基于單法蘭液位計(jì)的礦用通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改進(jìn)研究

隨著guojia科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的智能化監(jiān)控水平也得到明顯提升，這已成為煤礦領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。本文結(jié)合礦用通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和使用過(guò)程中存在問(wèn)題，從硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)方面，對(duì)通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化升級(jí)設(shè)計(jì)，并將其在山西陽(yáng)泰集團(tuán)竹林山煤業(yè)進(jìn)行了應(yīng)用測(cè)試，優(yōu)化后監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控功能和智能化程度均得到了較大程度的提升。

 

1 通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)研究現(xiàn)狀分析

早期，國(guó)內(nèi)的通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要采用空氣接觸器控制方式，存在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能單一、故障率高、可靠性差等問(wèn)題，極易因非正常停電而導(dǎo)致井下的瓦斯?jié)舛壬�高，�?yán)重影響著井下作業(yè)安全和煤礦生產(chǎn)效率 ；而國(guó)外的先金計(jì)算機(jī)控制技術(shù)被廣泛應(yīng)用到通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，有效提高了煤礦的生產(chǎn)效率和安全性，但此控制系統(tǒng)存在價(jià)格高、供貨周期長(zhǎng)等問(wèn)題，一致被國(guó)外廠家所壟斷，嚴(yán)重制約著國(guó)內(nèi)煤礦自動(dòng)化水平的進(jìn)步。隨著技術(shù)的不斷提升，國(guó)內(nèi)學(xué)者也對(duì)通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)展了大量的研究。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)的陳開(kāi)巖等人將通風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的各類工況因素進(jìn)行結(jié)合評(píng)估，開(kāi)發(fā)了一套實(shí)用性較強(qiáng)的通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)軟件。中南大學(xué)的吳麗春等人選用風(fēng)壓、溫度、風(fēng)速、風(fēng)機(jī)啟停狀態(tài)等為監(jiān)控對(duì)象，建立了一套綜合性的通訊監(jiān)控平臺(tái)和監(jiān)控軟件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)。

綜上分析，國(guó)內(nèi)在礦用通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)領(lǐng)域的研究相對(duì)較成熟，但針對(duì)井下復(fù)雜的工況環(huán)境，不斷提升通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控性能，已成為國(guó)內(nèi)諸多學(xué)者和煤礦企業(yè)重點(diǎn)研究和考慮的問(wèn)題，這對(duì)提升監(jiān)控系統(tǒng)智能化遠(yuǎn)程監(jiān)控水平和井下作業(yè)安全性具有重點(diǎn)作用。

 

2 監(jiān)控系統(tǒng)使用中的主要問(wèn)題

結(jié)合前文分析，雖目前國(guó)內(nèi)對(duì)通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了大量的研究，但其在使用過(guò)程中仍存在一定問(wèn)題，主要問(wèn)題為 ：（1）所建立的監(jiān)控系統(tǒng)僅對(duì)井下主要的通風(fēng)量、通風(fēng)壓力等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)采集，監(jiān)測(cè)范圍較窄，理論計(jì)算算法較簡(jiǎn)單，偶爾會(huì)發(fā)生誤報(bào)、延遲報(bào)警等現(xiàn)象，不能較為精準(zhǔn)、快速的對(duì)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析 ；（2）現(xiàn)有的通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要還停留在通風(fēng)量監(jiān)控階段，不能對(duì)通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀況、設(shè)備故障等方面進(jìn)行全面檢測(cè)和智能處理，自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制功能相對(duì)較弱 ；（3）現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間較長(zhǎng)，遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障診斷能力較薄弱，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、實(shí)時(shí)性的數(shù)據(jù)傳輸，影響了對(duì)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和井下環(huán)境的監(jiān)測(cè) ；（4）由于監(jiān)控系統(tǒng)為一套好立的運(yùn)行系統(tǒng)，主要安裝在通風(fēng)機(jī)機(jī)房，而未與煤礦生產(chǎn)相關(guān)的系統(tǒng)建立密切的通訊，導(dǎo)致企業(yè)不能全局對(duì)井下作業(yè)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控 ；鑒于以上原因，在現(xiàn)有礦用通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，不斷提升監(jiān)控系統(tǒng)的綜合性能，建立具有故障職能診斷、設(shè)備可控化和智能化的礦用通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)成為當(dāng)下發(fā)展的重要方向。

