礦井通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

礦井通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在本文檔中，本文檔采用最新的計(jì)算機(jī)測(cè)量技術(shù)和設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)控本文檔的每個(gè)操作參數(shù)，評(píng)估設(shè)備的運(yùn)行，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常并報(bào)警，這對(duì)提高通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性起到了重要作用。滿(mǎn)足煤礦現(xiàn)場(chǎng)的需要。1監(jiān)控系統(tǒng)的對(duì)象、主要功能和特點(diǎn)1.1風(fēng)機(jī)的切換系統(tǒng)本系統(tǒng)的監(jiān)控對(duì)象為2臺(tái)G4-73-11NO.25D型離心式通風(fēng)機(jī)及配套電機(jī),2臺(tái)風(fēng)機(jī)共用一條進(jìn)風(fēng)道,出風(fēng)口獨(dú)立,抽出式通風(fēng)系統(tǒng),通過(guò)控制風(fēng)門(mén)絞車(chē)實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的切換;電動(dòng)機(jī)為同步勵(lì)磁電機(jī),定子工作電壓6kV,轉(zhuǎn)子工作電壓150V。因此,本系統(tǒng)主要監(jiān)測(cè)的工作參數(shù)為:風(fēng)機(jī)的軸承溫度、振動(dòng)量;電機(jī)的電壓、電流、轉(zhuǎn)速和功率;風(fēng)道風(fēng)量、風(fēng)速和風(fēng)壓;以及風(fēng)門(mén)絞車(chē)的控制狀態(tài)等。1.2風(fēng)機(jī)后臺(tái)管理功能(1)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)礦井的風(fēng)量、風(fēng)速參數(shù)。(4)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各風(fēng)機(jī)的運(yùn)行電參數(shù),如三相電壓、三相電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)等。(5)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各風(fēng)機(jī)的前后軸承溫度及x方向、y方向和z方向的振動(dòng)幅值。(8)具有風(fēng)機(jī)檢測(cè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表、歷史數(shù)據(jù)報(bào)表查詢(xún)和打印功能;任意參數(shù)變量的歷史數(shù)據(jù)記錄查詢(xún)功能。實(shí)時(shí)打印數(shù)據(jù)報(bào)表或定時(shí)打印數(shù)據(jù)報(bào)表。(9)具有風(fēng)壓、風(fēng)量、溫度、振動(dòng)等參數(shù)的歷史趨勢(shì)曲線;可查看溫度、壓力等參數(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線。(10)具有用戶(hù)操作安全登陸管理功能,在后臺(tái)機(jī)上進(jìn)行PLC程序修改,直觀、方便,防止無(wú)關(guān)人員的誤操作。(11)用戶(hù)界面友好,操作簡(jiǎn)單,通過(guò)鼠標(biāo)即可完成。(12)自動(dòng)/手動(dòng)控制各風(fēng)門(mén)的通風(fēng)、反風(fēng)狀態(tài),并自動(dòng)監(jiān)測(cè)風(fēng)門(mén)的通風(fēng)、反風(fēng)位置開(kāi)關(guān)到位狀態(tài)。(13)選用的變送器均經(jīng)過(guò)防振處理,使用壽命長(zhǎng),數(shù)據(jù)采集變換精度高,信號(hào)輸出穩(wěn)定。(14)能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將相關(guān)數(shù)據(jù)傳送給礦調(diào)度中心及有關(guān)主管職能部門(mén)。2上、原位機(jī)結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示,主要有后臺(tái)工控機(jī)、可編程控制器、電量變送器、振動(dòng)─溫度變送器及壓力變送器等,設(shè)計(jì)成上、下位機(jī)結(jié)構(gòu),工控機(jī)為上位機(jī),可編程控制器PLC為下位機(jī)。