风机在线监测系统方案MicrosoftWord文档.docx

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太原煤气化公司东河煤矿

主通风机在线监控系统应用

研

究

报

告

二〇一一年十月十日

1、概述

通风机在线监测系统是依据国家标准《工业通风机用标准化风道进行性能试验》GB/T1236-2000和煤炭行业标准《煤矿用主要通风机现场性能参数测定方法》MT421-2004的要求，结合煤矿安全生产的实际情况而研制的新一代矿用主通风机在线监测系统。

它利用高性能PLC构成前端数据采集和处理单元，以稳定、可靠、精确的方式将采集数据传送给主控制计算机，主控制计算机对采集数据进行分析计算并显示存储，从而对通风机的运行状态进行连续的在线监测，为通风机的安全、高效运行提供科学依据。

风机是矿井要害设备之一，风机的实时运行数据需要纳入全矿井自动化系统，传统的设备无法与矿井自动化系统交换数据，只要依赖于计算机网络技术，才可以将风机运行的实时信息数据传送给矿调度室，并将其运行数据并入全矿井数据库以供整体分析决策使用。

所以，在线监测是实现全矿井自动化的必须设备。

通风机微机监测系统是应用于大型通风机流量监测方法的装置；系统以国家标准”通风机空气动力性能试验方法”和煤炭行业标准”煤矿用主要通风机现场性能参数测定方法”为依据，应用工业计算机检测技术和独特的专有研究成果对矿用大型通风机的运行状态进行连续在线测量与处理，以多种方式提供通风机运行状态的各种数据，保障通风机的安全运行和方便通风机的性能测试，并为多种功能扩充提供方便的条件。

在线测量与处理的风机运行参数包括：

风量、负压、静压、动压、全压、风速、瓦斯；风机振幅；电机电压、电流、功率因数、轴功率、转速、轴承温度、定子绕组温度、电能损耗、正反转、效率等；电源配电柜母线电压、电流；根据运行情况可实时输出各种特性曲线。

数据传输模式兼容满足国际标准的多种数交换形式，FTP、局域网IE数据服务与广域网IE数据服务功能，可与全矿井自动化系统实现灵活便捷的数据联网，将风机的实时运行参数传输到矿总调度室，满足自动管理的需求。

通风机微机监测系统能够在生产过程中随时掌握通风设备的运行状态，改变了传统的设备管理方式，提高了通风设备的自动化管理水平，有力地保证了通风机设备的经济、可靠运行，为设备的管理和维修提供了可靠的科学依据，深受用户欢迎。

本系统采用测控功能齐全，画面、报表丰富多彩，方便现场操作人员使用和技术维护。

煤矿风机在线监控系统是工业级煤矿风机自动监控系统。

它实现了风机运行的实时监控、风机停运报警、风机远程中心监控等功能。

系统采用多种数据远程传输模式，适合于各种煤矿通讯条件，为煤矿提供最及时、安全、可靠、便捷、经济、易维护的安全监控手段，实现现场风机系统的无人值守在线监控。

2、基本参数：

通风机为防爆对旋式轴流风机，数量两台，电压AC660V,一台工作，一台备用。

每台电机为功率2X1320KW的异步电机，

3、功能及特点：

为了保证系统的可靠及稳定性，我们采用西门子公司S7-300系列PLC，通过工业控制计算机进行设备的监测、监控，上位机采用双机热备的方式，当其中一台出现问题时，另外一台自动投入运行，工业控制计算机的配置为：