 

3 監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)

3.1 硬件系統(tǒng)優(yōu)化

（1）振動(dòng)變送器選型。由于通風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，轉(zhuǎn)子、定子等零件之間會(huì)出現(xiàn)摩擦較大、運(yùn)轉(zhuǎn)不平衡等問(wèn)題，使通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生了較大程度的振動(dòng)現(xiàn)象，在該監(jiān)控系統(tǒng)中需對(duì)通風(fēng)機(jī)振動(dòng)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。因此，選用了 TMS-HZD 型的一體化振動(dòng)變送器來(lái)監(jiān)測(cè)通風(fēng)機(jī)的振動(dòng)參數(shù)。該單法蘭液位計(jì)集成了傳統(tǒng)的精密測(cè)量電路、振動(dòng)傳感器等，并直接與單法蘭液位計(jì)、DC 等系統(tǒng)進(jìn)行連接，采用電磁感應(yīng)原理來(lái)檢測(cè)輸出信號(hào)，可更加精que的對(duì)通風(fēng)機(jī)振動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，目前，在國(guó)內(nèi)通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用得較為廣泛。其中，該振動(dòng)變送器的電動(dòng)勢(shì)計(jì)算公式為 ： U = B × L × V 。式中 ： B 為磁感應(yīng)強(qiáng)度，T ； L 為磁場(chǎng)中線圈的有效長(zhǎng)度，m ； V為磁場(chǎng)中線圈運(yùn)動(dòng)的相對(duì)速度，m/s。

（2）數(shù)據(jù)采集卡選型。通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡，可將各傳感器采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集匯總，并將數(shù)據(jù)傳遞給計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行分析判斷。因此，數(shù)據(jù)采集卡采用了帶有 12 位模擬信號(hào)輸入，可對(duì)電壓、電流信號(hào)進(jìn)行精que測(cè)量的 IPC5488 式采集卡，該采集卡具有采集精度高、響應(yīng)快、量程款、采集通道多等特點(diǎn)，可有效快捷的實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集，并顯著提高了信號(hào)的抗干擾能力。

（3）壓力變送器選型。通風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，受井下作業(yè)環(huán)境影響，經(jīng)常受到不同靜壓、動(dòng)壓及全壓的影響，不同的工作壓力直接影響著通風(fēng)機(jī)的安全工作。因此，選擇通風(fēng)機(jī)入口為檢測(cè)點(diǎn)，利用壓力變送器對(duì)其工作壓力進(jìn)行檢測(cè)，并轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)工作壓力的實(shí)時(shí)檢測(cè)。其中，通風(fēng)機(jī)工作過(guò)程中的全壓計(jì)算公式為 P=P 1 +P 2 。式中 ： P 為全壓，Pa ； P 1 為靜壓，Pa ； P 2 為動(dòng)壓，Pa。

壓力變送器選用了 FL102-A2 型微差壓變送器。該變送器具有檢測(cè)精度高、儀器運(yùn)行可靠、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，能完全滿足井下通風(fēng)機(jī)不同工況下的使用需求。

 

3.2 軟件系統(tǒng)優(yōu)化

（1）主程序控制流程設(shè)計(jì)。該監(jiān)控系統(tǒng)中，需對(duì)主通風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。在該程序流程中，shou先，應(yīng)將地面的進(jìn)風(fēng)口進(jìn)行打開(kāi)，并同時(shí)將井下的風(fēng)門進(jìn)行關(guān)閉 ；當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，反之將井下風(fēng)門打開(kāi)，關(guān)閉地面風(fēng)門。完成初始化程序后，由于井下通風(fēng)系統(tǒng)中一般包含了 1 號(hào)風(fēng)機(jī)和 2 號(hào)風(fēng)機(jī)，為防止兩個(gè)風(fēng)機(jī)同時(shí)啟動(dòng)給電網(wǎng)帶來(lái)較大用電沖擊，故采用了先啟動(dòng) 1 號(hào)風(fēng)機(jī)，在定時(shí)器 T 0 的控制下，30 s 后再啟動(dòng) 2 號(hào)風(fēng)機(jī)，當(dāng)兩個(gè)風(fēng)機(jī)的控制系統(tǒng)達(dá)到一致?tīng)顟B(tài)后，打開(kāi) 1 號(hào)、2 號(hào)風(fēng)機(jī)風(fēng)門，關(guān)閉地面風(fēng)門，由此，完成整個(gè)通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的高效、安全啟動(dòng)。

