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基于單法蘭液位計的礦用通風機監控系統改進研究

作時間:2019-09-02  來源:  作者:
   
隨著國家科學技術的不斷發展,通風機監控系統的智能化監控水平也得到明顯提升,這已成為煤礦領域重點關注的問題。本文結合礦用通風機監控系統的研究現狀和使用過程中存在問題,從硬件系統和軟件系統方面,對通風機監控系統進行了優化升級設計,并將其在山西陽泰集團竹林山煤業進行了應用測試,優化后監控系統監控功能和智能化程度均得到了較大程度的提升。
 
1 通風機監控系統研究現狀分析
早期,國內的通風機監控系統主要采用空氣接觸器控制方式,存在結構簡單、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濃度升高,嚴重影響著井下作業安全和煤礦生產效率 ;而國外的先進計算機控制技術被廣泛應用到通風機監控系統中,有效提高了煤礦的生產效率和安全性,但此控制系統存在價格高、供貨周期長等問題,一致被國外廠家所壟斷,嚴重制約著國內煤礦自動化水平的進步。隨著技術的不斷提升,國內學者也對通風機監控系統開展了大量的研究。中國礦業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合評估,開發了一套實用性較強的通風機運行狀態評價軟件。中南大學的吳麗春等人選用風壓、溫度、風速、風機啟停狀態等為監控對象,建立了一套綜合性的通訊監控平臺和監控軟件,實現了對通風機運行狀態的實時檢測系統。
綜上分析,國內在礦用通風機監控系統領域的研究相對較成熟,但針對井下復雜的工況環境,不斷提升通風機監控系統的監控性能,已成為國內諸多學者和煤礦企業重點研究和考慮的問題,這對提升監控系統智能化遠程監控水平和井下作業安全性具有重點作用。
 
2 監控系統使用中的主要問題
結合前文分析,雖目前國內對通風機監控系統進行了大量的研究,但其在使用過程中仍存在一定問題,主要問題為 :(1)所建立的監控系統僅對井下主要的通風量、通風壓力等參數進行監測采集,監測范圍較窄,理論計算算法較簡單,偶爾會發生誤報、延遲報警等現象,不能較為精準、快速的對通風機運行狀態進行監測分析 ;(2)現有的通風機監控系統主要還停留在通風量監控階段,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)現有監控系統的數據傳輸時間較長,遠程監控、故障診斷能力較薄弱,無法實現自動化、實時性的數據傳輸,影響了對通風機運行狀態和井下環境的監測 ;(4)由于監控系統為一套好立的運行系統,主要安裝在通風機機房,而未與煤礦生產相關的系統建立密切的通訊,導致企業不能全局對井下作業狀態進行監控 ;鑒于以上原因,在現有礦用通風機監控系統的基礎上,不斷提升監控系統的綜合性能,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控系統成為當下發展的重要方向。
 
3 監控系統優化改進
3.1 硬件系統優化
(1)振動變送器選型。由于通風機在運行過程中,轉子、定子等零件之間會出現摩擦較大、運轉不平衡等問題,使通風機產生了較大程度的振動現象,在該監控系統中需對通風機振動情況進行監測。因此,選用了 TMS-HZD 型的一體化振動變送器來監測通風機的振動參數。該單法蘭液位計集成了傳統的精密測量電路、振動傳感器等,并直接與單法蘭液位計、DC 等系統進行連接,采用電磁感應原理來檢測輸出信號,可更加精確的對通風機振動狀態進行檢測,目前,在國內通風機監控系統中應用得較為廣泛。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)數據采集卡選型。通過數據采集卡,可將各傳感器采集的數據信息進行收集匯總,并將數據傳遞給計算機監控系統進行分析判斷。因此,數據采集卡采用了帶有 12 位模擬信號輸入,可對電壓、電流信號進行精確測量的 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,受井下作業環境影響,經常受到不同靜壓、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,并轉換為對應的電信號,以此來實現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 軟件系統優化
(1)主程序控制流程設計。該監控系統中,需對主通風機的啟動程序進行設計。在該程序流程中,首先,應將地面的進風口進行打開,并同時將井下的風門進行關閉 ;當系統啟動后,反之將井下風門打開,關閉地面風門。完成初始化程序后,由于井下通風系統中一般包含了 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達到一致狀態后,打開 1 號、2 號風機風門,關閉地面風門,由此,完成整個通風機系統的高效、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,風機會由于井下環境的特殊性或其他突發情況而出現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。根據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,突然發生停轉故障,在無人操作情況下可通過單法蘭液位計將開關自動切換并啟動通風機 2,同時,關閉風機 1 的風門,當通風機 2 啟動后,打開其配套的風門和關閉 2 號地面風門,以此來實現井下的持續通風功能,保證井下作業的正常作業和生產安全。
 
4 現場應用測試
為驗證前文優化改進的通風機監控系統實際監控效果,將其在山西陽泰集團竹林山煤業進行了應用測試。測試結果表明,改進后的通風機監控系統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溫度過高、電壓過大、振動較強等運行問題進行實時監控,并在控制中心發出聲光報警提示。另外,該監控系統存儲了通風機運行過程中的各類數據信息,并生成了運行數據曲線圖,可為后期開展通風機運行情況的數據分析提供有利的數據資源。據煤礦企業人員介紹,現有煤礦越來越注重通風機監控系統的智能化程度,不斷提升通風機監控系統的智能化和遠程監控水平,已成為當下通風機發展的重要方向。
 
5 結語
不斷提升通風機監控系統的智能化水平,已成為煤礦企業保證井下生產效率和作業安全的重要保證。因此,結合礦用通風機監控系統的研究現狀和使用過程中存在問題,從硬件系統和軟件系統方面,對通風機監控系統進行了優化升級設計,并將其在淮北煤礦進行了應用測試,結果表明,優化后的通風機監控系統各項功能更加全面,監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。不斷對通風機監控系統遠程監控水平進行升級提升,對提高井下作業安全、降低企業經濟支出具有重要意義。
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