風(fēng)機在線監(jiān)測系統(tǒng)

風(fēng)機在線監(jiān)測系統(tǒng) 設(shè) 計 方 案 XXXXXXX 有限公司 一、 系統(tǒng)設(shè)計參照標(biāo)準(zhǔn) 本系統(tǒng)設(shè)計依據(jù)煤礦風(fēng)井主扇風(fēng)機現(xiàn)場實際情況制定； 振動狀態(tài)監(jiān)測部分參照 GB/T 19873.1-2005/ISO 13373-1:2002機器狀態(tài)監(jiān)測與診斷 振動狀態(tài)監(jiān)測； 有關(guān)電氣裝置的實施參照 GB50255-96電氣裝置安裝工程施工及驗收規(guī)范； 有關(guān)自動化儀表實施參照 GB50093-2002自動化儀表工程施工及驗收規(guī)范及 DLJ 279-90電力建設(shè)施工及驗收技術(shù)規(guī)范（熱工儀表及控制裝置篇 ）； 風(fēng)機性能測試滿足 GB/T1236-2000工業(yè)通風(fēng)機用標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)道進行性能試驗和 MT421(煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) )“煤礦用主通風(fēng)機現(xiàn)場性能參數(shù)測定方法 “。 二、系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容 2 1 系統(tǒng)概況 根據(jù)煤礦企業(yè)的生產(chǎn)特點，風(fēng)井兩臺主扇風(fēng)機是全礦生產(chǎn)中的特大型重要負荷關(guān)鍵設(shè)備。它的正常運行是礦井得以連續(xù)安全生產(chǎn)的最根本保證。主通風(fēng)機經(jīng)常由于超負荷運轉(zhuǎn)、設(shè)備累計運行時間過長和安裝質(zhì)量等問題而發(fā)生很多故障，風(fēng)機系統(tǒng)在運行中存在著多種故障 ,它們是隱性的 ,不可預(yù)測的，對生產(chǎn)存在嚴(yán)重的威脅。這些存在的故障隱患 ,嚴(yán)重影響到 全礦運行的經(jīng)濟性和安全性。 XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 的 風(fēng)機在線故障監(jiān)控系統(tǒng) 充分利用傳感器檢測 ,信號處理 ,計算機技術(shù) ,數(shù)據(jù)通訊技術(shù)和風(fēng)機的有關(guān)技術(shù) , 全面地對礦井總回風(fēng)中的風(fēng)壓（負壓、靜壓、動壓、全壓及其效率）、風(fēng)速、風(fēng)量、瓦斯?jié)舛?、出口氣體溫度、主通風(fēng)機前后軸承溫度、運行狀態(tài)、正反轉(zhuǎn)狀態(tài)、電機定子溫度和軸承溫度等通 風(fēng)機性能參數(shù) ，主通風(fēng)機設(shè)備振動位移、速度、加速度、振動主頻、頻率分量及其烈度等 振動參數(shù) ，電機三相電壓、電流、有功無功電度、有功無功功率、總有功功率、總無功功率視在功率、功率因數(shù) 、頻率等 電量參數(shù) 進行實時在線監(jiān)測，在機組的運行過程中 ,判別機組性能劣化趨勢 ,使運行 ,維護 ,管理人員心中有數(shù)。系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)窗口顯示和存儲報表打印、趨勢曲線顯示、越限聲光報警和歷史報警摘要顯示查詢、工況點合理范圍分析、風(fēng)產(chǎn)分析、設(shè)備故障診斷和手自動控制、報警閥值設(shè)定、用戶及權(quán)限管理、操作記錄、日志查詢、在線聯(lián)機幫助、風(fēng)機房視頻監(jiān)控和數(shù)據(jù)遠距離傳輸?shù)蓉S富功能。通過本系統(tǒng)的實施 ,使煤礦風(fēng)井主扇風(fēng)機的狀態(tài)監(jiān)測診斷的水平達到國內(nèi)領(lǐng)先水平 。 