煤矿主通风机故障诊断与在线监控系统.pdf

科技创新导报 2019 NO.07 Science and Technology Innovation Herald 工业技术 科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald91 DOI 10.16660/ki.1674-098X.2019.07.091 煤矿主通风机故障诊断与在线监控系统① 张会柱1 郭伟柱2 代卫卫2 路娟2 谭成龙1 1.华洋通信科技股份有限公司 江苏徐州 221116；2.山西华晋韩咀煤业有限责任公司 山西临汾 042199 摘 要 介绍了煤矿主通风机故障诊断与在线监控系统设计， 包括系统构成、 系统主要功能、 实施方式和应用效果等， 通过 对煤矿主通风机自动化建设， 实现远程监测、 故障分析、 故障预警， 实现自动与手动两种工作模式， 实现远程与就地两种操 作方式。 控制中心值班人员可通过工控机上位机软件远程完成对通风机的故障诊断和在线监测， 改变了通风机管理和使 用方式， 减轻了煤矿工人的劳动强度， 极大地节省了人力资源和电力资源， 也保障了矿井的安全生产和通风机系统的安全。 关键词 煤矿主通风机 PLC 传感器 中图分类号 TD724 文献标识码 A 文章编号 1674-098X201903a-0091-02 ①基金项目 国家重点研发计划 监管监察信息动态采集可信保障与分析技术及设备 （课题编号 2018YFC0808302） 作者简介 张会柱1982， 8， 男， 汉族， 江苏徐州人， 本科， 工程师， 主要从事煤矿综合自动化、 信息化、 网络通信系统 等调研设计工作。 主通风机是煤矿四大关键设备之一， 是向井下输送新 鲜空气、 排水粉尘和污浊气流的重要设备， 被形象地称为 “矿井的肺腑” ， 其运行状况直接影响到矿井的安全生 产。 同时主通风机也是煤矿生产中使用的大型耗能设备， 建设故障诊断预警和在线监测系统， 可以使主通风机始 终运行在安全高效的工作状态， 保障煤矿井下通风， 保护 井下矿工生命和煤矿财产安全， 降低煤矿主通风机能耗。 1 系统概述 煤矿主通风系统一般选用2台轴流式通风机,一主一 备。 为实现对主通风机运行状态参数全面准确的监测监 控和故障诊断， 提高煤矿主通风系统的可靠性和自动化水 平， 必须建立完善的通风机管理和自动化监控系统。 本文 以某煤矿主通风机自动化监测监控系统建设为例， 介绍了 一种基于冗余PLC控制和大数据分析的主通风机故障诊 断与在线监测系统的实现。 2 系统构成 系统主要由控制中心 （含上位机冗余组态软件系统） 、 PLC控制柜、 传感器、 视频监视系统组成。 2.1 控制中心 建设通风机自动化控制中心， 配置工控机、 硬盘录像 机、 打印机、 声光报警器等。 其中工控机内安装有上位机 开发软件IFix 5.8， 并根据客户需求定制开发通风机故障 诊断和在线监测系统软件。 上位机软件主界面有通风机 运行工况模拟图和实时参数， 完成对系统数据的采集、 存 储及管理， 对历史数据进行对比、 分析， 实现故障诊断和 报警， 并自动发出声光报警。 2.2 PLC控制柜 通风机PLC控制柜设计采用高可靠、 抗干扰能力强的 西门子300系列PLC。 柜内配置两套S7-300PLC模块， 包括 CP341以太网模块、 CP340通讯模块， SM321开关量输入， SM322开关量输出， SM331模拟量输入模块， 除此外还配 置有触摸显示屏、 继电器、 光纤远传模块、 交换机等。 