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關于礦用單法蘭差壓變送器在線監控技術的設計與研究

作時間:2019-09-05  來源:  作者:
   
在礦井中,單法蘭差壓變送器的作用就是保證單法蘭差壓變送器運轉安全,并為井下輸送新鮮的空氣,將污濁氣流與粉塵有效排出。礦井單法蘭差壓變送器在運行期間,存在轉動速度快且生產環境惡劣等問題,因此,其故障發生率也相對較大。一旦礦井單法蘭差壓變送器發生故障,必然會影響礦井井下的生產與安全。由此可見,深入研究并分析礦井單法蘭差壓變送器在線監控技術具有一定的現實意義。
1礦井單法蘭差壓變送器在線監控系統架構設計
現階段,應用于礦山開采中的單法蘭差壓變送器一般會選擇對旋軸流式單法蘭差壓變送器2臺,交流驅動電機4臺,以變頻啟動為主,并基于控制對象對在線監控系統進行設計。在線監控系統的控制核心就是西門子S7-300系列PLC,充分利用工業以太網以及RS485總線技術實現通訊目的。與此同時,選用傳感器,并借助專用軟件對模擬量以及數字量參數進行采集,并在信號處理以及數據運算的過程中,測試單法蘭差壓變送器性能參數,以達到在線監控單法蘭差壓變送器的目的。此后,即可實時監測并分析單法蘭差壓變送器多種工況下的運行參數,及時對可能發生預警的故障進行聲光報警提示,以保證風機運行狀態理想。
此系統能夠按照操作人員指令亦或是控制器既有控制程序,自動化地啟動單法蘭差壓變送器,并實現倒臺與反風等多種操作程序,以免出現誤操作的問題,縮短停機時間與停風時間,以達到無人值守的目標。
2礦井單法蘭差壓變送器監控變量統計與硬件設備型號選型
2.1監控變量統計結果
要想對單法蘭差壓變送器運行狀況進行實時監測,在線監控系統就要具備必要的監控變量。在此系統中,所需4~20mA模擬量的輸入通道是54路,而數字量的輸入通道是16路,4~20mA模擬量的輸出通道是4路,數字量的輸出通道為12路。由此,完成監控系統變量的確定。
2.2硬件設備匹配選型
在監控系統設計過程中,監控系統的核心控制器選擇了西門子S7-300PLC制器,并對單法蘭差壓變送器的在線監控柜配置提出如下標準要求:
DO模塊、電源模塊、AO模塊、CPU模塊、DI模塊與以太網模塊各一個,電流型AI模塊需5個,PT100型AI模塊需3個。其中,DO模塊的作用為對操作臺的狀態進行指示并控制風門、電機的啟動與停止;DI模塊的功能即為采集風門狀態、現場控制箱狀態、操作臺按鈕狀態以及開停傳感器狀態的開關量。此外,AI模塊負責對于多種現場模擬傳感器的采集。
 
