基于單法蘭液位計的礦用通風(fēng)機監控系統改進(jìn)研究

隨著(zhù)guojia科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，通風(fēng)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(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。本文結合礦用通風(fēng)機監控系統的研究現狀和使用過(guò)程中存在問(wèn)題，從硬件系統和軟件系統方面，對通風(fēng)機監控系統進(jìn)行了優(yōu)化升級設計，并將其在山西陽(yáng)泰集團竹林山煤業(yè)進(jìn)行了應用測試，優(yōu)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(fēng)機監控系統研究現狀分析

早期，國內的通風(fēng)機監控系統主要采用空氣接觸器控制方式，存在結構簡(jiǎn)單、功能單一、故障率高、可靠性差等問(wèn)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(zhù)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(fēng)機監控系統中，有效提高了煤礦的生產(chǎn)效率和安全性，但此控制系統存在價(jià)格高、供貨周期長(cháng)等問(wèn)題，一致被國外廠(chǎng)家所壟斷，嚴重制約著(zhù)國內煤礦自動(dòng)化水平的進(jìn)步。隨著(zhù)技術(shù)的不斷提升，國內學(xué)者也對通風(fēng)機監控系統開(kāi)展了大量的研究。中國礦業(yè)大學(xué)的陳開(kāi)巖等人將通風(fēng)機運行過(guò)程中的各類(lèi)工況因素進(jìn)行結合評估，開(kāi)發(fā)了一套實(shí)用性較強的通風(fēng)機運行狀態(tài)評價(jià)軟件。中南大學(xué)的吳麗春等人選用風(fēng)壓、溫度、風(fēng)速、風(fēng)機啟停狀態(tài)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(shí)現了對通風(fēng)機運行狀態(tài)的實(shí)時(shí)檢測系統。

綜上分析，國內在礦用通風(fēng)機監控系統領(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(fēng)機監控系統的監控性能，已成為國內諸多學(xué)者和煤礦企業(yè)重點(diǎn)研究和考慮的問(wèn)題，這對提升監控系統智能化遠程監控水平和井下作業(yè)安全性具有重點(diǎn)作用。

 

2 監控系統使用中的主要問(wèn)題

結合前文分析，雖目前國內對通風(fēng)機監控系統進(jìn)行了大量的研究，但其在使用過(guò)程中仍存在一定問(wèn)題，主要問(wèn)題為 ：（1）所建立的監控系統僅對井下主要的通風(fēng)量、通風(fēng)壓力等參數進(jìn)行監測采集，監測范圍較窄，理論計算算法較簡(jiǎn)單，偶爾會(huì )發(fā)生誤報、延遲報警等現象，不能較為精準、快速的對通風(fēng)機運行狀態(tài)進(jìn)行監測分析 ；（2）現有的通風(fēng)機監控系統主要還停留在通風(fēng)量監控階段，不能對通風(fēng)機的運行狀況、設備故障等方面進(jìn)行全面檢測和智能處理，自動(dòng)化遠程控制功能相對較弱 ；（3）現有監控系統的數據傳輸時(shí)間較長(cháng)，遠程監控、故障診斷能力較薄弱，無(wú)法實(shí)現自動(dòng)化、實(shí)時(shí)性的數據傳輸，影響了對通風(fēng)機運行狀態(tài)和井下環(huán)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(fēng)機機房，而未與煤礦生產(chǎn)相關(guān)的系統建立密切的通訊，導致企業(yè)不能全局對井下作業(yè)狀態(tài)進(jìn)行監控 ；鑒于以上原因，在現有礦用通風(fēng)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(fēng)機監控系統成為當下發(fā)展的重要方向。

 

3 監控系統優(yōu)化改進(jìn)

3.1 硬件系統優(yōu)化

（1）振動(dòng)變送器選型。由于通風(fēng)機在運行過(guò)程中，轉子、定子等零件之間會(huì )出現摩擦較大、運轉不平衡等問(wèn)題，使通風(fēng)機產(chǎn)生了較大程度的振動(dòng)現象，在該監控系統中需對通風(fēng)機振動(dòng)情況進(jìn)行監測。因此，選用了 TMS-HZD 型的一體化振動(dòng)變送器來(lái)監測通風(fēng)機的振動(dòng)參數。該單法蘭液位計集成了傳統的精密測量電路、振動(dòng)傳感器等，并直接與單法蘭液位計、DC 等系統進(jìn)行連接，采用電磁感應原理來(lái)檢測輸出信號，可更加精que的對通風(fēng)機振動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行檢測，目前，在國內通風(fēng)機監控系統中應用得較為廣泛。其中，該振動(dòng)變送器的電動(dòng)勢計算公式為 ： U = B × L × V 。式中 ： B 為磁感應強度，T ； L 為磁場(chǎng)中線(xiàn)圈的有效長(cháng)度，m ； V為磁場(chǎng)中線(xiàn)圈運動(dòng)的相對速度，m/s。

（2）數據采集卡選型。通過(guò)數據采集卡，可將各傳感器采集的數據信息進(jìn)行收集匯總，并將數據傳遞給計算機監控系統進(jìn)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(jìn)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(diǎn)，可有效快捷的實(shí)現信號的采集，并顯著(zhù)提高了信號的抗干擾能力。

