度采集模块，要求高精度、低漂移带有激励电压源驱动电桥的4～20mA变送器，变送器具有非线性补偿，提高测量精度。变送器的输入、输出均用二线连接。温度变送器箱可以接入8组温度传感器，输出8路4～20mA电流信号至温度监测柜。（6）风排甲烷浓度监测。通过连续监测主通风机排出风流中的甲烷浓度可以推算出矿井瓦斯涌出量（在无瓦斯抽放系统矿井）。瓦斯浓度测定采用取样监测方法，在通风机出风口扩散器上安装取样管，用橡胶引压管将通风机出风筒中的瓦斯引到甲烷传感器中的催化元件探头上。（7）风机运行状态监测。运行状态监测包括主通风机设备开停、对旋风机两台电动机旋转方向监测、反风状态监测、风硐风门状态监测等。通风机开停监测：开停传感器选用GKT-L煤矿用设备开停状态传感器2台，分别非电接触卡在主、备用通风机的高压电缆上，通过监测电缆电流，确定设备开停；（8）传输介质。MHYV传输电缆导线截面积为1.5mm2，电缆参数：分布电阻：12.8Ω/km，分布电容：0.06μF/km，分布电感：0.8mH/km，电缆应有安标证并在有效期内。（9）接地措施。系统应有单独接地，不允许与其它系统共地。地面中心站设备的外壳和通讯电缆的屏蔽层应接到安全保护地，接地电阻不应大于4Ω。系统通讯电缆干线的屏蔽层仅允许在地面中心站机房或井口一处可靠接屏蔽地上，决不允许多点接地。（10）软件。使用Windows 2003操作系统，数据库：SQL Server2005，监控软件：KJ628矿井水文监测系统，可靠性高、开放性好、易操作、易维护、安全、成熟。软件有详细的汉字说明和汉字操作指南。

3 基本功能

（1）数据采集、显示。系统具有对矿井总负压；通风机风量；通风机供电电压；通风机电流；通风机供电电压；通风机功率；主、备通风机电机绕组温度、轴承温度；矿井风排瓦斯浓度；通风机开、停状态等数据的采集、显示及报警功能。（2）存储和查询系统具有以地点和名称为索引的存储和查询功能。存储记录：即时将模拟量等存储在磁盘等存储介质上；查询：根据输入的被查询量和查询时间，将查询期间内被查询量显示或打印。（3）显示及打印。系统中心站能显示和打印：各被测量的瞬时值和历史记录显示；分站巡检及传输系统故障状态显示；实时时钟显示；数据报表显示及打印；模拟量历史曲线显示；设备布置图显示。（4）人机对话。系统能用菜单式人机对话方式完成各种功能的操作。（5）设置。在各种显示模式下都有主菜单显示，主菜单包括：系统管理、基础信息、实时在线、数据查询、数据曲线、数据管理、系统帮助等主要功能按钮。（6）快捷方式。在主界面模式下，均可直接进入系统设置、有线监控、站点管理、退出系统等方式。（7）自诊断。系统应具备自诊断功能，当系统中分站等设备发生故障时，分站颜色发生变化报警并记录故障时刻和故障设备，以供查询及打印。（8）数据备份。系统具有数据手动备份功能，采用人工进行进行数据备份。（9）模拟量曲线显示。将模拟量监测值随时间变化的状况用带坐标和实时值的曲线直观地显示出来。在主界面左边表明监测仪或传感器所属矿井、所测站点名称与类别，点击界面左边的站点，则右边自动出现相应的站点曲线图：点击站点时，坐标的纵轴为水位值或流量值，横轴为时间；为便于读值，设置工具条，点击工具栏中各种工具，则可以对图进行放大、缩小、左移、右移、上移，下移、复原的相应操作。

4 结语

该系统实现了大型设备的在线监测、控制和管理，使得矿用风机这一大型重要设备的可靠性、可操作性、可管理性大大提高，可视化、智能化、智能化成为这一大型设备的主要实现模式。该装置可独立成为数字化矿井—矿用通风机智能化监控主控单元。