2.3 传感器 配置负压传感器和差压传感器， 用于监测主通风机入 口静压、 全压、 负压等数据； 配置风量传感器， 用于监测通 风机风量； 配置温度传感器用于监测通风机前轴、 后轴、 入口、 电机温度； 配置风门传感器， 用于监测风机的风门 状态； 配置电三相参数采集器， 用于采集通风机的三项电 压、 电流、 功率、 电量参数； 配置振动传感器， 用于采集通 风机在X、 Y方向上的振动值。 风机及关联设备的运行状 态， PLC通过反馈点取信号。 2.4 视频监控 主要包括摄像机、 监视器、 视频服务器、 硬盘录像机 等。 在通风机房电控室、 操作室、 风机室安装数字网络摄 像仪， 通过网线连接到PLC控制柜内交换机上。 控制中心 配置硬盘录像机和显示器， 用于存储和显示视频数据。 3 系统主要功能 主通风机在线监控系统包括设备控制、 状态动态显 示、 数据采集、 超限和故障报警、 历史数据记录和查询功 能、 权限设置及安全、 网络通讯和数据接口等功能。 具体 如下。 （1）设备控制功能。 通风机控制系统分为就地手动控 制、 就地集中控制、 远程控制 （远程控制包括远程手动控 制和远程自动控制） 三种方式， 具有优先级、 级别依次降 低。 就地集控和上位机控制能实现一键式反风和不停风自 动倒台功能。 （2）状态显示功能。 显示主通风机运行工况模拟图， 显示各设备运行状态及各种工况参数。 具体如下 模拟显 示通风机运行工况画面， 包括叶片转动、 风向流动、 电机 转动等； 实时显示主通风机的负压、 前后轴和电机绕组温 度、 电流、 电压、 功率、 效率、 震动等运行数据； 监测通风 机内的甲烷浓度、 一氧化碳浓度、 风速、 风量等气体参数； 以动画方式形象地模拟通风机开、 停状态； 轴流式主通风 下转93页 科技创新导报 2019 NO.07 Science and Technology Innovation Herald 工业技术 科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald93 台操作员PC， 一台双显示监控PC， HMI画面使用RSView 软件， 程序使用STEP7制作。 所有的8台电脑都是使用 Windows XP系统。 系统升级优化后， 主轧线总共有7台研华工控PC， 其中 1台为工程师PC， 装有最新版的西门子STEP7编程软件和 WINCC软件， 以及SQL Server 2008数据库； 1台为IBA服务 器， 装有IBA服务器软件； 1台为IBA客户机， 装有IBA客户 机软件； 1台监控PC， 装有监控画面， 用于实时监控主机的 电流、 速度、 扭矩、 活套高度、 张力等信息； 剩下3台操作员 PC， 装有操作员画面， 可以实时地更改参数。 所有的7台电 脑都是使用Windows 7 64Bit系统,并更新到最新版本。 1.4 IBA监控系统取代原有DAS监控系统 升级前， 系统使用DAS监控系统， 但是DAS监控系统扫 描时间比较长， 而且原有DAS监控系统所能监控的曲线比 较少。 将原有的DAS系统改为了IBA监控系统， IBA是一个 强大的数据收集和处理系统， 整个系统由IBABM-DP总线 采集模块、 IBA采集卡和IBA服务器软件和客户机软件三 部分组成。 相比DAS监控系统， IBA的功能更加强大， 采集 数据的速度可以达到纳秒级， 可以表现出更加细致的图像 曲线， 同时它提供了众多的数据可供分析， 为分析和处理 故障提供了可靠的依据。 2 结语 该项目实施后， 避免了轧机速度不可调、 速度死机现 象； 减少停机时间， 且备件费用降低。 其维护技术自主掌 握、 可自主进行维护； PLC系统控制可使轧机速度控制更 为稳定、 精准、 平滑， 可以随时对相关参数进行更改， 以适 应现场生产的要求， 保证设备正常运行。 改造后备件供应 灵活便捷， 成本低， 通用性好 ， 可灵活配置 ， 改造后接口 开放， 易于进一步优化工艺系统。 