實施本項目的意義在于 :1）避免風(fēng)機機組在運行過程中發(fā)生重大事故而造成的重大 生產(chǎn)安全事故 ,并避免以此而產(chǎn)生的巨大經(jīng)濟損失 ,保證設(shè)備在規(guī)定的時間內(nèi)無故障安全可靠的運行。 2）向運行人員提供及時的信息 ,有效地支援運行 ,提高設(shè)備使用的合理性 ,運行的安全性和經(jīng)濟性 ,充分挖掘設(shè)備的潛力 ,延長設(shè)備的使用壽命 3）通過本項目的實施達到設(shè)備的有效維修 ,降低設(shè)備的維修成本 ,提高設(shè)備的使用效率 ,改善產(chǎn)品的質(zhì)量 ,增加產(chǎn)量 ,減少同類事故的發(fā)生 . 2 2 系統(tǒng)測點統(tǒng)計 根據(jù)煤礦企業(yè)現(xiàn)場的實際情況以及風(fēng)機在線監(jiān)測系統(tǒng)所必需測量物理量的要求，必須監(jiān)測以下各量（兩臺風(fēng)機）： 序號 測點名稱 測點數(shù)量 備注 1 負壓 2 2 靜壓 2 3 動壓 2 4 風(fēng)速 2 5 全壓 2 全壓 =靜壓 +動壓 6 風(fēng)量 2 通過風(fēng)壓和風(fēng)速換算 7 瓦斯?jié)舛?2 8 有功功率 2 功率因數(shù)根據(jù)有功功率和總功率計算 9 電機軸承溫度 8 10 定子繞組溫度 8 11 風(fēng)機振幅 4 通過振動專用數(shù)據(jù)采集器采集 12 I、 II 段母線電壓 2 13 I、 II 回路電流 2 14 風(fēng)機 1、 2 級電機電流、反轉(zhuǎn)電流 6 15 正反轉(zhuǎn)、停止信號 6 開關(guān)量 16 電機轉(zhuǎn)速 4 17 電機功率、風(fēng)機耗電量 8 通過電壓、電流、運行時間換算 表 1 測點統(tǒng)計表 2 3 振動監(jiān)測和風(fēng)機在線監(jiān)測融合為一體的新型風(fēng)機在線監(jiān)測系統(tǒng) 從煤礦風(fēng)機監(jiān)測的實際情況來看，除了需要監(jiān)測風(fēng)機的工藝參量如風(fēng)量、風(fēng)壓、電機電流等外，還需要監(jiān)測風(fēng)機的振動情況。也就是說要從風(fēng)機的振動和工藝參量的復(fù)合角度來判斷風(fēng)機的運行性能好壞。 振動參量的采集一般要求同步整周期采集和自動跟蹤濾波。所謂同步整周期采集是指以鍵相位信號為基準(zhǔn)實現(xiàn)多通道的同步采樣，采樣速率受控于機組轉(zhuǎn)速，每周期（轉(zhuǎn)）采集的數(shù)據(jù)樣本長度相同，每次采集的周期數(shù)相同，瞬態(tài)與非穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù) 自動采集。自動跟蹤濾波包括跟蹤抗混濾波和跟蹤數(shù)字矢量濾波，前者采用特殊設(shè)計的八階橢圓低通濾波器，后者以數(shù)字處理技術(shù)為核心，實現(xiàn)以機組轉(zhuǎn)速為中心頻率的帶通濾波功能。 另外，振動參量包括三個要素：振幅、頻率和相位，三者缺一不可。綜合上述振動參量的特點，一般不用 PLC 直接采集振動快變量，而是采用專業(yè)的振動數(shù)據(jù)高速采集器采集。由專業(yè)的振動采集器（如 MF100）采集到的數(shù)據(jù)不僅有當(dāng)前的振動 p-p 值而且有相應(yīng)時刻的波形數(shù)據(jù)和頻率特征，而這正是煤礦風(fēng)機在線監(jiān)測所必需的數(shù)據(jù)。 XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 的新型煤 礦風(fēng)機在線監(jiān)測系統(tǒng)從風(fēng)機振動的專業(yè)角度結(jié)合 PLC 采集到的工藝參量來組合分析風(fēng)機的工作狀況，從而使得我們對于風(fēng)機工作狀況的把握更加準(zhǔn)確和可靠。 振動數(shù)據(jù)采集器采集到的數(shù)據(jù)和西門子 s7-300PLC 采集到的數(shù)據(jù)采用ODBC(Open Database Connectivity，開放數(shù)據(jù)庫互連 )方式相互共享。