2.1u3000電源和根據(jù)主監(jiān)控計(jì)算機(jī)選擇國(guó)際知名品牌──研華IPC-610工控機(jī);配置飛利浦高亮度、高分辨率、高清晰度的107P5純平顯示器;UPS選用美國(guó)艾佩斯APC不間斷后備式電源;打印機(jī)選用惠普HPLaser1020打印機(jī);測(cè)量變送器選用中科院科熱公司等穩(wěn)定性好、可靠性高的產(chǎn)品;PLC可編程控制器采用國(guó)際知名品牌──德國(guó)西門(mén)子公司S7-200系列PLC。2.2監(jiān)控軟件建設(shè)主監(jiān)控系統(tǒng)的操作系統(tǒng)軟件為Windows2000professional,工控軟件為國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛、穩(wěn)定性好的“組態(tài)王”6.51版,為平臺(tái)編制監(jiān)控軟件并向網(wǎng)絡(luò)傳輸監(jiān)控信息。PLC編程軟件采用STEP7-Micro/WIN,由PLC完成對(duì)各類(lèi)監(jiān)測(cè)參數(shù)的采集、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理和現(xiàn)場(chǎng)控制,向后臺(tái)傳輸監(jiān)控信息并執(zhí)行后臺(tái)的指令。2.3生產(chǎn)力指標(biāo)2.3.1現(xiàn)場(chǎng)通信類(lèi)型RS485通訊速率19200b/s,9600b/s;參數(shù)巡檢周期1.0s;單通道模擬量轉(zhuǎn)換時(shí)間3ms。2.3.2線性轉(zhuǎn)換誤差分辨率1/32000;精度:±2%滿(mǎn)量程;典型值:0.5%滿(mǎn)量程;信號(hào)輸入0~20mA;轉(zhuǎn)換線性誤差:max±0.050%;光電式轉(zhuǎn)速傳感器精度0.5r/min。2.3.3采樣速率控制模塊電量參數(shù)監(jiān)測(cè)采用EDA9033A電量參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊。采用電磁隔離和光電隔離技術(shù),電壓輸入、電流輸入及輸出三方完全隔離。輸出接口:RS-485。通訊速率(b/s):9600、19200。通訊協(xié)議:雙協(xié)議,一模塊同時(shí)具有ASCII碼格式和十六進(jìn)制格式雙協(xié)議。輸入:交流50/60Hz,三相電壓、電流。輸出:三相電壓ua、ub、uc,三相電流Ia、Ib、Ic的有效值,有功功率P,無(wú)功功率Q,功率因數(shù)。以百分?jǐn)?shù)形式輸出數(shù)據(jù)。輸入信號(hào)每通道采樣速率:40kHz,交流采樣。輸入響應(yīng)時(shí)間(模塊內(nèi)數(shù)據(jù)更新率):250ms,同步測(cè)量。隔離電壓:1000VDC。精度等級(jí):0.2級(jí)。2.3.4振動(dòng)溫度測(cè)量變量差振動(dòng)─溫度一體測(cè)量變送器技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。2.3.5風(fēng)機(jī)斷面的差壓差異風(fēng)速采用測(cè)量風(fēng)道上下游差壓的方式,當(dāng)紊亂氣流通過(guò)局部變截面時(shí),會(huì)產(chǎn)生損失壓差,加上動(dòng)靜壓轉(zhuǎn)換壓差,就可實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的在線監(jiān)測(cè);信號(hào)的大小與流場(chǎng)的紊亂程度、局部變截面的類(lèi)型和變化程度有關(guān)。即通過(guò)對(duì)風(fēng)道中某個(gè)局變區(qū)段的靜壓差實(shí)施監(jiān)測(cè),并采用高精度測(cè)速儀進(jìn)行各工況的風(fēng)量測(cè)定,以確定風(fēng)量與差壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系,從而實(shí)現(xiàn)礦井通風(fēng)系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)的間接測(cè)量方法──差壓風(fēng)量監(jiān)測(cè)法。差壓風(fēng)量監(jiān)測(cè)法的取壓點(diǎn)設(shè)在風(fēng)機(jī)的入口或出口風(fēng)道中局變區(qū)段的兩端,由流體力學(xué)的方程式式中p──差壓,Paρ──空氣密度,kg/m3v──風(fēng)流流動(dòng)速度,m/sz──標(biāo)高,mt──時(shí)間,sl──風(fēng)流的流線長(zhǎng)度,mg──重力加速度,m/s2風(fēng)流中的流動(dòng)速度可以看做定長(zhǎng)流。則相對(duì)于兩端面來(lái)說(shuō),風(fēng)機(jī)軸線是水平的,則有式(3)表明,在流量損失可以忽略時(shí),各斷面上全壓相等,并且斷面上的靜壓和動(dòng)壓可以相互轉(zhuǎn)化。風(fēng)速大的斷面靜壓低,反之,風(fēng)速小的斷面靜壓大。如圖2所示,根據(jù)以上原理,將一個(gè)斷面(定義為Ⅰ)選在風(fēng)機(jī)入口集流器附近,另一斷面(定義為Ⅱ)選在風(fēng)機(jī)動(dòng)輪前集流罩處環(huán)流空間上,因Ⅰ、Ⅱ兩斷面的不同會(huì)產(chǎn)生靜壓差,滿(mǎn)足Ⅰ、Ⅱ兩斷面微小流動(dòng)損失的前提。