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基于单法兰液位计的矿用通风机监控系统改进研究

作时间:2019-09-02  来源:  作者:
   
随着国家科学技术的不断发展,通风机监控系统的智能化监控水平也得到明显提升,这已成为煤矿领域重点关注的问题。本文结合矿用通风机监控系统的研究现状和使用过程中存在问题,从硬件系统和软件系统方面,对通风机监控系统进行了优化升级设计,并将其在山西阳泰集团竹林山煤业进行了应用测试,优化后监控系统监控功能和智能化程度均得到了较大程度的提升。
 
1 通风机监控系统研究现状分析
早期,国内的通风机监控系统主要采用空气接触器控制方式,存在结构简单、功能单一、故障率高、可靠性差等问题,极易因非正常停电而导致井下的瓦斯浓度升高,严重影响着井下作业安全和煤矿生产效率 ;而国外的先进计算机控制技术被广泛应用到通风机监控系统中,有效提高了煤矿的生产效率和安全性,但此控制系统存在价格高、供货周期长等问题,一致被国外厂家所垄断,严重制约着国内煤矿自动化水平的进步。随着技术的不断提升,国内学者也对通风机监控系统开展了大量的研究。中国矿业大学的陈开岩等人将通风机运行过程中的各类工况因素进行结合评估,开发了一套实用性较强的通风机运行状态评价软件。中南大学的吴丽春等人选用风压、温度、风速、风机启停状态等为监控对象,建立了一套综合性的通讯监控平台和监控软件,实现了对通风机运行状态的实时检测系统。
综上分析,国内在矿用通风机监控系统领域的研究相对较成熟,但针对井下复杂的工况环境,不断提升通风机监控系统的监控性能,已成为国内诸多学者和煤矿企业重点研究和考虑的问题,这对提升监控系统智能化远程监控水平和井下作业安全性具有重点作用。
 
2 监控系统使用中的主要问题
结合前文分析,虽目前国内对通风机监控系统进行了大量的研究,但其在使用过程中仍存在一定问题,主要问题为 :(1)所建立的监控系统仅对井下主要的通风量、通风压力等参数进行监测采集,监测范围较窄,理论计算算法较简单,偶尔会发生误报、延迟报警等现象,不能较为精准、快速的对通风机运行状态进行监测分析 ;(2)现有的通风机监控系统主要还停留在通风量监控阶段,不能对通风机的运行状况、设备故障等方面进行全面检测和智能处理,自动化远程控制功能相对较弱 ;(3)现有监控系统的数据传输时间较长,远程监控、故障诊断能力较薄弱,无法实现自动化、实时性的数据传输,影响了对通风机运行状态和井下环境的监测 ;(4)由于监控系统为一套好立的运行系统,主要安装在通风机机房,而未与煤矿生产相关的系统建立密切的通讯,导致企业不能全局对井下作业状态进行监控 ;鉴于以上原因,在现有矿用通风机监控系统的基础上,不断提升监控系统的综合性能,建立具有故障职能诊断、设备可控化和智能化的矿用通风机监控系统成为当下发展的重要方向。
 
