煤矿主扇风机在线监控系统.pdf

． 电气 技术与 自动化 张永艳 煤矿 主扇 风机 在线监控 系统 煤矿 主扇风机在 线 监控 系 统 张永艳 黑龙江科技 学院 电气与信息工程学 院，黑龙江 哈尔滨 1 5 0 0 2 7 摘要 煤矿主扇风机在 线监控 系统采用上位机和 下位机 的模式 。下位 机采 用操 作 简单、 性 能 可靠的可编程序 控制 器 P L C 采集主扇风机 的各个参数 并进行显 示报 警等 控制 。为 了保证风 机监测 系统的可靠性和 实时性 ， 开发 了一套基 于 V C 和 S Q L S e r v e r 上位 机监 控 系统。监控 软件 系统和数据采集与处理的硬件系统通过 R S - 4 8 5总线连接。计算机 网络 中的其他计算机 也 可以通过监控主机的转发看 到风机 的监控 界面。 关键词 可编程序控制 器； 主扇风机 ； V C 中图分 类号 T K 8 3 ； T M9 2 1 文献标志码 B 文章编 号 1 6 7 1 - 5 2 7 6 2 0 1 1 0 5 - 0 1 3 9 - 0 3 On l i ne M o n i t o r i ng S y s t e m o f M i ne M a i n Fa n ZHANG Yo ng y a n C o l l e g e o f E l e c t r ic a l a n d I n f o r ma t io n E n g i n e e r i n g ，H e i l o n g j i a n g U n iv e r s it y o f S c ie n c e a n d T e c h n o l o g y ， H a e r b i n 1 5 0 0 2 7 ，C h i n a Abs t r a c t Up p er c o mp u t er an dl o wer co mpu t e rmo d ei s u s edi n o n- l i n emo nit or i n g s y s t e m o fmi n emai nf an ． Th e s i mp l e， r e l iab l e PL C is u s e d in t h e l o wer c ompu t er t o c a p t u r e t he v a r i o u s pa r ame t e r s o f t h e main f a n a n d t he alar m a n d c o n t r ol ar e d i s p l a y e d t o e n s ur e t h e f a n mo nit or i n g s y s t e m r e l ia b i l it y a nd r e al- t i me． Th i s p ap e r d ev e lop s a up p er c omp u t e r c o n t rol s y s t em b a s e d on VC an d SQL Se r v er ．I t s mon i t o r i n g s o f t wa re s y s t em，d a t a a c qu i s it i o n an d p roc e s s i n g h ar d wa r e s y s t em a r e c o n ne c t e d t hrou g h RS- 4 8 5 b u s．Ot he r c omp u t e r s|n t h e c o mpu t e r n e t wor k ． ca n a l s o b e t r an s mit t e d by mo nit or i n g t h e h o s t t o s e e the f a n c o n t r ol i n t erl a c e． Ke y wor ds PL C；mi n e ma i n f a nVC 0 前言 根据煤矿企业的生产特点 ， 风井两 台主扇风机是全 矿 生产中的特大型重要负荷关键设备， 担负着向矿井井下输 送新鲜空气、 排出有害气体、 保障矿井安全生产的重任； 同 时， 由于主扇风机处于污浊的气流中， 工作电压较高， 电流 较大， 出现故障的概率也较大， 它们是隐性的， 不可预测的， 对生产存在严重的威胁。这些存在的故障隐患严重影响到 全矿运行的经济性和安全性。因此， 设计一套功能完善、 安 全可靠 、 操作方便的矿井主扇风机在线监控系统 ， 控制主扇 风机的运行 ， 并对各项参数和运行特性进行及 时、 准确地监 测， 对保障矿井安全和提高经济效益有着重要的意义。 1 系统功 能 风机在线监控系统的监测对象为 煤矿 2台主扇风机 机组 。 