由式(3)知,Ⅰ、Ⅱ斷面的靜壓差就是Ⅰ、Ⅱ斷面的動(dòng)壓差,即式中qv──主通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量,m3/sa1,a2──分別為Ⅰ、Ⅱ斷面的斷面積,m2Δp1-2──斷面Ⅰ、Ⅱ的靜壓差根據(jù)上述推導(dǎo),當(dāng)流體流經(jīng)變截面構(gòu)件時(shí)有當(dāng)流量足夠大時(shí),式中系數(shù)k為常數(shù),其大小也可通過(guò)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)求得。風(fēng)壓力的測(cè)量原理是鉆孔取壓。壓力的測(cè)量點(diǎn)選在風(fēng)機(jī)的入口,將取得的壓力信號(hào)通過(guò)壓力變送器轉(zhuǎn)換成4~20mA電信號(hào)。2.4線實(shí)時(shí)曲線的顯示監(jiān)控上位機(jī)通電后,即自動(dòng)進(jìn)入監(jiān)控系統(tǒng)界面。點(diǎn)擊“主通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)”名稱(chēng),即進(jìn)入監(jiān)測(cè)參數(shù)畫(huà)面和系統(tǒng)的主菜單欄,系統(tǒng)的主菜單位于畫(huà)面的頂部,主菜單為系統(tǒng)的運(yùn)行畫(huà)面轉(zhuǎn)換畫(huà)面,下拉式操作。主菜單主要包含下列菜單:(1)實(shí)時(shí)曲線實(shí)時(shí)曲線為當(dāng)前運(yùn)行時(shí)間前5h時(shí)間內(nèi)的參數(shù)曲線,通過(guò)點(diǎn)擊主菜單的第一項(xiàng)“實(shí)時(shí)曲線”菜單,選擇要查看的實(shí)時(shí)曲線?？梢圆榭吹膶?shí)時(shí)曲線有“1#風(fēng)機(jī)軸溫”、“1#風(fēng)機(jī)振動(dòng)”、“2#風(fēng)機(jī)軸溫”、“2#風(fēng)機(jī)振動(dòng)”。(2)歷史趨勢(shì)曲線本系統(tǒng)歷史趨勢(shì)曲線分為特定參數(shù)歷史曲線和任意參數(shù)歷史趨勢(shì)曲線,對(duì)歷史趨勢(shì)曲線,不能夠自動(dòng)卷動(dòng),它與功能按鈕一起工作,共同完成歷史數(shù)據(jù)曲線的查看工作,這些按鈕可以完成翻頁(yè)、設(shè)定時(shí)間參數(shù)、啟動(dòng)/停止記錄等功能。當(dāng)需要查看某一變量參數(shù)的歷史趨勢(shì)曲線時(shí),在主菜單欄選擇“歷史趨勢(shì)曲線”菜單,出現(xiàn)可以查看的曲線選擇,移動(dòng)鼠標(biāo)點(diǎn)擊相應(yīng)曲線名稱(chēng)即可。(3)報(bào)表查詢(xún)與打印報(bào)表查詢(xún)包括通風(fēng)機(jī)1主要參數(shù)查詢(xún)報(bào)表、通風(fēng)機(jī)2主要參數(shù)查詢(xún)報(bào)表以及事件記錄查詢(xún)報(bào)表。2.5風(fēng)機(jī)、風(fēng)門(mén)絞車(chē)控制器為減少風(fēng)機(jī)控制設(shè)施和占地空間,我們將風(fēng)機(jī)的開(kāi)、停,風(fēng)門(mén)絞車(chē)的操作、到位指示集中安裝在監(jiān)控臺(tái)上,后臺(tái)機(jī)嵌入臺(tái)面。通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)、風(fēng)門(mén)絞車(chē)的“自動(dòng)/手動(dòng)”控制。即自動(dòng)狀態(tài)時(shí),風(fēng)機(jī)、風(fēng)門(mén)的動(dòng)作可由后臺(tái)微機(jī)來(lái)控制,操作臺(tái)按鈕不起作用。手動(dòng)狀態(tài)時(shí),僅可由操作臺(tái)按鈕來(lái)控制,后臺(tái)微機(jī)不能操作。3風(fēng)機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)結(jié)果實(shí)踐證明,上述主通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理,軟硬件選型正確,設(shè)備運(yùn)行可靠,PLC程序語(yǔ)言簡(jiǎn)單,易被現(xiàn)場(chǎng)人員掌握,擴(kuò)展、維護(hù)方便。系統(tǒng)檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確,輸出報(bào)表完整,符合通風(fēng)機(jī)性能測(cè)試要求,PLC和后臺(tái)機(jī)實(shí)現(xiàn)雙層監(jiān)測(cè)和控制,為通風(fēng)系統(tǒng)的及時(shí)維護(hù)和有效調(diào)節(jié)提供可靠依據(jù),提高了通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行可