（3）壓力變送器選型。通風(fēng)機在運行過(guò)程中，受井下作業(yè)環(huán)境影響，經(jīng)常受到不同靜壓、動(dòng)壓及全壓的影響，不同的工作壓力直接影響著(zhù)通風(fēng)機的安全工作。因此，選擇通風(fēng)機入口為檢測點(diǎn)，利用壓力變送器對其工作壓力進(jìn)行檢測，并轉換為對應的電信號，以此來(lái)實(shí)現對通風(fēng)機工作壓力的實(shí)時(shí)檢測。其中，通風(fēng)機工作過(guò)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(dòng)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(cháng)等特點(diǎn)，能完全滿(mǎn)足井下通風(fēng)機不同工況下的使用需求。

 

3.2 軟件系統優(yōu)化

（1）主程序控制流程設計。該監控系統中，需對主通風(fēng)機的啟動(dòng)程序進(jìn)行設計。在該程序流程中，shou先，應將地面的進(jìn)風(fēng)口進(jìn)行打開(kāi)，并同時(shí)將井下的風(fēng)門(mén)進(jìn)行關(guān)閉 ；當系統啟動(dòng)后，反之將井下風(fēng)門(mén)打開(kāi)，關(guān)閉地面風(fēng)門(mén)。完成初始化程序后，由于井下通風(fēng)系統中一般包含了 1 號風(fēng)機和 2 號風(fēng)機，為防止兩個(gè)風(fēng)機同時(shí)啟動(dòng)給電網(wǎng)帶來(lái)較大用電沖擊，故采用了先啟動(dòng) 1 號風(fēng)機，在定時(shí)器 T 0 的控制下，30 s 后再啟動(dòng) 2 號風(fēng)機，當兩個(gè)風(fēng)機的控制系統達到一致?tīng)顟B(tài)后，打開(kāi) 1 號、2 號風(fēng)機風(fēng)門(mén)，關(guān)閉地面風(fēng)門(mén)，由此，完成整個(gè)通風(fēng)機系統的高效、安全啟動(dòng)。

（2）自動(dòng)倒換風(fēng)機控制流程設計。在通風(fēng)機實(shí)際工作過(guò)程中，風(fēng)機會(huì )由于井下環(huán)境的特殊性或其他突發(fā)情況而出現不能正常運行的故障，此時(shí)，為保證井下通風(fēng)性能，需及時(shí)啟動(dòng)備用通風(fēng)機開(kāi)始工作，而此倒換風(fēng)機的切換控制則可通過(guò)單法蘭液位計模塊來(lái)實(shí)現。根據自動(dòng)倒換風(fēng)機控制的流程可知，若通風(fēng)機 1 在正常工作過(guò)程中，突然發(fā)生停轉故障，在無(wú)人操作情況下可通過(guò)單法蘭液位計將開(kāi)關(guān)自動(dòng)切換并啟動(dòng)通風(fēng)機 2，同時(shí)，關(guān)閉風(fēng)機 1 的風(fēng)門(mén)，當通風(fēng)機 2 啟動(dòng)后，打開(kāi)其配套的風(fēng)門(mén)和關(guān)閉 2 號地面風(fēng)門(mén)，以此來(lái)實(shí)現井下的持續通風(fēng)功能，保證井下作業(yè)的正常作業(yè)和生產(chǎn)安全。

 

4 現場(chǎng)應用測試

為驗證前文優(yōu)化改進(jìn)的通風(fēng)機監控系統實(shí)際監控效果，將其在山西陽(yáng)泰集團竹林山煤業(yè)進(jìn)行了應用測試。測試結果表明，改進(jìn)后的通風(fēng)機監控系統各項功能運行正常且更加全面，能針對通風(fēng)機運行過(guò)程中出現溫度過(guò)高、電壓過(guò)大、振動(dòng)較強等運行問(wèn)題進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，并在控制中心發(fā)出聲光報警提示。另外，該監控系統存儲了通風(fēng)機運行過(guò)程中的各類(lèi)數據信息，并生成了運行數據曲線(xiàn)圖，可為后期開(kāi)展通風(fēng)機運行情況的數據分析提供有利的數據資源。據煤礦企業(yè)人員介紹，現有煤礦越來(lái)越注重通風(fēng)機監控系統的智能化程度，不斷提升通風(fēng)機監控系統的智能化和遠程監控水平，已成為當下通風(fēng)機發(fā)展的重要方向。

 

5 結語(yǔ)

不斷提升通風(fēng)機監控系統的智能化水平，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，結合礦用通風(fēng)機監控系統的研究現狀和使用過(guò)程中存在問(wèn)題，從硬件系統和軟件系統方面，對通風(fēng)機監控系統進(jìn)行了優(yōu)化升級設計，并將其在淮北煤礦進(jìn)行了應用測試，結果表明，優(yōu)化后的通風(fēng)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(mǎn)足通風(fēng)機井下不同工況的使用需要。不斷對通風(fēng)機監控系統遠程監控水平進(jìn)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。