【文章內(nèi)容簡介】 (2）自動化集成度高 系統(tǒng)實現(xiàn)了主扇風機的自動化控制,自動采集了風機幾乎所有的運行參數(shù),并能實現(xiàn)異常時的報警。系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行管理和企業(yè)內(nèi)局域網(wǎng)發(fā)布,授權(quán)人員可以網(wǎng)上瀏覽監(jiān)測數(shù)據(jù)。同時系統(tǒng)留有擴展空間,可對主扇風機實現(xiàn)在線智能故障診斷。 (3）操作安全方便 上位機軟件采用的國產(chǎn)組態(tài)軟件MCGS,對不同安全等級的操作區(qū)域系統(tǒng)有對應(yīng)不同等級的密碼保護級別。操作人員必須按用戶名和對應(yīng)密碼登錄,才能操作相應(yīng)區(qū)域。對日常操作外的主扇風機起、停機和反風操作實行高級別的密碼保護,只有通過口令確認才可以操作,杜絕了非專業(yè)人員的誤動作,保證了主扇風機的安全、穩(wěn)定運行。 該系統(tǒng)主要由PLC測控系統(tǒng)、上位機冗余組態(tài)軟件系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)三大部分組成。 系統(tǒng)特點 （1）PLC測控系統(tǒng)采用雙CPU，能夠快速準確可靠地完成監(jiān)測監(jiān)控功能； （2）上位機應(yīng)用軟件采用冗余組態(tài)軟件系統(tǒng)，使得系統(tǒng)更加安全可靠； （3）系統(tǒng)可根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用需求靈活配置，伸縮性強； （4）測控功能上的網(wǎng)絡(luò)化、WEB化。2 礦井通風與主扇的經(jīng)濟運行 煤礦主扇是大功率長時連續(xù)運行的大型設(shè)備，耗電量高，據(jù)統(tǒng)計，1986年我國統(tǒng)配煤礦在運轉(zhuǎn)的主扇共1078臺，總功率為367084kW，平均效率為52,8。運轉(zhuǎn)效率小于50%的占總數(shù)的40,500，大于5000、小于60%的占57,800，大于60%的僅占1,7%。全國統(tǒng)配煤礦平均主扇電耗占全礦總電耗的聲%左右，部分礦井高達2025%。因此，實現(xiàn)主扇經(jīng)濟運行對節(jié)電和改善礦井經(jīng)濟指標具有重要意義。 金源礦地面主扇風機使用的是山東淄博風機廠生產(chǎn)的對旋式軸流風機2臺。其整體性好，并且采用內(nèi)置防爆電機拖動，不受外界干擾。 風機的主要特點是: 該風機采用電機與葉輪直聯(lián)的方法，簡化了傳動結(jié)構(gòu)，改變了當前煤礦抽出式軸流風機全部采用皮帶輪傳動或長軸傳動的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，使維修和操作方便。 該風機配套電機為YB系列的YBFe派生系列，隔爆型三相異步電機。電機置于全封閉型，并具有一定耐壓強度的密閉散熱罩中并于外界非瓦斯氣相通。使電機始終處于無瓦斯空氣之中運行，起到了雙重隔爆效果。 風機與擴散器之間設(shè)置后導(dǎo)葉，以提高靜壓效率，使得節(jié)能效果顯著。與目前使用的局扇群相比，可節(jié)電六倍，與離心式風機相比可節(jié)電40%. 該機可以反轉(zhuǎn)反風，不必另設(shè)反風道，具有節(jié)約基建投資和反風速度快的優(yōu)點。 葉輪的葉片安裝角度可以調(diào)整，其范圍為:30度、33度、36度、39度、42度五個角度級。在使用同一規(guī)格風機中，可根據(jù)生產(chǎn)擴大的要求來調(diào)整葉片安裝角度。 該機配置了防止摩擦火花裝置，確保了整機安全防爆性能。 該機采用特殊設(shè)計，性能曲線無駝峰，在任何網(wǎng)絡(luò)阻力情況下，均能穩(wěn)定運行。 主通風機是煤礦的四大固定設(shè)備之一，為了保證通風的安全正常持續(xù)運行，通風系統(tǒng)設(shè)有以下幾部分，其中有兩個風洞，互為備用。保證在風機發(fā)生事故或者檢修時的安全生產(chǎn)。 (1)地面風道閘門:風機入口前設(shè)垂直閘門，主要用來調(diào)節(jié)風量和倒換風機。 (2)通風管道:風機風道處安裝了測量差壓，靜壓的氣樣管道及流體溫度傳感器。 (3)風門電機:主要來開關(guān)風道閘門，為38OV低壓電機，容量為1kIV。共有4臺，分別用于開關(guān)風道閘門和檢修。礦地面主扇風機還有兩個旋轉(zhuǎn)風們用于檢修時風道的入口。 礦地面主扇風機系統(tǒng)中，每一臺風機的兩臺電機扇葉的數(shù)量和角度時不同的，其中一級電機要比二級電機的扇葉數(shù)量多，角度大。 由于在礦地面主扇風機系統(tǒng)中，采用的風機是無法實現(xiàn)調(diào)速的軸流式風機，所以風量的調(diào)節(jié)只能依靠兩個垂直風門提起的高度，和調(diào)節(jié)風機扇葉的數(shù)量和角度。 由于調(diào)節(jié)風機的扇葉數(shù)量和角度在實際生產(chǎn)中調(diào)節(jié)比較困難，在正常的生產(chǎn)中，通過調(diào)節(jié)兩個垂直風門提起的高度來調(diào)節(jié)風量是最常用也是最為普遍和簡單的方式。 風機的供電系統(tǒng)采用了室外箱式一體化結(jié)構(gòu)。按功能劃分為高壓配電室，低壓配電室，變壓器室。 風機系統(tǒng)的主要設(shè)備: (1)高壓電機:高壓電機:每臺風機安裝有兩臺6kv高壓異步電動機，電機容量為315kW。電機安裝了三相定子和前后軸承溫度傳感器。 (2)變壓器:為了保證附屬設(shè)備的可靠工作，安裝了兩臺50kva，為低壓柜提供供電。變壓器安裝了溫度監(jiān)控器，監(jiān)控3相溫度，當溫度超限能自動啟停風機降溫。 (3)進線柜:包括兩臺進線柜，為風機系統(tǒng)的兩臺進線開關(guān)。 (4)聯(lián)絡(luò)柜:實現(xiàn)風機供電系統(tǒng)的母線聯(lián)絡(luò)。 (5)換向柜:兩臺換向柜，由接觸器組成。主要實現(xiàn)兩臺風機電機的正反轉(zhuǎn)。 (6)箱變房:采用一體化設(shè)計，外觀整潔大方，按功能劃分為高壓配電室，低壓配電室，變壓器室，PLC控制室。箱變房安裝通風機和溫度傳感監(jiān)控裝置，能根據(jù)溫度自動啟停風機進行散熱。 （1）實現(xiàn)主扇經(jīng)濟運行的對策與措施 如前所述，影響主扇經(jīng)濟運行的因素較多，因此，欲要實現(xiàn)其經(jīng)濟運行必須從通風設(shè)計、設(shè)備選型、生產(chǎn)安排、通風系統(tǒng)、工程質(zhì)量和科學管理等多方面采取措施。方能取得效果。但關(guān)鍵是通風設(shè)計合理，并符合實際，通風設(shè)計實質(zhì)上有兩大中心任務(wù):一是確定通風系統(tǒng)，二是選擇風機。 礦井通風系統(tǒng)設(shè)計合理，并力求符合礦井通風系統(tǒng)合理與否，對礦井安全生產(chǎn)會發(fā)生長遠的影響，通風設(shè)計之前應(yīng)有可靠的安全技術(shù)資料，如煤層瓦斯含量和涌出量、生產(chǎn)發(fā)展規(guī)劃、采區(qū)布局和接替安排等。據(jù)此，合理地確定通風系統(tǒng)參數(shù)不變化或變化的時間區(qū)間。在進行通風設(shè)計時既要兼顧各時間區(qū)段的安全生產(chǎn)，又要進行通風指標優(yōu)化，力求做到所設(shè)計通風系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、阻力和風量與投產(chǎn)后的實際情況基本符合，這是實現(xiàn)主扇經(jīng)濟運行的基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)合理是通風系統(tǒng)合理的重要內(nèi)容。所謂網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)合理就是通風系統(tǒng)和通風能力在適應(yīng)不同時間區(qū)段的安全生產(chǎn)需要的同時，人為增阻調(diào)節(jié)量盡可能小，即礦井實際通風阻力盡量接近自然分風(不加調(diào)節(jié)設(shè)施時的)阻力。