通風子系統(tǒng)

一.1 主通風機在線監(jiān)控系統(tǒng)

一. 系統(tǒng)現(xiàn)狀

通風子系統(tǒng)包含主通風機在線監(jiān)控系統(tǒng)和井下局部通風機在線監(jiān)控系統(tǒng).兩個系統(tǒng)均為本次新建控制系統(tǒng),系統(tǒng)采用西門子PLC作為控制核心,并配備RJ45通訊接口.

根據(jù)現(xiàn)場的環(huán)境和實際硬件配置條件,經(jīng)過分析,可以構(gòu)建自動控制系統(tǒng),實現(xiàn)無人值守.

一. 系統(tǒng)概述

礦井通風機在線監(jiān)控系統(tǒng)是風機的必要配套設備,它對主通風機的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測,并對其運行中出現(xiàn)的各種情況做出迅速合理的處理,為煤礦礦井安全生產(chǎn)、經(jīng)濟合理通風和火災救災通風提供信息依據(jù)和有力措施保障.

本方案設計的主通風機在線監(jiān)控系統(tǒng)能夠提供豐富的數(shù)據(jù),、圖形,、信息,讓用戶迅速了解風機當前的運行狀態(tài),當風機運行狀態(tài)異?；驇Р∵\行時,系統(tǒng)給出可靠的報警信號以及相應的邏輯控制;為操作人員提供技術(shù)參考,有力保障礦井安全,成倍提高煤礦的生產(chǎn)效率.

一. 系統(tǒng)監(jiān)控對象

風機在線系統(tǒng)主要監(jiān)控的對象為:通風機,、驅(qū)動風機的電機,、電機的驅(qū)動裝置(需要預留PLC通訊接口)、風機風門,、通風機的配電設備以及配套管路等的狀態(tài)及參數(shù).

一. 系統(tǒng)組成

風機在線監(jiān)控系統(tǒng)整體設計為三層架構(gòu):信息層(后臺與觸摸屏),控制層(PLC),設備層(現(xiàn)場傳感器,、智能監(jiān)控儀表、綜合保護裝置等).系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)如圖所示.

通風機在線監(jiān)控系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)

控制后臺

在控制箱上配置觸摸屏,就地顯示與控制風機的運行狀態(tài)及參數(shù).觸摸屏為10寸顯示屏,TPC 1062KS觸摸屏支持包括中文在內(nèi)的32種語言組態(tài),適用于多種安裝環(huán)境.屏體鑲嵌于控制機柜前端,安裝觸摸屏之前,需要根據(jù)屏體大小預留窗口.

控制機柜

系統(tǒng)配置西門子S7-300系列PLC作為控制核心,通過配置開關量輸入模塊完成對現(xiàn)場開關量信號的采集;配置開關量輸出模塊完成控制器對風機的邏輯控制,通過配置模擬量輸入模塊對現(xiàn)場模擬量傳感器的值進行采集,通過配置profibus/RS485通訊模塊,實現(xiàn)與現(xiàn)場智能綜合保護裝置,、智能電量采集模塊,、電機驅(qū)動單元等的通訊.

一. 傳感設備

負壓傳感器

負壓傳感器用于檢測主扇風機風筒內(nèi)氣體壓力,選用DPT系列壓力變送器,芬蘭HK儀表單位的DPT系列微差壓變送器體積小巧,性能非常穩(wěn)定,可跳線對量程進行選擇.

差壓傳感器

差壓傳感器和取壓裝置配合使用,用于檢測主扇風機風筒內(nèi)氣體壓力,以便計算風筒風量,差壓傳感器選用DPT系列壓力變送器,芬蘭HK儀表單位的DPT系列微差壓變送器體積小巧,性能非常穩(wěn)定,可跳線對量程進行選擇.

風速傳感器 

GFW15煤礦用風量傳感器是采用超聲波測量原理.主要用于連續(xù)監(jiān)測礦井通風總回風巷、井下主要測風站,、扇風機等處的風速,是礦井通風安全參數(shù)測量的重要儀表.具有紅外遙控調(diào)校功能和調(diào)校簡單的特點.

震動監(jiān)測儀及輔件

震動監(jiān)測儀用于檢測風機風筒的軸向震動和徑向震動幅度,選擇江陰中泰科技單位生產(chǎn)的ZT6305型振動烈度監(jiān)控儀和配套速度傳感器選擇CD-6型.