本系统重点研究 煤矿通 风机 的远程 安全监 测技 术 的 理论与实验验证方面的问题。系统主要完成数据处理、 存 储、 查询及状态显示等工作 ， 并与上层网络及 I n t e r n e t 联 网， 实现设备远程状态监测、 信号分析于一体的设备综合 管理系统 J 。 该系统由以下几部分组成 1 参数采集部分 ； 2 信 号转换部分 ； 3 数据处理部分； 4 显示输出部分。 其中数据处理部分、 显示输出部分主要 由 P L C控制 器来完成。 主要监测参数 1 实时监测风机性能参数 静压、 全 压 、 效率 ； 2 实 时监测 风机 风量 、 人 口温度 ； 3 实时监测 电动机运行电流 、 电压、 功率； 4 实时监测风机、 电动机的 轴承温度、 电动机绕组温度 ； 5 实时监测电动机轴振动。 系统总体框图见图 1 J 。 风机监控主机 图 1 系统总体框 图 作者简介 张永艳 1 9 8 3 一， 女 ， 黑龙江 双鸭山人 ， 硕士研究生 ， 研究方向为控制理论与控制工程 。 Ma c h in e B u i M i n g 8 A u t o m a t io n ，Oc t 2 0 1 1 ， 4 0 5 1 3 9～1 4 1 1 3 9 电气技术与 自动化 张永艳 煤矿 主扇风机在线监控 系统 2 硬 件设计 系统由P L C测控系统、 高压配电系统、 通信系统以及 工控 机组成 。系 统 以西 门子 S 7 3 0 0为 核心 ， 包 括 温度 传 感器、 风压传感器、 振动传感器、 电流变送器、 电压变送器、 位移传感器 测风门角度 等， 采集风机运行控制的相关 参数， 处理并上传至服务器端 ， 由 V C 开发的客户端处 理 ， 存入 S Q L数据库 ， 实现实时监控 、 实时报警和绘制 日 报表、 动态趋势曲线等。 P L C系统主要完成 数 据采集 和 风机启 停控 制 。风 机 的启停控制有 自动和手动两种操作 模式 ， 有相 应的选择开 关 用 以切换 。 自动模 式 由监 控计 算 机 向 P L C发 出指令 ， 再由P L C根据逻辑程序实现相应动作； 手动模式则是通 过风机和风门设备旁的控制箱按钮控制风机的启停和风 门的开合， 处于手动状态时， P L C的输出控制信号被封锁 ， 此时 P L C只有数据采集功能。自动控制模式有 2种操作 方式 单机运行 只启停一台电动机 、 双机运行 顺序启 停两 台电动 机 。 1 电参数。传送的电参数有电动机的电流、 电压、 功 率、 功率因数等。选用精度高、 可靠性好的电量采集模块 将来 自电压 、 电流互感器二次侧的电压 、 电流换成标准电 信号接人 s 7 ． 3 0 0 。 2 振动信号。系统要求两台风机的水平与垂直振动 烈度， 选用防爆型振动传感器， 输出 4 2 0 mA电流信号， 接入 s 7 ． 3 0 0模拟模块。当风机主轴承振动大于 1 ． 6 mm ／ s 时报警 ， 大于4 ． 3 mm ／ s 时跳闸停机。 3 轴温测量。连续监测风机工作时的轴承温度和电 动机 的轴 承温度 ， 也是风机监测一项重要 任务 。电动机轴 承 温度 和风机轴 承温度 的感知元 件为在 电动机 出厂 时预 埋的P T 1 0 0铂热电阻， 并以三线制的方式引出风机机体处 接 线盒 内 。 4 负压和风量参数。根据 煤矿用主要通风机现场 性能参数测定方法 MT 4 2 1 ． 1 9 9 6 ， 中华人民共和国煤炭工 业 部 1 9 9 6 1 2 - 3 0批准 ， P 1测点布置在一级 风机环形 断面 ， 水平、 垂直的两条直径与硐壁和芯筒外缘的交点 a ， b ， c ， d ， e ， g， h处 ， 见图 2 ； P 2测 点布置 在连接 风筒 圆形 断面 ， 水平、 垂直的两条直径与硐壁的交点 。 ， b ， c ， d处， 见图3 ； 图 2 P l测点布置 图 3 测点布置 负压由风压传感器直接测得风量由负压计算得到 q 。 式 中 。 ， 风机机体 的两处截 面积 ； P ， P 2 两截面处 的负压 ； p 空气密度 ㈨ 。 1 40 3 软件 设计 该 系统 以工业控制计算 机为核心 ， 配 以各种外 围设备 组成 ， 在软件的控制下， 完成数据的采集 、 分析等工作， 以 图表等 多种形式显示在显示 器上 ， 并传输 到指定地点 。 为了保证风机监测系统的可靠性和实时性， 开发了一 套基 于 V C 和 S Q L S e r v e r 上 位机 监控 系 统 J 。V C 和 S Q L S e r v e r 是 Mi c r o s o f t 公司主打的程序开发和数据库 产 品 ， 功能强大 、 应用广泛 、 技术成熟 。用 V C 开发的程 序体积小效率高， 适合于风机监控， 而且程序开发过程灵 活。