通過 ODBC，在線監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)器與上位機可以互換數(shù)據(jù)，并由上位機實時動態(tài)寫入PLC 中。 下面是風(fēng)機在線監(jiān)測系統(tǒng)的拓補圖。 圖 1 風(fēng)機在線監(jiān)測系 統(tǒng)拓補圖 2 4 煤礦風(fēng)機在線監(jiān)測系統(tǒng)硬件配置 根據(jù)以上測點分析和系統(tǒng)拓補圖情況，給出以下的系統(tǒng)硬件配置清單。下面的配置清單沒有列出系統(tǒng)施工所用的屏蔽電纜線、配柜所用的銅塑線以及操作座椅等內(nèi)容。 序號 名稱 型號 數(shù)量 廠家 備注 1 機柜 1 2 工控機 研祥 1 研祥 3 CPU 模塊 CPU224 1 西門子 4 數(shù)字量輸入模塊 EM221 1 西門子 5 數(shù)字量輸出模塊 EM222 1 西門子 6 模擬量輸入 /出模塊 EM235 1 西門子 7 MMC 存儲卡 64K 1 西門子 8 電量采集裝置 9033E 4 力創(chuàng) 9 溫度采集模塊 9017T-D 5 力創(chuàng) 10 壓力變送器 JYB-KO 4 昆侖 11 振動變送器 YB40 4 中泰 12 瓦斯?jié)舛葌鞲衅?GJ4/40 1 安瑞特 上位機 1 1#風(fēng)機 振動數(shù)據(jù)采集器 Bently3500 2#風(fēng)機 S7-300 雙 PLC 交換機 服務(wù)器 上位機 2 各種工藝信號 振動信號 13 CO 濃度傳感 GTH500 1 安瑞特 14 風(fēng)門開閉傳感器 GTK 1 安瑞特 15 電機開停傳感器 GKTS 1 安瑞特 16 安裝導(dǎo)軌 1 西門子 17 20 針前連接器 2 西門子 18 40 針前連接器 5 西門子 19 BM2*4 模塊 4 西門子 20 總線連接器 4 西門子 21 觸摸屏 11.4 1 威綸 22 通訊電纜 1 西門子 23 PLC 配置附件 1 西門子 24 斷路器 C65N/2P C10 3 施耐德 25 斷路器 C65N/3P C6 3 施耐德 26 斷路器 C65N/1P C3 2 施耐德 27 開關(guān)電源 DRP-120-24 2 28 開關(guān)電源 DRP-75-24 1 29 隔離模塊 HGC- 20 30 中間繼 電器 MY4NJ 16 表 2 系統(tǒng)硬件配置清單 三系統(tǒng)基本功能 由于本系統(tǒng)集合了 XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 的振動在線監(jiān)測和風(fēng)機工藝參數(shù)在線監(jiān)測的雙重優(yōu)點，因此在系統(tǒng)特點上也融合了二者的特長，具有全新的監(jiān)測畫面和特點。 3.1 監(jiān)測預(yù)報 風(fēng)機在線監(jiān)測系統(tǒng)中的振動監(jiān)測系統(tǒng)以獲得國家科技進步獎的矢譜技術(shù)為核心組成分析系統(tǒng)，功能配置突出實用、有效、強大，系統(tǒng)組合分析方法近 30種，除具備完善的穩(wěn)態(tài)分析、瞬態(tài)分析外，還增加了非穩(wěn)態(tài)過程分析和振動與工藝參數(shù)相關(guān)分析， 以可視化主動數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)進行數(shù)據(jù)快 速查詢，對所有被監(jiān)測機組在不同時刻、不同狀態(tài)下的動態(tài)信號快速、準(zhǔn)確地進行各種信號分析和數(shù)據(jù)處理，以簡潔、直觀、信息量豐富非圖譜表達出來，并將其數(shù)據(jù)值信號特征傳遞至故障診斷專家系統(tǒng)。 新的風(fēng)機在線監(jiān)測系統(tǒng)除提供常規(guī)的信號分析功能外，還將目前獨有的雙通道數(shù)據(jù)融合技術(shù)應(yīng)用到工程實際中，其中包括矢量譜分析、進動譜分析、二維矢功率譜分析等，另外，還提供短時 Fourier 分析、小波分析、 Wigner 分布等時頻分析方法。 