3監控系統變量測量的主要方法
礦井單法蘭差壓變送器在線監控系統所需監測變量集中體現在電子軸承與定子溫度、電機電量參數、電機運行狀態、擴散筒差壓、風機軸向與徑向震動烈度、風峒內負壓、風門開關狀態反饋信號等多個方面。其中,擴散筒差壓與風峒內負壓這兩個監測變量與礦井的井下生產狀況存在緊密聯系,所以,需高度重視以上變量監測數值的準確性。
3.1測量風峒內負壓的方法
在線監控系統對礦井單法蘭差壓變送器進行監控,以抽出式通風方式為重點對象。而單法蘭差壓變送器風峒內的平均靜壓就是其總負壓,在對風峒內負壓進行測量的過程中,可通過皮托管以及其他形式靜壓感受管,獲取風峒某一點平均靜壓數值。對于風峒內靜壓,指的就是風流對管壁產生作用的法向壓力數值。因此,要想保證靜壓數值測量的精準性,非常重要的就是選擇非常佳測壓斷面,將測壓管安裝于此斷面處,保證其感受孔的中心線和氣流的方向處于垂直狀態。
在測量靜壓的過程中,可選擇使用差壓變送器。在單法蘭差壓變送器房內已經設置一套對礦井負壓進行測量的水柱壓力計,若取壓管的安裝與標準使用要求吻合,即可對既有引壓管進行使用,按照基本的連接方法對靜壓進行測量。將風峒內靜壓取壓裝置和取壓橡膠管相連,在三通的作用下可細分成兩路。其中的一路需要和單法蘭差壓變送器房內負壓監測水柱計連接,而另外一路則要在過濾器處理以后與靜壓變送器低壓端相連,其高壓端則直接與大氣連接。由此,通過變送器所輸出的4~20mA電信號則為風峒內部相對靜壓數值,從而完成對風峒內負壓的測量。
3.2測量單法蘭差壓變送器排風量的方法
選擇使用在線監控系統測定抽出軸流式單法蘭差壓變送器風量,主要的方法就是落差法。在實際測定的過程中,流體力學落差法需對單法蘭差壓變送器逐漸收縮風道兩端的異徑斷面差壓數值進行測量,并對伯努利方程以及連續方程進行合理運用,非常終完成單法蘭差壓變送器排風量的準確地計算。
要想保證壓力數值測量的精確度,可在實際測量過程中,選擇單法蘭差壓變送器錐形擴散器近距離一大一小斷面,在其上開設靜壓孔,數量為6個,且平均每間隔60°對取壓點進行布置。通過對取壓管的合理運用,即可并聯所有靜壓取壓裝置,并在橡膠管的作用下,向壓差傳感器引入壓力參數,進而對兩斷面差壓數值進行測量。在此基礎上,與伯努利方程、連續方程相互結合,對小斷面平均風速進行計算。其中,主要的計算方法如公式(1)。
 

20190905094925.jpgTh7壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

 
 
在公式(1)中,V為風速,單位為m/s;為空氣密度,單位為kg/m3;A1所代表的是大斷面截面積,單位是m2;A2則表示為小斷面截面積,單位是m2。而P1則是大斷面測量獲取的壓力數值,單位是Pa;P2是小斷面測量獲取的壓力數值,單位是Pa。另外,ζ代表了兩斷面壓力損失系數,而μ為系數。
因此,礦井單法蘭差壓變送器單位時間排風量可表示成。
Q=V2A2(2)
公式:Q所代表的就是礦井單法蘭差壓變送器在單位時間內的實際排風量,單位為m3/h。
 

20190905094940.jpgTh7壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

 
 
4 礦井單法蘭差壓變送器在線監控系統現場應用
近年來,以 PLC 控制技術為基礎設計的礦井單法蘭差壓變送器在線監控系統應用相對廣泛,且在系統設置方面包括就地模式、集中模式與遠控模式三種。通過在多種條件下對在線監控系統加以利用,不僅可以在有人值守的情況下增強隱患識別效果,同樣也能夠與視頻監控相互結合,以達到無人值守的目標。另外,基于 PLC 控制技術的在線監控系統具有實時性特征,可對風機各項運行參數進行在線測量與處理,為礦井單法蘭差壓變送器的完全在線監控提供了必要保障。
通過對礦井單法蘭差壓變送器在線監控系統的科學設計,一定程度上改善了單法蘭差壓變送器的監測現狀,可對設備運行故障隱患予以及時發現,單法蘭差壓變送器安全運行系數明顯提高,促進了礦井的安全生產。由此證實,基于 PLC 控制技術的礦井單法蘭差壓變送器在線監控系統推廣可行性顯著。
 
5 結語
所設計的礦井單法蘭差壓變送器在線監控系統的實際應用,可提供內容豐富的數據信息與圖形,使系統使用者在短時間內對風機運行的狀態加以掌控。與此同時,將風峒內負壓以及單法蘭差壓變送器排風量作為主要測量對象,合理設計準確性較高的測量方法。一旦風機處于異常運行狀態亦或是發生故障,監控系統則可以及時提供報警信號與邏輯控制,使得現場操作工作人員與調度工作人員獲得必要的技術參數作為參考,促進了礦井安全生產,為礦井生產效率的提升奠定了堅實基礎。
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