在確定礦井通風設(shè)計方案時，要認真擬定23個可行的方案進行技術(shù)、經(jīng)濟和安全比較，權(quán)衡利弊慎重確定。[3] 風機選型合理 選擇效率高，高效區(qū)范圍寬和調(diào)節(jié)性能好的風機是實現(xiàn)主扇經(jīng)濟運行的必要條件， 為此要求: （1）風量計算和分配符合實際 風量計算是通風設(shè)計的主要內(nèi)容，其結(jié)果是選擇主扇的重要依據(jù)之一。計算的風量與實際符合程度，將決定實際工況點與設(shè)計工況點是否接近，即決定主扇是否在高效區(qū)運行。 對于高沼礦井，計算風量的依據(jù)主要是瓦斯涌出量。因此，瓦斯涌出量預(yù)測的準確程度至關(guān)重要。 對于低沼的高溫礦井，一般是以降溫和改善礦井氣候條件作為風量依據(jù)。這就要求在通風設(shè)計之前，要準確地進行風溫預(yù)測。 選用符合實際的風量計算方法，各種計算風量的系數(shù)，如風量備用系數(shù)、沼氣涌出不均勻系數(shù)以及漏風系數(shù)等，應(yīng)在充分調(diào)研并參照條件類似的生產(chǎn)礦井的供風標準適當選取。 （2）主扇服務(wù)期內(nèi)其最大和最小的工作壓力預(yù)算準確 礦井通風阻力是選擇主扇的另一個主要參數(shù)。在進行阻力計算之前，應(yīng)根據(jù)礦井和采區(qū)的生產(chǎn)能力，從實際出發(fā)進行配產(chǎn)并安排好采掘接替，并制成表格，根據(jù)通風系統(tǒng)類型，對各條通路的長短及通過風量大小進行比較確定主扇服務(wù)期內(nèi)的通風容易和困難時期，然后再對每個時期內(nèi)的采掘面所在通路的阻力大小進行比較，確定兩個時期的最大阻力路線，計算其總阻力。在此基礎(chǔ)上計算主扇的最大和最小工作壓力。 （3）選擇性能良好且與網(wǎng)絡(luò)相匹配的主扇和電機技術(shù)經(jīng)濟性能良好的風機和匹配性好的電機是主扇裝置經(jīng)濟運行的前提條件，因此，無論是新建礦井，還是生產(chǎn)礦井主扇更新，都應(yīng)強調(diào)設(shè)備選型合理。選擇風機的原則是: ①選擇效率高、高效區(qū)寬的風機。對于風量和風壓變化大的礦井，應(yīng)把風機可調(diào)性能作為主要因素來考慮。 ②保證通風困難和通風容易兩個時期的工況點均在合理工作范圍之內(nèi)。 ③選擇離心式風機的大型礦井，要設(shè)計投產(chǎn)至達產(chǎn)這段時間內(nèi)的調(diào)節(jié)方法。當工況點變化大時應(yīng)選擇小容量的低速電機或雙速電機，避免出現(xiàn)投產(chǎn)初期負荷小風機能力大的大馬拉小車的局面。 ④電機的備用系數(shù)不宜過大，其服務(wù)期內(nèi)的負荷率不小于75%，否則應(yīng)分期選擇電機。 實際生產(chǎn)布局應(yīng)盡量按設(shè)計進行安排 正確處理生產(chǎn)和通風的關(guān)系對于實現(xiàn)主扇經(jīng)濟運行至關(guān)重要。采掘布局決定礦井的風網(wǎng)結(jié)構(gòu)和總風阻，風網(wǎng)結(jié)構(gòu)和配風決定礦井通風阻力，即工況點。通風設(shè)計時以生產(chǎn)布局為依據(jù)，因此在實際安排生產(chǎn)的過程中，除遇到地質(zhì)構(gòu)造變化等特殊情況外，均應(yīng)按照設(shè)計進行，實現(xiàn)有計劃的均衡生產(chǎn)，使實際與設(shè)計相符合，在遇到地質(zhì)構(gòu)造和變化等特殊情況不能按設(shè)計安排時，也應(yīng)考慮合理的配產(chǎn)和配風，使各采區(qū)和通路形成的阻力盡量與設(shè)計參數(shù)相接近。 優(yōu)化工況調(diào)節(jié)方法優(yōu)化工況調(diào)節(jié)是實現(xiàn)主扇經(jīng)濟運行的關(guān)鍵措施之一。盡管在設(shè)計時考慮得較充分，但在實際生產(chǎn)過程中，由于礦并開采技術(shù)條件(地質(zhì)構(gòu)造、沼氣涌出量等)，生產(chǎn)條件(產(chǎn)量、生產(chǎn)布局和生產(chǎn)工藝等)仍可能發(fā)生或多或少的變化，這些變化就會導(dǎo)致礦井阻力和需風量與設(shè)計時不同。