煤矿用主通风机性能在线监测系统原理及故障分析

学术论文《硅谷》朱建江,李 晋 2009-11-17 10:57:22

  摘  要:解决矿井含尘、潮湿、气流脉动的恶劣通风环境下风量的在线监测的重大技术难题,并在推广过程中完成由监测到监控的产品升级与系列化,为煤矿安全整改提供大型要害设备矿井主通风机急需的安全保护装置,为安全监管搭建科学的信息平台。
  关键词:风机 在线监测 系统 原理 故障 分析
  
  一、引言
  随着windows操作系统主流地位的确立,PC总线工控机在自动化领域的普及,基于PC总线和windows平台的工控软件越来越多。国外开发的软件功能较强,但价格也贵;国内软件价格相对便宜,但功能有的不能满足一些要求。KJZ-3型矿井主通风机性能在线监测系统价格适中,功能较完善,在伯方煤矿实际应用中取得了较好的经济和技术效果。
  该系统由引压管路、压力传感器、温度传感器、振动传感器、振动变送器、电量变送器、数据采集、控制柜和微机终端组成。各环节的设计充分考虑了煤矿通风环境的特点,引压装置将压力信号分配至相应的传感器,传感器将负压、差压信号转换成电信号,控制柜将电信号转换为数字信号并通过通讯线路传送到微机终端,通过计算机采集、处理显示和打印监测结果。
  二、系统的主要功能
  1.现场实时监测通风数据的各种动态图形及数字显示:主要以三维动画图形显示通风机运行的状态和风门切换状态,以具备报警指示的表格形式显示实时监测数据,X-Y轴平面显示监测数据。X-Y轴图形可以观察到各参数随时间的变化趋势,有利于及时发现通风系统的故障。
  2.监测数据的存储及查询:各种监测参数包括风压、风量、轴承温度、定子温度、电流、电压、功率、振动等定时存储在硬盘中,以便用户进行数据报表的整月打印,也为管理部门查看、分析有关数据、强化通风机的管理。监测数据可保存两年,包括分钟数据报表、小时数据报表,其中每小时的数据存储的是一小时的平均值,从中可以看出风机的动行趋势。
  3.工况点显示、事故报警及追忆功能:可在风机的性能曲线上显示通风机运行的工况点,风机运行出现异时系统能在各相关界面给予报警提示并把距当前时刻一小时内和各种参数及日期、时间等进行记录以便事后分析。
  4.数安滤波:由于工业监测监控环境比较恶劣,干扰源比较多,如环境温度、电场及磁场、振动等,因此为了减少对采样值的干扰,提高系统的性能,在进行数据处理之前,先对采样值进行数字滤波,即通过一定的计算程序对采样信号进行平滑加工,增强其有用信号,消除或减少各种干扰和噪音,以保证计算机系统的可靠性。在应用程序中采用复合滤波算法,复合滤波是中值滤波和算术平均滤波的综合,这种滤波算法主要适用于压力、流量等信号的平滑加工。这类信号的特点是信号往往在某一数值范围附近做一下波动,即干扰是周期性的。
  5.完善的在线帮助系统:作为windows操作系统的一个突出优点,其应用程序强大的联机帮助系统使用户收益匪浅。Windows通过windows API函数WinHelp调用此应用程序,弹出一个关于相关主题的帮助窗口,将用户所需的信息显示出来,可随时查询帮助文件,解决操作中遇到的疑难问题。
  6.系统可通过D/F转换器将监测系统的全部监测数据并入用户的矿井安全监测监控系统,用户需在通风机房临时设矿井安全监测监控系统的监测分站。
  三、系统运行维护与故障维修
  运行近两年来的实际运行观察,系统的故障主要集中在信号采集、变换系统和引压系统,信号采集系统共由14个集成块组成,端子信号是最重要的信息,每个监测数据都要通过“传感器-变送器-采集模块-通讯模块-计算机终端”,这种分段串联关系是通过接线端子实现的,因此,每个环节的输入输出关系,端子序号的一致性是机柜接线和事故排查的主线。每个环节都将改变被测信号的输出信号类型和大小,这种变化比例是确定的,传感器的输出不成比例,说明传感器损坏。每一个环节都需要系统提供工作电源,工作电源不正确或没有送达,也是不能正常工作的,因此对每一环节的输入输出比例和工作电源要清楚了解。
  (一)电流电压振动温度显示错误。1.用万用表确认相应模块工作电压是否为24V;2.每个环节有无虚接现象;3.更换相应模块。
  (二)风量或静压显示错误。1.如果用户倒机或调整风机叶片角度后出现风量不正确,风压正确,可能的原因是进入监测系统时选择的角度与实际运行角度不一致,只需重新选择角度再进入,系统即正常;2.放引压管路中的积水,检查引压管路各连接部位无脱落、漏气;3.用万用表查工作电源,应为24V;4.差压变送器可能损坏。
  (三)数据采集错误。1.当数据显示都不正确时,应考虑通讯线路或通讯模块损坏;2.模块与电脑通讯接口之间的线路有无损坏,线路的内断点最容易被忽略;3.重启电脑;4.换不同串口或替换转换器。
  (四)数据联网错误。1.风机监测系统通过D/F分站与煤矿瓦斯安全监控系统相连,当上位机数据显示不正常时,应考虑上下位机数据通讯是否正常;2.更换计算机通讯接口,确认接口是否完好。
  (五)反风时风量、压力错误的处理。反风时应将机柜中隔板上垂直放置的四个关压传感器的塑料接入管从上端换到下端,否则风量、压力出错。并且容易造成差压传感器的损坏。
  (六)引压系统故障。1.环、管线及变送器本身都不能漏气,否则风压、风量的测量都将是不准确的。一条管线接好后,应用U型水柱计进行气密性试验。在运行中应注意参数变化,检查管线是严紧存在漏气的地方,北方地区的用户,为避免管内结冰造成信号不通,引压管应尽量布置在地下或室内。当风量风压参数异常时,应确认引压管线是否漏气或结冰封堵。2.在塑料压力管接到差压变送器前应检查管环和管线中是否有积水和污垢,并在使用一段时间后每3个月放水清洗一次。3.通风系统反风试验前,应将塑料压力管从机柜的中隔板压力传感器的下端拔下,改接在压力传感器的上端,以防止风流反向后负压信号变成正压信号造成压力传感器的损坏。
  上述工作做完并无误后,通过观察计屏幕上的显示,判断系统工作是否正常。
  四、结语
  通风机作为煤矿安全要害设备,用该系统实施管理可增加煤矿通风安全性,提高设备管理水平,促进煤矿管理的自动化、科学化和信息化。

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