（2）自動(dòng)倒換風(fēng)機(jī)控制流程設(shè)計(jì)。在通風(fēng)機(jī)實(shí)際工作過(guò)程中，風(fēng)機(jī)會(huì)由于井下環(huán)境的特殊性或其他突發(fā)情況而出現(xiàn)不能正常運(yùn)行的故障，此時(shí)，為保證井下通風(fēng)性能，需及時(shí)啟動(dòng)備用通風(fēng)機(jī)開(kāi)始工作，而此倒換風(fēng)機(jī)的切換控制則可通過(guò)單法蘭液位計(jì)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)自動(dòng)倒換風(fēng)機(jī)控制的流程可知，若通風(fēng)機(jī) 1 在正常工作過(guò)程中，突然發(fā)生停轉(zhuǎn)故障，在無(wú)人操作情況下可通過(guò)單法蘭液位計(jì)將開(kāi)關(guān)自動(dòng)切換并啟動(dòng)通風(fēng)機(jī) 2，同時(shí)，關(guān)閉風(fēng)機(jī) 1 的風(fēng)門，當(dāng)通風(fēng)機(jī) 2 啟動(dòng)后，打開(kāi)其配套的風(fēng)門和關(guān)閉 2 號(hào)地面風(fēng)門，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)井下的持續(xù)通風(fēng)功能，保證井下作業(yè)的正常作業(yè)和生產(chǎn)安全。

 

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用測(cè)試

為驗(yàn)證前文優(yōu)化改進(jìn)的通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)際監(jiān)控效果，將其在山西陽(yáng)泰集團(tuán)竹林山煤業(yè)進(jìn)行了應(yīng)用測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，改進(jìn)后的通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)各項(xiàng)功能運(yùn)行正常且更加全面，能針對(duì)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)溫度過(guò)高、電壓過(guò)大、振動(dòng)較強(qiáng)等運(yùn)行問(wèn)題進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并在控制中心發(fā)出聲光報(bào)警提示。另外，該監(jiān)控系統(tǒng)存儲(chǔ)了通風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的各類數(shù)據(jù)信息，并生成了運(yùn)行數(shù)據(jù)曲線圖，可為后期開(kāi)展通風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況的數(shù)據(jù)分析提供有利的數(shù)據(jù)資源。據(jù)煤礦企業(yè)人員介紹，現(xiàn)有煤礦越來(lái)越注重通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的智能化程度，不斷提升通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的智能化和遠(yuǎn)程監(jiān)控水平，已成為當(dāng)下通風(fēng)機(jī)發(fā)展的重要方向。

 

5 結(jié)語(yǔ)

不斷提升通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的智能化水平，已成為煤礦企業(yè)保證井下生產(chǎn)效率和作業(yè)安全的重要保證。因此，結(jié)合礦用通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和使用過(guò)程中存在問(wèn)題，從硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)方面，對(duì)通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化升級(jí)設(shè)計(jì)，并將其在淮北煤礦進(jìn)行了應(yīng)用測(cè)試，結(jié)果表明，優(yōu)化后的通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)各項(xiàng)功能更加全面，監(jiān)控精度和智能化程度更高，更能滿足通風(fēng)機(jī)井下不同工況的使用需要。不斷對(duì)通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控水平進(jìn)行升級(jí)提升，對(duì)提高井下作業(yè)安全、降低企業(yè)經(jīng)濟(jì)支出具有重要意義。