基于單法蘭液位計的礦用通風機監(jiān)控系統(tǒng)改進研究

隨著guojia科學技術(shù)的不斷發(fā)展，通風機監(jiān)控系統(tǒng)的智能化監(jiān)控水平也得到明顯提升，這已成為煤礦領(lǐng)域重點關(guān)注的問題。本文結(jié)合礦用通風機監(jiān)控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和使用過程中存在問題，從硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)方面，對通風機監(jiān)控系統(tǒng)進行了優(yōu)化升級設計，并將其在山西陽泰集團竹林山煤業(yè)進行了應用測試，優(yōu)化后監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控功能和智能化程度均得到了較大程度的提升。

 

1 通風機監(jiān)控系統(tǒng)研究現(xiàn)狀分析

早期，國內(nèi)的通風機監(jiān)控系統(tǒng)主要采用空氣接觸器控制方式，存在結(jié)構(gòu)簡單、功能單一、故障率高、可靠性差等問題，極易因非正常停電而導致井下的瓦斯?jié)舛壬�高，嚴重影響著井下作業(yè)安全和煤礦生產(chǎn)效率 ；而國外的先金計算機控制技術(shù)被廣泛應用到通風機監(jiān)控系統(tǒng)中，有效提高了煤礦的生產(chǎn)效率和安全性，但此控制系統(tǒng)存在價格高、供貨周期長等問題，一致被國外廠家所壟斷，嚴重制約著國內(nèi)煤礦自動化水平的進步。隨著技術(shù)的不斷提升，國內(nèi)學者也對通風機監(jiān)控系統(tǒng)開展了大量的研究。中國礦業(yè)大學的陳開巖等人將通風機運行過程中的各類工況因素進行結(jié)合評估，開發(fā)了一套實用性較強的通風機運行狀態(tài)評價軟件。中南大學的吳麗春等人選用風壓、溫度、風速、風機啟停狀態(tài)等為監(jiān)控對象，建立了一套綜合性的通訊監(jiān)控平臺和監(jiān)控軟件，實現(xiàn)了對通風機運行狀態(tài)的實時檢測系統(tǒng)。

綜上分析，國內(nèi)在礦用通風機監(jiān)控系統(tǒng)領(lǐng)域的研究相對較成熟，但針對井下復雜的工況環(huán)境，不斷提升通風機監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控性能，已成為國內(nèi)諸多學者和煤礦企業(yè)重點研究和考慮的問題，這對提升監(jiān)控系統(tǒng)智能化遠程監(jiān)控水平和井下作業(yè)安全性具有重點作用。

 

2 監(jiān)控系統(tǒng)使用中的主要問題

結(jié)合前文分析，雖目前國內(nèi)對通風機監(jiān)控系統(tǒng)進行了大量的研究，但其在使用過程中仍存在一定問題，主要問題為 ：（1）所建立的監(jiān)控系統(tǒng)僅對井下主要的通風量、通風壓力等參數(shù)進行監(jiān)測采集，監(jiān)測范圍較窄，理論計算算法較簡單，偶爾會發(fā)生誤報、延遲報警等現(xiàn)象，不能較為精準、快速的對通風機運行狀態(tài)進行監(jiān)測分析 ；（2）現(xiàn)有的通風機監(jiān)控系統(tǒng)主要還停留在通風量監(jiān)控階段，不能對通風機的運行狀況、設備故障等方面進行全面檢測和智能處理，自動化遠程控制功能相對較弱 ；（3）現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸時間較長，遠程監(jiān)控、故障診斷能力較薄弱，無法實現(xiàn)自動化、實時性的數(shù)據(jù)傳輸，影響了對通風機運行狀態(tài)和井下環(huán)境的監(jiān)測 ；（4）由于監(jiān)控系統(tǒng)為一套好立的運行系統(tǒng)，主要安裝在通風機機房，而未與煤礦生產(chǎn)相關(guān)的系統(tǒng)建立密切的通訊，導致企業(yè)不能全局對井下作業(yè)狀態(tài)進行監(jiān)控 ；鑒于以上原因，在現(xiàn)有礦用通風機監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，不斷提升監(jiān)控系統(tǒng)的綜合性能，建立具有故障職能診斷、設備可控化和智能化的礦用通風機監(jiān)控系統(tǒng)成為當下發(fā)展的重要方向。

 

3 監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化改進

3.1 硬件系統(tǒng)優(yōu)化

（1）振動變送器選型。由于通風機在運行過程中，轉(zhuǎn)子、定子等零件之間會出現(xiàn)摩擦較大、運轉(zhuǎn)不平衡等問題，使通風機產(chǎn)生了較大程度的振動現(xiàn)象，在該監(jiān)控系統(tǒng)中需對通風機振動情況進行監(jiān)測。因此，選用了 TMS-HZD 型的一體化振動變送器來監(jiān)測通風機的振動參數(shù)。該單法蘭液位計集成了傳統(tǒng)的精密測量電路、振動傳感器等，并直接與單法蘭液位計、DC 等系統(tǒng)進行連接，采用電磁感應原理來檢測輸出信號，可更加精que的對通風機振動狀態(tài)進行檢測，目前，在國內(nèi)通風機監(jiān)控系統(tǒng)中應用得較為廣泛。其中，該振動變送器的電動勢計算公式為 ： U = B × L × V 。式中 ： B 為磁感應強度，T ； L 為磁場中線圈的有效長度，m ； V為磁場中線圈運動的相對速度，m/s。