S Q L S e rve r 数据库具有速度快、 可用性高、 安全可靠 等优点 ， 因此 ， 是风机 监控软 件理 想的数 据库 平 台。监控 软件系统和数据采集与处理的硬件系统通过 R S - -4 8 5总线 连接 ， 测量数据从数据采集系统上传到监控软件， 控制命 令从监控软件下发到数据采集系统。计算机网络中的其 他微机 也可 以通过监控 主机 的转发看到风机 的监控 界面 。 上位机 系统框图见 图 4 。 图 4上位机 系统框 图 P L C软件采用梯形图语言编写， 清晰易懂简洁直观 ， 而且方便修改。程序设计采用模块化结构 ， 便于维修和扩 展。通过传感器完成对通风机出人 口的风压风量、 轴承。 温度和风机振动强度等参数采集、 转换送入 P L C， 经过运 算处理输 出控制量或报警信号 ， 图 5为模拟量采集子 程序 。 图 5 模拟量数据 采集 处理流程图 h t t p ／ ／ Z Z H D ． c h i n a j o u rna 1 ． n e t ． c a E m a i l Z Z H D c h a i n a j o u r n a 1 ． n e t ． c n 机械制造与自动化 电气技术 与 自动化 张永艳 煤矿主扇风机在 线监控 系统 4 结语 该系统以工业控制计算机为核心 ， 配以各种外围设备 组成 ， 在软件的控制下， 完成数据的采集、 分析等工作 ， 以 图表等多种形式显示在显示器上 ， 并传 输到指定地点。 P L C系统 主要完成 数据 采集 和风机 启停控 制。基 于 V C 和 S Q L S e r v e r 的上位机监控系统保证了风机监测 系统的可靠性和实时性。该系统对提高煤矿综合 自动化 系统的信息化、 智能化水平有一定的促进作用。 东科 技大学 ， 2 0 0 3 ． 6 ． [ 2 ]房利国， 华钢， 张培， 等． 主扇风机在线监控系统设计[ J ] ． 淮 阴工学院学报 ， 2 0 0 9 ， 1 8 1 2 3 - 2 6 ． [ 3 ]王启立 ， 胡亚非 ， 熊建军． 基于可编程控制器 的煤矿 主通 风机 监控管理系统 [ J ] ． 煤 炭工程 ， 2 0 0 7 7 9 4 - 9 6 ． [ 4 ]马瑞军． 煤矿风机监控 管理 软件系统 设计 [ J ] ． 自动化 仪表 ， 2 0 0 8 ， 2 9 1 0 3 7 - 3 9 ． 参 考文献 E 1 ]张永超 ． 通 风机运行工况微机 监测系统 的研究 [ o J ． 济南 山 收稿 日期 2 0 l 1 0 31 8 上接第3 6页 图 1 YA R热水泵结构简 图 关技术要求， 采用高温高压带泵送机构的静止式平衡型机 械密封 ， 改进了机械密封方式 ， 保证 了水泵的平稳运行 图 2 。 l f 77一 ． ＼ ／ ，， 图 2 机械 密封 结构 简图 机械 密封 2 ． 4 泵冷却系统的改进 热水循环泵的冷却系统可分为两部分 ， 即泵冷却系统 和机械密封冷却 系统 ， 如 图 3所示 。 泵冷却系统出厂时都已装好。 机械密封冷却系统分两种 1 介质由泵出口经冷却 器降温后进入机封， 对机械密封冷却； 2机封带泵送机 Ma c h i n e B u i l d i n g Au t o m a ti o n ，Oa 2 0 1 1 ， 4 0 5 1 3 9～ 1 4 1 构， 将介质送至冷却器降温后再进入机封， 对机封冷却。 I I 口 I l } f l l 一 _ 冷 却 器 出 水 图 3 机械密封冷却 示意 图 以上两种机械密封冷却方式分两路单独管道 ， 水流量 为 0 ． 3～ 0 ． 7 1 1 1 ／ h ， 压力为 0 ． 2～ 0 ． 3 M P a 。 2 ． 5 泵 的使用 与维护 为满足加热炉汽化冷却系统安全、 正常的运行 ， 热水 循环泵采用一用两备的方式 ， 即两台电动循环泵和一台柴 油机循环泵。三台循环泵可 自动切换。在停电状态下 ， 柴 油机可 自动启动 ， 带动循环泵运转， 保障了加热炉的安全 生产。 在实际生产中， 三台热水泵需要定期切换 ， 并时常检 查水泵的各种工况 ， 及时发现、 解决问题 ， 确保泵的正常 运行。 3 结论 经过一年多 的生产运 行检 验 ， 改 进的 1与} } 2加热 炉 汽化冷却系统水泵运转良好， 基本上消除了循环泵电动机 过热、 因机封损坏出现的蒸汽泄漏等弊端 ， 大量减少 了检 修次数， 节约了可观的生产成本 ， 为福建德盛镍业带钢加 热炉 正常生产打下 了坚实 的基础 。 参考文献 [ 1 ]加热炉汽化冷却装置设计参 考资料编写组 ． 加 热炉汽化冷 却 装置设计 参考资料[ M] ． 北 京 冶金 工业 出版社 ， 1 9 8 0 ． 收稿 日期 2 0 1 1 0 2一I 5 1 4l