3 监控系统优化改进
3.1 硬件系统优化
(1)振动变送器选型。由于通风机在运行过程中,转子、定子等零件之间会出现摩擦较大、运转不平衡等问题,使通风机产生了较大程度的振动现象,在该监控系统中需对通风机振动情况进行监测。因此,选用了 TMS-HZD 型的一体化振动变送器来监测通风机的振动参数。该单法兰液位计集成了传统的精密测量电路、振动传感器等,并直接与单法兰液位计、DC 等系统进行连接,采用电磁感应原理来检测输出信号,可更加精确的对通风机振动状态进行检测,目前,在国内通风机监控系统中应用得较为广泛。其中,该振动变送器的电动势计算公式为 : U = B × L × V 。式中 : B 为磁感应强度,T ; L 为磁场中线圈的有效长度,m ; V为磁场中线圈运动的相对速度,m/s。
(2)数据采集卡选型。通过数据采集卡,可将各传感器采集的数据信息进行收集汇总,并将数据传递给计算机监控系统进行分析判断。因此,数据采集卡采用了带有 12 位模拟信号输入,可对电压、电流信号进行精确测量的 IPC5488 式采集卡,该采集卡具有采集精度高、响应快、量程款、采集通道多等特点,可有效快捷的实现信号的采集,并显著提高了信号的抗干扰能力。
(3)压力变送器选型。通风机在运行过程中,受井下作业环境影响,经常受到不同静压、动压及全压的影响,不同的工作压力直接影响着通风机的安全工作。因此,选择通风机入口为检测点,利用压力变送器对其工作压力进行检测,并转换为对应的电信号,以此来实现对通风机工作压力的实时检测。其中,通风机工作过程中的全压计算公式为 P=P 1 +P 2 。式中 : P 为全压,Pa ; P 1 为静压,Pa ; P 2 为动压,Pa。
压力变送器选用了 FL102-A2 型微差压变送器。该变送器具有检测精度高、仪器运行可靠、使用寿命长等特点,能完全满足井下通风机不同工况下的使用需求。
 
3.2 软件系统优化
(1)主程序控制流程设计。该监控系统中,需对主通风机的启动程序进行设计。在该程序流程中,首先,应将地面的进风口进行打开,并同时将井下的风门进行关闭 ;当系统启动后,反之将井下风门打开,关闭地面风门。完成初始化程序后,由于井下通风系统中一般包含了 1 号风机和 2 号风机,为防止两个风机同时启动给电网带来较大用电冲击,故采用了先启动 1 号风机,在定时器 T 0 的控制下,30 s 后再启动 2 号风机,当两个风机的控制系统达到一致状态后,打开 1 号、2 号风机风门,关闭地面风门,由此,完成整个通风机系统的高效、安全启动。
(2)自动倒换风机控制流程设计。在通风机实际工作过程中,风机会由于井下环境的特殊性或其他突发情况而出现不能正常运行的故障,此时,为保证井下通风性能,需及时启动备用通风机开始工作,而此倒换风机的切换控制则可通过单法兰液位计模块来实现。根据自动倒换风机控制的流程可知,若通风机 1 在正常工作过程中,突然发生停转故障,在无人操作情况下可通过单法兰液位计将开关自动切换并启动通风机 2,同时,关闭风机 1 的风门,当通风机 2 启动后,打开其配套的风门和关闭 2 号地面风门,以此来实现井下的持续通风功能,保证井下作业的正常作业和生产安全。
 
4 现场应用测试
为验证前文优化改进的通风机监控系统实际监控效果,将其在山西阳泰集团竹林山煤业进行了应用测试。测试结果表明,改进后的通风机监控系统各项功能运行正常且更加全面,能针对通风机运行过程中出现温度过高、电压过大、振动较强等运行问题进行实时监控,并在控制中心发出声光报警提示。另外,该监控系统存储了通风机运行过程中的各类数据信息,并生成了运行数据曲线图,可为后期开展通风机运行情况的数据分析提供有利的数据资源。据煤矿企业人员介绍,现有煤矿越来越注重通风机监控系统的智能化程度,不断提升通风机监控系统的智能化和远程监控水平,已成为当下通风机发展的重要方向。
 
5 结语
不断提升通风机监控系统的智能化水平,已成为煤矿企业保证井下生产效率和作业安全的重要保证。因此,结合矿用通风机监控系统的研究现状和使用过程中存在问题,从硬件系统和软件系统方面,对通风机监控系统进行了优化升级设计,并将其在淮北煤矿进行了应用测试,结果表明,优化后的通风机监控系统各项功能更加全面,监控精度和智能化程度更高,更能满足通风机井下不同工况的使用需要。不断对通风机监控系统远程监控水平进行升级提升,对提高井下作业安全、降低企业经济支出具有重要意义。
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