关于YBT 型矿用轴流式通风机监控系统的改进研究_张鑫.pdf

煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 0引言 矿用通风机作为改善井下作业环境的关键设备， 在其工作过程中， 经常因所配备的监控系统无法全面 对通风机综合性能和安全进行监测， 导致通风机的通 风性能和工作安全性无法得到有效保障， 加强通风机 运行状态的监控， 实时把控井下作业环境， 对有效保 障井下人员和设备安全至关重要。 不断提升轴流式通 风机监控系统综合性能， 成为当下保障井下安全生产 作业的关键。 因此， 以 YBT型轴流式通风机的结构组 成及工作过程分析为基础， 通过分析监控系统在通风 机中应用的重要性，开展了监控系统中硬件系统、 软 件系统的优化改进设计研究， 大大提高了对通风机运 行状态的监控能力。 这对提高通风机运行效率和井下 作业安全具有重要意义。 1轴流式通风机结构组成及工作过程分析 1.1结构组成 轴流式通风机具有通风量大、 噪声小、 系统运行 稳定、 结构紧凑、 易于安装、 可实现正反转等特点， 在 各大煤矿中得到了广泛应用。其结构主要由电机、 叶 片、 轮毅、 集流器、 整流器、 机壳等部件组成， 其结构 简图如图 1 所示。 其中， 叶轮主要包括轮毅和叶片， 在 通风机工作过程中， 可通过叶片的旋转， 增加通风机 流体的动能， 并向轴向产生较大的驱动速度， 在整个 通风机系统中， 其设计、 生产难道最大， 也较为重要。 1- 轮毅； 2- 叶片； 3- 转轴； 4- 机壳； 5- 集流器； 6- 流线体； 7- 整流器； 8- 环形扩散器 图 1轴流式通风机结构简图 1.2工作过程分析 通风机的整个工作过程为 外界气体沿通风机轴 关于 YBT型矿用轴流式通风机监控系统的改进研究 张鑫 （霍州煤电集团辛置煤矿 ， 山西 霍州 031412 ） 摘要 轴流式通风机作为煤矿生产的关键设备， 具有较好监控性能的监控系统， 对保证进行作业安 全至关重要。 不断对通风机监控系统进行优化改进升级， 已成为当下研究的重点。 因此， 以轴流式通风 机的结构组成及工作过程分析为基础， 通过分析监控系统在通风机中应用的重要性， 开展了监控系统 中硬件系统、 软件系统的优化改进设计研究， 改进后的监控系统具有更高监控精度、 兼容性更强， 大大 提高了对通风机运行状态的监控能力。 这对提高通风机运行效率和井下作业安全具有重要意义， 也为 通风机监控系统的进一步优化研究提供了参考。 关键词 煤矿 ； 通风机 ； 监控系统 中图分类号 TD441文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 02- 0124- 03 Study on the improvement of YBT-type ore axial ventilator monitoring system ZHANGXin （Huozhou Coal and Electric Group Xinzhi Coal ， Shanxi Huozhou 031412 ） Absrtact As the key equipment in coal mine production, the monitoring system with better monitoring perance is very important to en- sure the safety of operation. Continuous optimization, improvement and upgrading of fan monitoring system has become the focus of current research. Therefore, based on the analysis of the structure and working process of the axial- flow fan, by analyzing the importance of the application of the monitoring system in the fan, the optimization and improvement design of the hardware system and software system in the monitoring system has been carried