振動模塊主要分析方法 常規(guī)分析方法類 時間波形、軸心軌跡、提純軸心軌跡、頻譜圖、振動矢量區(qū)域分析、統(tǒng) 計特性分析、倒頻譜分析、細化譜分析、相位譜分析、特征譜分析、自相關(guān)、互相關(guān)分析、相干分析等 數(shù)據(jù)融合分析 矢譜分析、矢功率譜分析、進動譜分析、全信息分析、軸心位置（穩(wěn)態(tài)） 瞬態(tài)過程分析 波德圖、極坐標(biāo)圖、三維頻譜圖、軸心位置（瞬態(tài)）、坎貝爾圖 通過對新風(fēng)井主扇風(fēng)機振動信號和工藝信號的在線監(jiān)測，使您的設(shè)備歷史運行狀態(tài)全掌握；豐富的波形和頻譜棒圖等顯示方式，使您能夠清晰地判斷設(shè)備的運行狀態(tài)。不但可以在設(shè)備失效前及時檢測捕捉到故障信息對設(shè)備進行保護而且對設(shè)備運行趨勢進行管理，為設(shè)備的維修提供依據(jù)。最大限度地保證風(fēng) 機的安全有效經(jīng)濟運行從而保證各種工藝目的參數(shù)達到安全要求。 3.2 調(diào)度室監(jiān)測顯示 1) 主界面 圖 2 調(diào)度室主控界面 本界面中按照現(xiàn)場分布實際情況設(shè)置，上部為 2#風(fēng)機，下部為 1#風(fēng)機。正在運行的風(fēng)機顯示為綠色，停止的風(fēng)機顯示灰色，顯示切換不需要人為干預(yù)。但在風(fēng)機切換過程中，可能存在切換狀態(tài)，切換完成后，顯示即刻正常。系統(tǒng)在主界面中顯示各個測點的實時參數(shù)，包括 1電機的溫度、 1#電機的連軸溫度、 1電機的壓力、 1電機的風(fēng)量、 1#電機的振動值等； 2電機的溫度、 2#電機的連軸溫度、 2電機的壓力、 2電機的風(fēng)量、 2#電機的振動值等；如有溫度超出安全值或壓力低于安全值，都會有報警信息在監(jiān)控界面出現(xiàn)，并且界面中有閃爍紅燈出現(xiàn)。故障消除后，報警信息消失。當(dāng)點擊 按鈕時彈出振動監(jiān)測分析的界面，如下所示： 圖 3 振動監(jiān)測界面 2）趨勢分析 系統(tǒng)能按年、月、日、小時等方式顯示一個或多個測點的歷史數(shù)據(jù)趨勢曲線，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值的限定范圍實現(xiàn)趨勢分析，并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)信息提供設(shè)備檢修指導(dǎo)。 在圖 4 中可以看到變量參數(shù)的曲線走向，每分鐘記錄歸檔一次，并且可 以自由選擇日期時間查看歸檔信息，根據(jù)需要打印報表。在工具欄中有下列功能菜單：振動監(jiān)測 第一條數(shù)據(jù)記錄，前一條數(shù)據(jù)記錄，后一條數(shù)據(jù)記錄，最后一條數(shù)據(jù)記錄，啟動停止，標(biāo)尺，縮放，趨勢開關(guān)，時間范圍選擇等。 圖 4 參數(shù)變化趨勢圖 1 按下 曲線開關(guān)按鈕，顯示如下圖 5，可以自由選擇不同的變量，并選擇某個變量的曲線是可見還是不可見的。按下 標(biāo)尺按鈕，在曲線圖下面會出現(xiàn)一個表格，表格里面是變量和日期等。 圖 5 參數(shù)變化趨勢圖 2 按下 時間范圍選擇按鈕，顯示如下圖 6，可以對不同的變量選擇不同的時間，就會出現(xiàn)它對應(yīng)的 歷史曲線。 圖 6 參數(shù)變化趨勢圖 3 1#溫度歷史曲線， 1壓力歷史曲線， 2#溫度歷史曲線， 2壓力歷史曲線，這 4 個界面操作是類似的，僅數(shù)據(jù)內(nèi)容不同。 3）數(shù)據(jù)儲存和管理 風(fēng)壓、風(fēng)量、風(fēng)速、電量、風(fēng)機及電機的各種溫度、風(fēng)機的振動等各種監(jiān)測參數(shù)實現(xiàn)定時存儲，數(shù)據(jù)能保存 一至兩年甚至更長時間。