主要功能:

1. 顯示功能:振動測量值,、Ⅰ值報警,、Ⅱ值報警設定值,可分別在LED數(shù)碼管上顯示;

2. 報警功能:當振動幅度超過報警設定值時,報警指示燈亮,同時在后面輸出開關信號,保護被監(jiān)控設備;

3. 報警延時時間設定功能:報警延時時間調(diào)整范圍0～3秒,以防止現(xiàn)場干擾引起誤報警;

4. 自診斷功能:具備上電、掉電檢測功能,同時斷開報警輸出回路,能有效地抑制儀表的誤報警.

一. 系統(tǒng)原理

1．采用壓力法測定風量原理,在1號和2號通風機的進風巷或擴散器上安裝有取壓管,通過差壓變送器測定擴散筒變異截面壓力差,計算風量;

在礦井風硐中裝有靜壓取壓管,利用壓力變送器可以連續(xù)監(jiān)測礦井總負壓;

3．在1號和2號通風機軸承上和電動機定子繞組上應該預埋有溫度檢測元件,通過安裝在PLC柜中的熱電阻輸入模塊采集溫度信號,當任一個溫度超過設定的溫度報警值時,能夠進行聲光報警;

4．利用設備開停傳感器監(jiān)測礦井1號和2號通風機的開停狀態(tài);

5．通過監(jiān)測礦井總負壓的變化,利用計算機軟件可以判斷礦井反風,、或電動機反轉(zhuǎn)狀態(tài);

6．由安裝在通風機軸承上的振動速度傳感器測定振幅,由振動烈度監(jiān)測儀器轉(zhuǎn)換為振動速度,并以標準電信號輸出給PLC.

一. 測量方法

對現(xiàn)場模擬量以及數(shù)字量的測量的精確度影響到整個系統(tǒng)運行狀況,因此選擇正確的測量方法至關重要,以下簡要的介紹系統(tǒng)中幾個參數(shù)的測量方法:

1．靜壓測量

對于抽出式通風礦井的總負壓的測量就是測定其通風機風峒內(nèi)平均靜壓.測量風峒某點的平均靜壓值,可使用皮托管和各種靜壓感受管.靜壓測量要注意兩個問題:

由于靜壓為風流作用于管壁上的法向壓力值,故測量靜壓值的關鍵在于選擇一個合適的測壓斷面,保證所安裝的測壓管的感受孔中心線和氣流方向垂直.

靜壓取壓管可以用靜壓取壓管,也可以用壁孔方式.

靜壓測量用差壓變送器測量,通風機房現(xiàn)有一套測量礦井負壓的水柱壓力計,如果取壓管安裝滿足使用要求,可以利用原來的引壓管,連接方法見下圖所示.用引壓橡膠管連接置于風硐的靜壓取壓裝置,通過一個三通分為兩路,其中一路連接到通風機房的水柱計上,另一路經(jīng)過過濾器連接到靜壓變送器的低壓端(L)上,變送器高端(H)通向大氣,變送器輸出4～20mA電信號對應風峒中的相對靜壓值.

2．差壓測量及通風機排風量測量

軸流式通風機的風量測定選用落差法.通過測定逐漸收縮風道兩近距離異徑斷面的靜壓差求算風量,在流體力學中稱為落差法.

式中:

A1,、A2:1、2斷面的面積,m2;

P1,、P2:1、2斷面的靜壓,Pa.

ξ兩斷面上的壓力損失系數(shù),由實驗確定(可忽略).

輸入2--2斷面(小斷面)面積,即可計算出主通風機的排風量.

采用落差法的取壓裝置示意圖見下圖所示.由于落差法是測定兩個截面的靜壓差只需要靜壓測頭,靜壓測頭的取壓孔軸線應與風流方向垂直,應避免筒壁面不規(guī)整而形成的渦流區(qū)影響氣流穩(wěn)定.在A,、B二個斷面上的三個靜壓取壓管均呈120度安裝.分別通過三通連接到引壓管上,二根引壓管分別連接在差壓變送器的兩個取壓口上,其中,A斷面引壓管連接在高端.

3．溫度監(jiān)測

通風機出廠時,一般都會在軸承與電機繞組上預埋入測溫元件—PT100,將溫度傳感器的輸出信號連接到PLC熱電阻輸入模塊即可以測量得到主通風機電機軸承與繞組的溫度.

4．風機運行狀態(tài)監(jiān)測

運行狀態(tài)監(jiān)測包括主通風機設備開停監(jiān)測,、反風狀態(tài)監(jiān)測、風硐風門狀態(tài)監(jiān)測等.

通風機開停監(jiān)測:開停傳感器選用KGT9-E煤礦用設備開停狀態(tài)傳感器2臺,分別非電接觸卡在主,、備用通風機的高壓電纜上,通過監(jiān)測電纜電流,確定設備開停.