out. The improved monitoring system has higher monitoring accuracy and compatibility, and greatly improves the monitoringability ofthe fans runningstate. This is ofgreat significance toimprove the efficiency offan operation and the safety of underground operation, and alsoprovides a reference for the further optimization offan monitoringsystem. Key words Coal mine ; Ventilator ; Mmonitoringsystem 124 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 向流入至叶轮处，叶轮在电机驱动作用下开始转动， 而流经叶轮的流体由于受到叶轮旋转而产生的挤压， 沿轴向产生了较大动能和压力能，形成了一定的速 度， 并由通风机前端向后端进行流动， 而前端的流体 也受到叶轮的旋转挤压而相继补充上，如此循环挤 压， 流体连续不断的由前端向后端以一定速度进行流 动， 从而完成了整个轴流式通风机的通风过程。 2监控系统对通风机的重要性 监控系统是检测、 观察通风机运行状态的核心系 统， 其系统的准确性、 可靠性、 安全性直接影响着通风 机的正常运行。在整个监控系统中， 要求其检测的各 类通风机参数需准确、 可靠， 以此来对通风机运行状 态进行准确判断。因此， 将监控系统安装到通风机上 相当重要。 2.1提升井下自动化程度 早期的通风机通风量控制主要采用人员手动方 式进行控制， 其控制精度相当较低、 操作方式较复杂， 且人员成本投入相对更大，随着技术的不断发生， 提 高井下自动化、 智能化程度已成为当下重要的发展方 向。 因此， 将监控系统应用到通风机中， 可在通风机出 现紧急状况时， 快速做出检测和判断， 以最大程度的 降低通风机风险概率。 2.2保证通风机运行质量 监控系统中安装了各类传感器、 处理器， 并将通 风机运行过程中的转速、 工作电压、 电流、 工作温度等 各类参数进行实时检测， 通过处理器对检测参数进行 检测， 以此来对通风机运行状态的可靠性及安全性进 行判断， 而整个检测、 判断过程中具有较高的精度， 由 此， 保证了通风机的运行质量， 有效保证了井下作业 的安全性。 3 监控系统方案改进设计 3.2硬件系统选型设计 3.2.1 温度传感器的选型及布置 由于井下环境的恶劣性，通风机在工作过程中， 其电机的定子、 转子、 轴承及其他相关设备均会出现 温度逐渐升高的变化趋势。 根据不同温度传感器的类 型特点，该监控系统选用了安徽天康公司生产的 WZP- 270 型 PT100 铂热电阻温度传感器，以来对通 风机中相关部件及周边工作环境的温度进行检测， 其 主要性能参数如表 1 所示。 该温度传感器具有检测精 度高、 性能稳定可靠等特点。 同时， 在温度传感器安装 过程中， 以 120夹角在每台电机定子周边分别布置 3 只传感器，以 180夹角在电机轴承周边分别布置 2 只传感器， 且均采用首先轴向安装。 由此， 完成了温 度传感器的选型及安装布置。 表 1温度传感器主要性能参数 3.2.2压力变送器的选型设计 结合通风机工作环境可知， 监控系统的压力信号 主要来自于前端的引压装置所采集的差压信号。 据显 示， 该压力信号存在压力变化范围大且变化不稳定等 问题， 而所检查的压力值直接关系到通风机的工作效 率及井下作业安全。 因此， 经对比筛选， 选用了上海立 格公司的 SMP2088 型压力变送器，其主要性能参数 如表 2 所示。该压力变送器具有检测范围广、 检测精 度高、 反应灵敏等特点， 能满足通风机工作压力的检 测需要。 同时， 在压力传感器布局过程中， 需在每个风 道配置 2 个压力传感器；为方便对传感器的电源供 电， 提高系统的结构紧凑性， 需将其安装在采集柜的 中间位置。 表 2压力变送器主要性能参数 3.3 软件系统设计 3.3.1主程序设计 在监控系统的主程序中，主要包括循环组织块 （OB1 ） 和各类功能模块， 其中， 循环组织块 （OB1 ） 可实 现对监控系统中的相关功能模块的调用和控制。 