另外，風機本身性能也會因長期運行中磨損、銹蝕和塵垢污染而發(fā)生變化。為了使風機工況點始終處于合理的范圍內(nèi)，就必須及時而合理地進行工況調(diào)節(jié)，而且在設(shè)計時就應(yīng)根據(jù)預(yù)測的調(diào)節(jié)量和調(diào)節(jié)時間長短，擬定合理的調(diào)節(jié)方案和設(shè)備，為實現(xiàn)經(jīng)濟調(diào)節(jié)創(chuàng)造條件。[4]3 方案總體設(shè)計 首先，介紹一下一該系統(tǒng)研制的基本步驟。該系統(tǒng)的研制遵循了微控制器應(yīng)用系統(tǒng)研制的規(guī)范化步驟，主要從以下幾方面加以考慮。 1)總體設(shè)計 在設(shè)計該系統(tǒng)時，首先對系統(tǒng)的任務(wù)、控制對象、硬件資源和工作環(huán)境做了認真的調(diào)查研究，并勘察了工業(yè)現(xiàn)場，進行了系統(tǒng)實驗，明確了各項指標的要求。例如:對測量對象的精度要求，跟蹤速度，可靠性等級，被控對象的調(diào)節(jié)精度以及各種待測參數(shù)的形式等。在此基礎(chǔ)上擬研制出完整的設(shè)計任務(wù)書。在總體方案的確定過程中，還對所選各部分電路、元器件和各實測點傳感器進行綜合比較。這種比較在局部試驗基礎(chǔ)上進行。該系統(tǒng)還涉及到與 廠方的協(xié)作，故接口方式、通信協(xié)議、用戶程序要求等也在總體方案中大致規(guī)定。 2)硬件設(shè)計 總體方案確定下來后，系統(tǒng)的硬件規(guī)模和軟件框架也就隨之確定。硬件和軟件是PLC控制系統(tǒng)的兩個重要方面，硬件是基礎(chǔ)，軟件是關(guān)鍵。但兩者又具有一定的互換性，因此應(yīng)認真考慮軟、硬件的分工與配合?？紤]的原則是:軟件能實現(xiàn)的功能盡可能由軟件來實現(xiàn)，以便簡化硬件結(jié)構(gòu)，還可降低成本。但必須注意，這樣做勢必增加軟件設(shè)計的工作量。此外，由軟件實現(xiàn)的硬件功能，其響應(yīng)時間要比直接用硬件實現(xiàn)長，而且還占用了MCU的工作時間 。 3)軟件設(shè)計 軟件設(shè)計包括擬定程序的總體力一案、程序流程圖、編制具體程序以及程序的檢查修改等。 4)系統(tǒng)的調(diào)試、運行和維護 程序的上機調(diào)試是檢驗程序正確性的一個重要標志，包括分塊調(diào)試和系統(tǒng)聯(lián)調(diào)兩個階段。程序上機調(diào)試完成后，還要進行一段時間的試運行，以驗證程序功能是否滿足設(shè)計要求，是否達到預(yù)期效果。[5]在講述方案之前，應(yīng)考慮系統(tǒng)應(yīng)實現(xiàn)的主要功能：系統(tǒng)主要功能： 實時監(jiān)測風機風壓（靜壓、全壓）、風速風量、軸承溫度、定子溫度、電網(wǎng)電流、電壓、功率、電機與風機效率、風峒大氣參數(shù)（溫度、濕度、大氣壓力）等風機運行各種參數(shù)； 監(jiān)測風門位置、風機開停狀態(tài)、反風信號和電機編號等風機運行多種狀態(tài)信息； 控制風門開/關(guān)、風機啟/停； 自動閉鎖控制，保證系統(tǒng)安全； 具有現(xiàn)場控制、遠程控制、手動控制等多種控制方式；在控制中心，通過32′液晶電視對風機機房進行24小時監(jiān)視，通過網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器實現(xiàn)24小時遠程監(jiān)視。系統(tǒng)軟件功能： 接收、處理、存儲、顯示PLC系統(tǒng)上傳的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，顯示方式多樣，生動直觀； 自動生成各類報表，內(nèi)容豐富翔實； 實時曲線、歷史曲線繪制； 動態(tài)繪制風機性能特性曲線（H—Q、N—Q、