煤矿通风机远程故障监测系统设计应用

付文超

【摘  要】煤礦通风机实时监控系统是一种无人值守的自动化、数字化、网络化的监控系统，主要信息收集和分析是通过 PLC 来实现的，搭建完善的周边传感器，人机配合主要通过计算机和 IFIX 来结合，远程实时地对风门和通风机进行控制。

【关键词】矿用通风机;远程监控;故障;系统设计

中图分类号：TD441          文献标识码：A

1风机远程故障监测系统结构

1）风机远程故障监测系统主要由地面远程控制系统、PLC 控制柜、故障在线监测装置、泡沫抑尘装置、风机降温器等部分组成，如图 1 所示。

2）地面远程控制系统主要由井口、井下网路交换站，工业千兆以太网、主机系统等部分组成，该系统可对井下各风机运行状态进行远程监测。

3）故障在线装置主要包括温度传感器、粉尘浓度传感器、切换故障传感器，分别可对风机高温、高浓度粉尘以及切换故障进行在线监测。

4）泡沫抑尘装置主要由泡沫生成器、电控液阀、分配器、高压螺旋喷头等部分组成，该装置安装在风机进风口 5.0 m 处，主要对进风流中粉尘进行清理。

2风机远程故障监测系统结构工作原理

风机在安装运行前将温度传感器动作保护值设定为 40～80 ℃，传感器安装在风机电机与机罩腔内，共计两个;粉尘浓度传感器动作保护值设定为20～50 mg/m3，传感器共计两个，风机进风口一个，距进风口 5.0 m 处一个。

2.1 风机降温原理

1）风机在运行过程中若电机温度达到 80 ℃时，温度传感器及时将收集数据通过信号电缆传递至PLC 控制柜;PLC 控制接收信号后及时进行处理，并将降温器“开启”指令发送至 200 A 联锁开关。

2）联锁开关接收到指令后及时对 5 kW 风机降温器进行电源合闸处理，降温器接通电源后对风机进行降温处理;同时通过 PLC 控制将主副风机进行切换处理，主风机进行降温，副风机供风，切换时间为 3 s。

3）当主风机通过降温器处理温度低于 40 ℃时（40 ℃为临界点），温度传感器再次将数据信号传递至 PLC 控制器，并经信号处理后将降温器“断电”指令发送至联锁开关，降温器跳闸停止对主风机降温，此时在 PLC 控制作用下主副风机自动切换，主风机继续供风。

2.2 风机降尘工作原理

1）当风机在工作期间进风流中粉尘质量浓度达到 50 mg/m3时，安装在风机进风口粉尘浓度传感器及时将收集数据传输至 PLC 控制柜，PLC 接收信号后及时进行处理，并通过联锁开关及时打开泡沫抑尘装置电控液阀，此时抑尘装置静压风、水管路打开。

2）在静压水及静压风的作用下，泡沫生产器内产生高浓度泡沫，并通过分配器将泡沫平均分配到各个螺旋喷头上，在压风作用下，喷头螺旋转动并喷出泡沫颗粒进行降尘。

3）当进风流中粉尘质量浓度低于 20 mg/m3时，传感器再次将信号传递至 PLC 控制器，并进行信号处理后通过联锁开关关闭电控液阀，泡沫抑尘装置停止工作。

2.3 风机切换工作原理

对 PLC 控制柜进行调节，设定主副风机切换时间、次数，并及时进行切换状况进行记录;当主风机出现故障且在无法自动切换时，PLC 控制器及时进行保护动作，先打开副风机独立备用电源进行供风，并切断主风机电源，防止设备烧毁事故发生。

2.4 地面控制系统工作原理

PLC 控制器对风机运行状况实时在线记录，并每隔 10 min 将记录数据信号通过电缆传输至井底车场网路交换站，并在工业千兆以太网的作用下将数据信号传送至井口交换站，然后利用信号电缆传送至地面控制室主机系统内，并在显示器界面进行显示，可利用打印机绘制风机实时在线运行状况曲线图。同时操作人员可通过界面直接对风机进行切换等。

3系统软件

上位机冗余组态软件采用美国 GE 公司的 i FIX组态软件，可实现对底层 PLC 无缝连接和平滑远程控制。具有的优点：

1）获取、分析、存储、输出 PLC 传输的实时数据，显示全面、简单明了;

2）智能显示各类参数，内容全面具体;

3）绘制实时动态曲线、记录历史曲线，不同设备的动态曲线用不同颜色来区分，方便操作人员清楚地区分;

4）实时监控记录多种参数，发生故障时及时发出警示信息并记录故障信息，并根据故障信息作出简单故障排除方法和措施;

5）为了加强安全防卫，操作系统的使用者必须具有管理员权限，每次使用前都必须输入加密秘钥，秘钥与初始设置密码一致时方可进行操作;

6）允许异地网络浏览和操作，方便技术人员即使不在现场也能通过远程计算机来获取现场工况信息。

4系统工作

PLC 柜是传输数据的中转站，它首先将风机运行温度、风筒压力、震动位移、开关的工作状态等信息收集，利用光纤连接工业以太环网，环网完成数据上传。MCGS 组态画面能够直观地显示通风机及相关设备的运行状态、传感器参数、危险故障信息、调节信号参数等。为了保证监测监控系统的准确性和稳定性，采用调度中心、工作面、使用设备三级联控的方式进行监控。三者之间能够独立运行互不干扰，而且都能对位移变量和组合开关分合、归位、风向切换。

5系统功能

1）风门的启闭。若想停止电机并关闭风门，只需在对应系统菜单里操作对应风机的停止按钮，风门就会自动关闭同时风机停止，二者保持同步。同理启动风门与电机时只需对应操作启动按钮。为了防止风门启闭位置精准，还需设置位置感应器，当风门启开到最佳距离时，传感器会感应到位置信息，停止开启动作，确保风门开启，同理操作风门关闭，达到控制风机运行的功能。

2）反风操作时必须先启动防爆门闭锁功能。收到反风命令时，进行反风操作。因为风流与电机处于运转状态所以二者具有一定惯性，必须延时操作，使得电机完全停止后再反向运转，避免风机载荷过大无法反风。系统设置延时时间，待延时时间到达后自动进行反风操作。

3）系统随时动态监测风机周围环境变量，比如：电机上安装温度传感器，传感器温度采集块实时感应风机电机运行温度，将采集温度反馈给 PLC 进行分析处理、风量大小、风速高低、入口压力、分析风机全压和动压，绘制实时曲线显示在计算机操作界面上、为了预防电机危险发生，防止电机超荷运转和喘振，系统主要监测电机的前后轴承温度和三相绕组温度，风机竖向和平向的震动位移、甲烷浓度与分布等相关参数。

结束语

基于通风机监控系统，可实现通风机及相关设备的运行状态监测，通过三级联控把就地设备、调度中心、工作面三者有效联系起来，并且使用 MCGS 组态软件进行实时画面监测。该系统极大地保证了通风机运行的稳定性和安全性，减少了操作人员的工作量，保障了企业生产的安全稳定运行，提高了工作效率和经济效益，值得推广。

参考文献：

[1] 周美兰.PLC 电气控制与组态设计[M].北京：科学出版社，2003.

[2] 李立晶.煤矿主扇风机在线监控系统设计研究[J].煤矿现代化，2013（5）：53-55.

（作者单位：山东能源枣矿集团田陈煤矿）