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

作時間:2019-09-02  來源:  作者:
   
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)狀和使用過程中存在問題,從硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)方面,對通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化升級設(shè)計,并將其在山西陽泰集團(tuán)竹林山煤業(yè)進(jìn)行了應(yīng)用測試,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)簡單、功能單一、故障率高、可靠性差等問題,極易因非正常停電而導(dǎo)致井下的瓦斯?jié)舛壬,?yán)重影響著井下作業(yè)安全和煤礦生產(chǎn)效率 ;而國外的先金計算機(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)存在價格高、供貨周期長等問題,一致被國外廠家所壟斷,嚴(yán)重制約著國內(nèi)煤礦自動化水平的進(jìn)步。隨著技術(shù)的不斷提升,國內(nèi)學(xué)者也對通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)開展了大量的研究。中國礦業(yè)大學(xué)的陳開巖等人將通風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中的各類工況因素進(jìn)行結(jié)合評估,開發(fā)了一套實(shí)用性較強(qiáng)的通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)評價軟件。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)控對象,建立了一套綜合性的通訊監(jiān)控平臺和監(jiān)控軟件,實(shí)現(xiàn)了對通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時檢測系統(tǒng)。
綜上分析,國內(nèi)在礦用通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)領(lǐng)域的研究相對較成熟,但針對井下復(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,已成為國內(nèi)諸多學(xué)者和煤礦企業(yè)重點(diǎn)研究和考慮的問題,這對提升監(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)使用中的主要問題
結(jié)合前文分析,雖目前國內(nèi)對通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了大量的研究,但其在使用過程中仍存在一定問題,主要問題為 :(1)所建立的監(jiān)控系統(tǒng)僅對井下主要的通風(fēng)量、通風(fēng)壓力等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測采集,監(jiān)測范圍較窄,理論計算算法較簡單,偶爾會發(fā)生誤報、延遲報警等現(xiàn)象,不能較為精準(zhǔn)、快速的對通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測分析 ;(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)行全面檢測和智能處理,自動化遠(yuǎn)程控制功能相對較弱 ;(3)現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸時間較長,遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障診斷能力較薄弱,無法實(shí)現(xiàn)自動化、實(shí)時性的數(shù)據(jù)傳輸,影響了對通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和井下環(huán)境的監(jiān)測 ;(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)振動變送器選型。由于通風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中,轉(zhuǎn)子、定子等零件之間會出現(xiàn)摩擦較大、運(yùn)轉(zhuǎn)不平衡等問題,使通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生了較大程度的振動現(xiàn)象,在該監(jiān)控系統(tǒng)中需對通風(fēng)機(jī)振動情況進(jìn)行監(jiān)測。因此,選用了 TMS-HZD 型的一體化振動變送器來監(jiān)測通風(fēng)機(jī)的振動參數(shù)。該單法蘭液位計集成了傳統(tǒng)的精密測量電路、振動傳感器等,并直接與單法蘭液位計、DC 等系統(tǒng)進(jìn)行連接,采用電磁感應(yīng)原理來檢測輸出信號,可更加精que的對通風(fēng)機(jī)振動狀態(tài)進(jìn)行檢測,目前,在國內(nèi)通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用得較為廣泛。其中,該振動變送器的電動勢計算公式為 : U = B × L × V 。式中 : B 為磁感應(yīng)強(qiáng)度,T ; L 為磁場中線圈的有效長度,m ; V為磁場中線圈運(yùn)動的相對速度,m/s。
(2)數(shù)據(jù)采集卡選型。通過數(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 位模擬信號輸入,可對電壓、電流信號進(jìn)行精que測量的 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)信號的采集,并顯著提高了信號的抗干擾能力。
(3)壓力變送器選型。通風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中,受井下作業(yè)環(huán)境影響,經(jīng)常受到不同靜壓、動壓及全壓的影響,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)入口為檢測點(diǎn),利用壓力變送器對其工作壓力進(jìn)行檢測,并轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電信號,以此來實(shí)現(xiàn)對通風(fēng)機(jī)工作壓力的實(shí)時檢測。其中,通風(fēng)機(jī)工作過程中的全壓計算公式為 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。該變送器具有檢測精度高、儀器運(yùn)行可靠、使用壽命長等特點(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。該監(jiān)控系統(tǒng)中,需對主通風(fēng)機(jī)的啟動程序進(jìn)行設(shè)計。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,并同時將井下的風(fēng)門進(jìn)行關(guān)閉 ;當(dāng)系統(tǒng)啟動后,反之將井下風(fēng)門打開,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 號風(fēng)機(jī)和 2 號風(fēng)機(jī),為防止兩個風(fēng)機(jī)同時啟動給電網(wǎng)帶來較大用電沖擊,故采用了先啟動 1 號風(fēng)機(jī),在定時器 T 0 的控制下,30 s 后再啟動 2 號風(fēng)機(jī),當(dāng)兩個風(fēng)機(jī)的控制系統(tǒng)達(dá)到一致狀態(tài)后,打開 1 號、2 號風(fēng)機(jī)風(fēng)門,關(guān)閉地面風(fēng)門,由此,完成整個通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的高效、安全啟動。
(2)自動倒換風(fēng)機(jī)控制流程設(shè)計。在通風(fēng)機(jī)實(shí)際工作過程中,風(fēng)機(jī)會由于井下環(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,為保證井下通風(fēng)性能,需及時啟動備用通風(fēng)機(jī)開始工作,而此倒換風(fēng)機(jī)的切換控制則可通過單法蘭液位計模塊來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)自動倒換風(fēng)機(jī)控制的流程可知,若通風(fēng)機(jī) 1 在正常工作過程中,突然發(fā)生停轉(zhuǎn)故障,在無人操作情況下可通過單法蘭液位計將開關(guān)自動切換并啟動通風(fēng)機(jī) 2,同時,關(guān)閉風(fēng)機(jī) 1 的風(fēng)門,當(dāng)通風(fēng)機(jī) 2 啟動后,打開其配套的風(fēng)門和關(guān)閉 2 號地面風(fēng)門,以此來實(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)場應(yīng)用測試
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,將其在山西陽泰集團(tuán)竹林山煤業(yè)進(jìn)行了應(yīng)用測試。測試結(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,能針對通風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)溫度過高、電壓過大、振動較強(qiáng)等運(yùn)行問題進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控,并在控制中心發(fā)出聲光報警提示。另外,該監(jiān)控系統(tǒng)存儲了通風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中的各類數(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
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)狀和使用過程中存在問題,從硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)方面,對通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化升級設(shè)計,并將其在淮北煤礦進(jìn)行了應(yīng)用測試,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。不斷對通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控水平進(jìn)行升級提升,對提高井下作業(yè)安全、降低企業(yè)經(jīng)濟(jì)支出具有重要意義。
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