風(fēng)機性能參數(shù)每小時記錄一次；故障參數(shù)每分鐘記錄一次，可以很方便地進行查詢。同時，也便于管理部門（如通風(fēng)科、調(diào)度室等）分析有關(guān)數(shù)據(jù)，強化通風(fēng)機的管理。實時趨勢顯示：系統(tǒng)能按年、月、日、時、分、秒等時間格式實時顯示本系統(tǒng)中溫度、瓦斯?jié)舛取毫?、風(fēng)速、風(fēng)量、振動位移等參數(shù)的趨勢曲線，并可以無級放大縮小顯示，自定義參數(shù)范圍、打印曲線等；歷史趨勢顯示：系統(tǒng)能按年、月、日、時、分、秒等時間格式顯示本系統(tǒng)中溫度、瓦斯?jié)舛取毫?、風(fēng)速、風(fēng)量、振動位移等參數(shù)的歷史存檔數(shù)據(jù)并繪制趨勢曲線，同時可以無級放大 縮小顯示，自定義參數(shù)范圍、打印曲線等。 在溫度變量記錄界面下顯示電機的溫度參數(shù)，如圖 7。每分鐘記錄歸檔一次，并且可以自由選擇日期時間查看歸檔信息，根據(jù)需要打印不同格式的報表。工具欄中的功能如下（從左至右）， First Data Record(第一條數(shù)據(jù)記錄 )， Previous data record(前一條數(shù)據(jù)記錄 )， Next data record(下一條記錄 )， Last data record（最后一條數(shù)據(jù)記錄）， Start/Stop(開始 /停止更新 )。選擇列，選擇時間范圍等。 圖 7 溫度記 用鼠標(biāo)的左鍵單擊時鐘的圖標(biāo) ，將會出現(xiàn)如下的界面圖 8，對變量歸檔進行時間范圍的選擇。 圖 8 時間選擇界面 溫度變量記錄的界面和壓力變量記錄的界面是一樣的，只是顯示的數(shù)據(jù)內(nèi)容不同而已。 4）報警記錄和用戶管理 報警記錄界面中顯示報警的信息，有長期報警，短期報警，打印，排序，激活等。報警列表中包含有日期 、時間、編號、持續(xù)時間和報警消息等。報警消息進入為紅色，離開為綠色，確認(rèn)為藍色，如圖 9。 對系統(tǒng)中重要過程參數(shù)如風(fēng)速、風(fēng)量、溫度、瓦斯?jié)舛?、振動位移等實現(xiàn)在線設(shè)定其報警閥值（高高限、高限、低限、低低限），并立即生效。 對于使用本系統(tǒng)的用戶進行分級管理，按照權(quán)限由小到大依次分為監(jiān)視員、操作員和系統(tǒng)工程師三種級別。每種級別的用戶分別賦予不同的權(quán)限，具有最高權(quán)限的工程師級別的用戶還可以添加、刪除和修改系統(tǒng)中的用戶。 操作日志及查詢 :對于用戶在使用本系統(tǒng)中的一些重要操作如修改報警現(xiàn)值、添加和修改用戶、報警確 認(rèn)和關(guān)閉系統(tǒng)等，都生成操作記錄并保存，用戶可以隨時查閱操作記錄并打印。 圖 9 報警記錄界面 四、系統(tǒng)特點 4.1 高可靠性 設(shè)計上充分考慮系統(tǒng)的電磁抗干擾能力，既要保證系統(tǒng)本身不受現(xiàn)有系統(tǒng)和電源的干擾，也要保證本項目不會干擾已有系統(tǒng)的運行，系統(tǒng)外的信號接入系統(tǒng)時，都采用信號隔離模塊進行隔離。 采用低功耗、散熱好的硬件設(shè)備，散熱系統(tǒng)設(shè)計合理。 嚴(yán)格的器件選型：系統(tǒng)的所有硬件器件都選用國內(nèi)外知名品牌。 嚴(yán)格的系統(tǒng)測試，數(shù)據(jù)采集站要經(jīng)過高低溫試驗、濕度試驗、電磁兼容性試驗；系統(tǒng)軟件要經(jīng)過功能測試、 容量測試、異常測試等。 4.2 實用、易操作性 功能設(shè)計全面實用，界面設(shè)計專業(yè)、友好，讓用戶全面了解各種監(jiān)測信息。 以專業(yè)設(shè)計的簡捷流程實現(xiàn)復(fù)雜的功能，最大限度地減少用戶學(xué)習(xí)操作的時間。 4.3 監(jiān)測信息全面 監(jiān)測指標(biāo)包括：各類開關(guān)量，振動量，性能參數(shù)，如電量、負壓、風(fēng)量、瓦斯?jié)舛?、溫度量、風(fēng)機效率等。 可根據(jù)用戶需求