一. 系統(tǒng)功能

1．通訊與接口功能:系統(tǒng)提供標準的RJ45接口和軟件OPC接口,實現(xiàn)遠程監(jiān)測控制.監(jiān)控中心可通過網(wǎng)絡實時檢查和查閱該該主扇的運行狀態(tài).并提供WEB模式,供內(nèi)網(wǎng)用戶瀏覽.

2．數(shù)據(jù)采集功能:通過配置傳感器或通過將現(xiàn)場設備預配置的傳感器的接入,實時自動監(jiān)測和記錄機房主扇運行時的風量,、負壓、電機溫度,、軸承溫度,、振動、風機開停信號及風門開閉狀態(tài)信號等參數(shù).

3．顯示功能:通過在后臺和現(xiàn)場控制柜上的觸摸屏做畫面,實時直觀地模擬顯示機房主扇的運行狀態(tài)圖,畫面清晰,、直觀.

4．數(shù)據(jù)存儲功能:可存儲和查詢通風機及相關設備的各種監(jiān)測數(shù)據(jù),系統(tǒng)能保存兩年以上的數(shù)據(jù),以便用戶進行數(shù)據(jù)報表打印.

5．數(shù)據(jù)處理功能:并能實現(xiàn)主要監(jiān)測參數(shù)實時曲線和歷史趨勢曲線生成,如通風機的負壓動態(tài)曲線,、風量動態(tài)曲線、電機和軸承溫度動態(tài)曲線,、電機電流動態(tài)曲線,、功率動態(tài)曲線、效率動態(tài)曲線等實時曲線,有利于及時發(fā)現(xiàn)通風系統(tǒng)故障.同時對主要性能參數(shù)生成歷史趨勢曲線.

6,、報表功能:可以生成日報,、月報、年報,為用戶提供數(shù)據(jù)依據(jù).

7．控制功能:系統(tǒng)可實現(xiàn)自動方式,、授權(quán)遙控,、現(xiàn)場集中、就地手動等多種控制方式.

? 自動方式:該控制方式下,系統(tǒng)會根據(jù)現(xiàn)場傳感器采集的數(shù)據(jù),按照編制的邏輯程序,對通風機進行啟動,、停止,、定期輪換、定時反風,、故障報警等操作,無需人為干預.

? 授權(quán)遙控:該控制方式下,可在監(jiān)控中心的組態(tài)畫面上,通過輸入用戶名(該用戶需有此遙控權(quán)限)和授權(quán)密碼,遠程遙控通風機及其相關設備的啟動,、停止、報警等工作.

? 現(xiàn)場集中:現(xiàn)場風機監(jiān)控柜設有觸摸顯示屏,可在風機房現(xiàn)場通過觸摸顯示屏現(xiàn)場集中顯示風機及其相關設備的運行狀態(tài),并對通風機及其相關設備進行控制.

? 就地手動:當監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者檢修時,從機旁手動控制通風機及其相關設備的開停等工作,屬于電氣回路.

8．自動調(diào)節(jié)控制程序具有倒換風機預警,、定時反風預告,、風量調(diào)節(jié)預報三類程序.

9．幫助功能:具有完善的在線幫助系統(tǒng),操作人員可隨時查詢幫助文件,解決操作中遇到的疑難問題.

一.2 局部通風機在線監(jiān)控系統(tǒng)

一. 系統(tǒng)組成

局部通風機在線監(jiān)控系統(tǒng)整體設計為三層架構(gòu):信息層(后臺),傳輸層,設備層(現(xiàn)場傳感器、智能監(jiān)控儀表,、綜合保護裝置等).系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)如圖所示.

局部風機在線監(jiān)控系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu):

控制后臺

監(jiān)控后臺采用綜合智能化軟件平

一. 系統(tǒng)功能

1．通訊與接口功能:系統(tǒng)提供標準的RJ45接口和軟件OPC接口,實現(xiàn)遠程監(jiān)測控制.監(jiān)控中心可通過網(wǎng)絡實時檢查和查閱該該主扇的運行狀態(tài).并提供WEB模式,供內(nèi)網(wǎng)用戶瀏覽.

2．顯示功能:通過在后臺做畫面,實時直觀地模擬顯示局扇的運行狀態(tài)圖,畫面清晰,、直觀.

3．控制功能:系統(tǒng)可實現(xiàn)遠程控制和就地手動兩種控制方式.

? 遠程控制:該控制方式下,可在調(diào)度中心實現(xiàn)局扇的啟停. 

? 就地手動:當監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者檢修時,從機旁手動控制風機及其相關設備的開停等工作,屬于電氣回路.