（2）數(shù)據(jù)采集卡選型。通過數(shù)據(jù)采集卡，可將各傳感器采集的數(shù)據(jù)信息進行收集匯總，并將數(shù)據(jù)傳遞給計算機監(jiān)控系統(tǒng)進行分析判斷。因此，數(shù)據(jù)采集卡采用了帶有 12 位模擬信號輸入，可對電壓、電流信號進行精que測量的 IPC5488 式采集卡，該采集卡具有采集精度高、響應快、量程款、采集通道多等特點，可有效快捷的實現(xiàn)信號的采集，并顯著提高了信號的抗干擾能力。

（3）壓力變送器選型。通風機在運行過程中，受井下作業(yè)環(huán)境影響，經(jīng)常受到不同靜壓、動壓及全壓的影響，不同的工作壓力直接影響著通風機的安全工作。因此，選擇通風機入口為檢測點，利用壓力變送器對其工作壓力進行檢測，并轉(zhuǎn)換為對應的電信號，以此來實現(xiàn)對通風機工作壓力的實時檢測。其中，通風機工作過程中的全壓計算公式為 P=P 1 +P 2 。式中 ： P 為全壓，Pa ； P 1 為靜壓，Pa ； P 2 為動壓，Pa。

壓力變送器選用了 FL102-A2 型微差壓變送器。該變送器具有檢測精度高、儀器運行可靠、使用壽命長等特點，能完全滿足井下通風機不同工況下的使用需求。

 

3.2 軟件系統(tǒng)優(yōu)化

（1）主程序控制流程設計。該監(jiān)控系統(tǒng)中，需對主通風機的啟動程序進行設計。在該程序流程中，shou先，應將地面的進風口進行打開，并同時將井下的風門進行關(guān)閉 ；當系統(tǒng)啟動后，反之將井下風門打開，關(guān)閉地面風門。完成初始化程序后，由于井下通風系統(tǒng)中一般包含了 1 號風機和 2 號風機，為防止兩個風機同時啟動給電網(wǎng)帶來較大用電沖擊，故采用了先啟動 1 號風機，在定時器 T 0 的控制下，30 s 后再啟動 2 號風機，當兩個風機的控制系統(tǒng)達到一致狀態(tài)后，打開 1 號、2 號風機風門，關(guān)閉地面風門，由此，完成整個通風機系統(tǒng)的高效、安全啟動。

（2）自動倒換風機控制流程設計。在通風機實際工作過程中，風機會由于井下環(huán)境的特殊性或其他突發(fā)情況而出現(xiàn)不能正常運行的故障，此時，為保證井下通風性能，需及時啟動備用通風機開始工作，而此倒換風機的切換控制則可通過單法蘭液位計模塊來實現(xiàn)。根據(jù)自動倒換風機控制的流程可知，若通風機 1 在正常工作過程中，突然發(fā)生停轉(zhuǎn)故障，在無人操作情況下可通過單法蘭液位計將開關(guān)自動切換并啟動通風機 2，同時，關(guān)閉風機 1 的風門，當通風機 2 啟動后，打開其配套的風門和關(guān)閉 2 號地面風門，以此來實現(xiàn)井下的持續(xù)通風功能，保證井下作業(yè)的正常作業(yè)和生產(chǎn)安全。

 

4 現(xiàn)場應用測試

為驗證前文優(yōu)化改進的通風機監(jiān)控系統(tǒng)實際監(jiān)控效果，將其在山西陽泰集團竹林山煤業(yè)進行了應用測試。測試結(jié)果表明，改進后的通風機監(jiān)控系統(tǒng)各項功能運行正常且更加全面，能針對通風機運行過程中出現(xiàn)溫度過高、電壓過大、振動較強等運行問題進行實時監(jiān)控，并在控制中心發(fā)出聲光報警提示。另外，該監(jiān)控系統(tǒng)存儲了通風機運行過程中的各類數(shù)據(jù)信息，并生成了運行數(shù)據(jù)曲線圖，可為后期開展通風機運行情況的數(shù)據(jù)分析提供有利的數(shù)據(jù)資源。據(jù)煤礦企業(yè)人員介紹，現(xiàn)有煤礦越來越注重通風機監(jiān)控系統(tǒng)的智能化程度，不斷提升通風機監(jiān)控系統(tǒng)的智能化和遠程監(jiān)控水平，已成為當下通風機發(fā)展的重要方向。

 

5 結(jié)語

不斷提升通風機監(jiān)控系統(tǒng)的智能化水平，已成為煤礦企業(yè)保證井下生產(chǎn)效率和作業(yè)安全的重要保證。因此，結(jié)合礦用通風機監(jiān)控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和使用過程中存在問題，從硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)方面，對通風機監(jiān)控系統(tǒng)進行了優(yōu)化升級設計，并將其在淮北煤礦進行了應用測試，結(jié)果表明，優(yōu)化后的通風機監(jiān)控系統(tǒng)各項功能更加全面，監(jiān)控精度和智能化程度更高，更能滿足通風機井下不同工況的使用需要。不斷對通風機監(jiān)控系統(tǒng)遠程監(jiān)控水平進行升級提升，對提高井下作業(yè)安全、降低企業(yè)經(jīng)濟支出具有重要意義。