而所 调用的功能模块主要包括 FC1、 FC2、 FC105、 FC106 等， FC1、 FC2 模块主要负责对风机模拟量的采集， FC3 模块主要负责其他公用参数的采集，而 FC105、 FC106 则主要负责输入、 输出模拟量的处理， 其主程 序结构框架图如图 2 所示。同时， 通过该主程序， 可 对监控系统中的控制流程进行编写，以此为基础， 所编写的控制程序才能更好的满足通风机现场监 名称参数 型号WZP-270 温度测量范围-200～350℃ 输出电压0～12v 响应时间＜12S 电阻温度系统3.9210-3/℃ 名称参数 压力量程-10～15KPa 输入电压12～30VDC 输出电压1～12VDC 输出电压0～12VDC 输出电流0～20ms 防护等级IP67 125 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 控需求。 图 2主程序结构框架图 3.3.2组态软件的设计 组态软件是监控系统的控制、 数据处理的关键系 统， 主要由组态环境、 运行环境、 数据库等组成， 其结 构框架图如图 3 所示。在整个组态软件中， 首先在组 态环境进行组成生成及应用系统等操作， 形成组态结 果数据库， 并将信号传输至运行环境进行解释执行及 组态结果显示， 如图 4 所示。其中， 通过组态环境， 用 户可实现动画的设计、 控制流程的编写、 工作数据报 表的打印、通风机运行过程控制等相关组态工作， 最 终生成相关工程文件。另外， 该组态软件具有如下特 点 ①全中文可视化界面设计， 包含 32 位 /64 位操作 系统， 可与 Windows7/Windows10 进行兼容； ②可与市 场上大部分硬件、 软件接口进行匹配连接； ③具有较 大、 较强的数据处理系统， 可针对通风机工作过程中 的相关数据进行统计处理， 保证第一时间掌握通风机 的数据信息。 图 3组态软件结构框架图 图 4组态软件结构流程 4监控系统现场应用效果分析 为进一步验证所建立的监控系统实际运行效果， 将其在大同煤矿进行了现场应用测试。在测试中， 该 监控系统能对通风机运行中的转速、 输出功率、 工作 温度及设备的振动情况进行准确监测， 且运行相对更 稳定， 所监测的数据具有更高的可靠性； 同时， 通过控 制中心， 可对通风机进行远程监控和操作， 针对通风 机运行中出现的故障问题， 可通过监控系统进行更加 准确、智能化的将故障信息在控制中心进行显示， 并 确定故障类型及故障发生位置。 据煤矿作业人员介 绍， 该监控系统与原有监控系统相比， 智能化程度更 高、 操作更简单、 对后期零部件的维修提供了较大的 便利，将大部分部件的维修时间缩短了近 1/2 左右， 建议在各大煤矿中进行推广应用。因此， 监控系统的 优化改进， 大大提高了现有通风机的智能化管理水平 和设备的运行安全性， 其作出的效果非常显著。 5结论 不断提升轴流式通风机监控系统综合性能， 成为 当下保障井下安全生产作业的关键。 因此， 以 YBT型 轴流式通风机的结构组成及工作过程分析为基础， 通 过分析监控系统在通风机中应用的重要性， 开展了监 控系统中硬件系统、软件系统的优化改进设计研究， 改进后的监控系统具有更高监控精度、 智能化程度更 高、 兼容性更强， 可更加高效的对通风机运行状态进 行实时监控， 提高了现有通风机的智能化管理水平和 设备的运行安全性。 这对提高通风机运行效率和井下 作业安全具有重要意义， 也为通风机监控系统的进一 步优化研究提供了参考。 参考文献 [1] 杨海峰. 矿井通风机监控系统软件的设计与实现[D].电子 科技大学,2013. [2] 潘若彬. 基于 PLC 的矿井通风机监控系统设计[D].华东 理工大学,2017. [3] 贾凤泳. 基于 PLC 技术的鼓风机监控系统的开发与研究 [D].东北大学,2002.2.潘若彬. 基于 PLC 的矿井通风机监 控系统设计[D].华东理工大学,2017. [4] 徐善永,黄友锐,曲立国,龚大伟. 矿井通风机不停风自动 倒机智能监控系统设计 [J]. 煤炭工程,2013,45（05） 132- 134. [5] 耿建伟,张国栋.基于 PLC 局部通风机变频调速系统设计 [J].煤矿机械,2017,38 （11） 154- 155. 作者简介 张鑫 （1991.6.1-） ， 男， 山西霍州人， 毕业于中国矿业大学 成人教育学院机械电子工程专业， 助理工程师。 （收稿日期 2019- 6- 13） 126 ChaoXing