系统升级后能够满足现 场棒材生产需要， 为更好的生产提供了有力的保障。 参考文献 [1] 黄升,宇喜福,吕涛. 棒材线新型自动控制模式的探索与 实现[J].科技创新导报,2015,1221217-218. [2] 宋杰.棒材生产线电气传动及自动化控制系统分析[J]. 现代冶金,2014,42361-63. [3] 闵海斌.棒材连轧线自动化控制系统的应用[J].电工技 术,2014349-50. 上接91页 机叶片旋转方向； 风门的开度和关闭状态； 以实时曲线动 态展示通风机的电流、 负压、 轴承及电机绕组温度等监测 数据的变化； 能查询5年内的通风机及关联设备的运行数 据， 并以历史曲线图形显示。 （3）数据采集功能。 入口静压、 全压； 矿井总负压； 通 风机风量； 通风机供电电压； 通风机电机电流、 功率 （前后 级电机分列显示） ； 风机效率； 通风机叶片转动情况； 通风 机前后轴温度和电机绕组温度； 甲烷浓度、 风速和风量、 一氧化碳浓度； 风门开度状态； 矿井的动压、 全压、 静压； 通风机电量监测、 统计； 风机在X、 Y方向上的振动值； 低 压柜运行状态、 运行参数、 远程控制； 具有数据长效储存 功能。 （4）超限和故障报警。 数据自动监测报警， 有动画图 像、 文字窗口、 声音提示。 具备管网压力异常状态下， 文 字、 图像、 声音报警提示信息。 具有电动阀门异常状态下 ， 文字、 图像、 声音报警提示信息。 具备通风机如压差、 温 度、 喘振等自身运行参数的异常报警。 当风机前后轴温度 及电机绕组温度超过预警点时， 通风机意外停止运转时， 主通风机振动情况超过预警点时， 声光报警器启动报警， 工控机弹窗显示报警信息和现场视频画面。 （5）具有故障自诊断功能。 PLC的扫描器和适配器发 生故障时， 系统会通过网络的通讯情况判断故障， 并发出 报警； PLC的I/O模块发生故障时， CPU会通过I/O模块的 状态位侦测到故障及故障内容， 系统会发出报警； 网络发 生断线、 干扰等传输问题时， 网络会自动侦测到， 并发出报 警； 监测传感器或信号线发生断线故障时， PLC通过测量 值判断故障并发出报警。 （6） 历史数据记录和查询功能。 具备历史开停记录、 历史运行工况参数、 历史报警及故障事件记录、 历史用户 操作记录等查询功能。 （7） 多级用户权限及网络安全。 可设置不同的用户的 操作及查看权限。 （8） 网络通讯和数据接口功能。 为用户的数字化信息 平台提供通讯接口， 实现系统的数据共享。 4 结语 煤矿主通风机故障诊断与在线监测系统建成后， 改 变了过去安排监控人员在通风机房值守那种传统管理模 式， 工作方式也由过去工人在现场手动控制设备启停和手 动录入各类设备监测数据， 升级为在监控中心远程一键 实现对主通风机启停控制和在线数据监测管理， 提升了 矿井主通风机装备水平和管理水平， 降低了工人的劳动强 度， 减少了现场工作人员数量， 进一步保障设备安全、 人 员安全及矿井生产安全。 系统创新地增加了故障诊断功 能和数据分析功能， 提示检修工人及时发现故障， 排除故 障， 根据数据分析结果合理使用通风机， 有利于降低主通 风机的运行能耗， 延长设备的使用寿命， 节约了矿井的资 金。 同时也为国内其它矿井主通风机自动化监控系统建设 提供了参考。 参考文献 [1] 李曼,司颉,张锋军.矿井主通风机在线监测与故障诊断 系统[J].仪表技术与传感器,2013162-63,110. [2] 高媛,房利国.煤矿主通风机故障诊断监控系统的设计 [J].煤矿机械,2016,3712144-146. [3] 张建军.煤矿通风机的远程安全监测系统的设计研究 [J].机电信息,20133120-121.