CPU：

P43.0GHZ，内存：

1G，硬盘：

320G，显示器：

22″三星液晶高清晰度彩显。

3．1系统功能：

系统的主要功能有：

实时监测通风系统参数、通风机的性能参数、电机的电气参数、轴承温度、电机振动、数据管理、报表管理、性能测试、远程通讯等，详述如下：

3.1.1、实时监测通风系统入口静压、入口温度、风量。

3.1.2、实时监测通风机性能参数：

流量、全/静压、效率。

3.1.3、实时监测风机配用电机的电气参数：

电流、电压、功率。

3.1.4、实时监测轴承温度并在超限时报警。

3.1.5、实时监测定子温度并在超限时报警。

3.1.6、实时监测电机振动。

3.1.7、数据实时显示、存储、查询、打印。

3.1.8、报表自动生成、存储、查询、打印

3.1.9、兼容多种国际计算机通讯协议（DDE、OPC、FTP）。

3.1.10、局域网IE浏览功能

3.1.11、Internet信息发布与存贮功能

3．2、技术指标

3.2.1、工作电压：

～220V±10%

3.2.2、环境温度：

－10℃～＋50℃

3.2.3、环境湿度：

≯85%

3.2.4、变送器精度：

≮0.5级

3．3、系统特点：

3.3.1、采用了先进的计算机技术，功能强大，智能化程度高；以图形界面显示工作状态，画面丰富，直观生动。

3.3.2、采用模块化设计方案，系统抗干扰能力强，运行精度高，使用维护方便。

3.3.3、采用了先进的计算机技网络技术，实现了全矿数据共享。

3.3.4、采用了多种抗干扰措施，因此系统的抗干扰能力强，可靠性高，监测准确。

3.3.5、流量监测措施独特、新颖，可靠性好、精度高。

3.3.6、选用了可靠性好、精度高的传感（变送）器。

3.3.7、软件设计安全性高。

3.3.8、操作简单快捷、维护方便。

3.3.9、各功能模块用高性能的PLC进行控制，功能强大、可扩充性好，系统抗干扰能力强，运行精度高，使用维护方便。

3.3.10、软件以图形界面的形式显示工作状态，画面丰富，直观生动，操作简单快捷、使用方便。

3.3.11、系统的输入信号有：

高低配电系统的参数及状态；通风机的开停信号；电机的轴承温度、电流等；风门信号、负压信号、风速信号、瓦斯信号等，系统的输出信号有：

主电机的开停控制；风门控制。

3.3.12、系统实现以下功能：

1、运行方式分为自动、手动检修两种控制方式，自动控制是按预先编制的程序进行集中控制；手动控制是当监控管理计算机和控制PLC全部瘫痪时，在主要保护由继电器的完成情况下的紧急开车方式。

检修是系统自动检测全控制过程，并可模拟起机，也可进行风机分功能进行调试或风机测试。

2、每台通风机配置一套变频装置。

两台通风机可设一台集中操作台，可实现主机的启动、正常停止、紧急停止等控制。

PLC自动运行故障时，不得影响通风机的手动运行。

操作台上两套通风机的手动运行系统应相互独立。

3.3.13、系统起车及停车：

当风机集中操作台显示允许合闸信号时，发出启动联络信号，启动主电机。

主机停止有两种方式：

正常停止、紧急停止。

正常停机：

发出停机指令后，自动切断主电机电源。

紧急停机：

在风机集中操作台设紧急停止按钮，发出停机指令后，立即切断主电机电源。

3.3.14、和其他系统通讯：

采用可编程序控制器，对风机、风门等信号进行采集监测和控制。

通过RS485通讯接口与风机参数测试仪、高低压配电柜的智能电力监测仪、电力监控单元等连接。

PLC配置以态网通讯模板。

通过Ethernet/IP协议，与矿井待建的工业以太环网无缝衔接，实现与矿井调度中心的上位监控计算机互通，监测、控制通风机，并支持远程编程和远程诊断。

3.3.15、系统与上级网络互联

系统采用OPC协议通过一根网线与矿井综合自动化以太网络进行数据通讯，实现与全矿井整个工业以太网络中的数据共享和交互（要有防病毒措施）。

系统全部信息上传，能在网上浏览查询系统运行状况实时数据、历史数据图表等；同时能接受上级以太网络中授权终端（或某一监控系统）传来的各种动作指令和保护调试指令并可靠执行，实现远方操作、接受解锁命令后能修改参数设定等。

当上级以太网络遥控失效（或与接口不连接）时，实现本系统安全运行及

整定调试。

3.3.16、自动控制功能

由PC自动完成对通风机的起停控制及工况监测，并通过接口向上传送数据。

3.3.17、手动控制功能

根据实际需要也可以从自动控制方式切换到手动控制方式。

此方式下操作人员可在PC站的触摸屏上人工手动控制。

或者通过控制台的按钮进行操作，当切换风机时，在PC站人工操作。

3.3.18、遥控

将工作方式切转到遥控时，可在地面监控主机上控制系统中的各设备。

此时各分站仍处于自动状态，当保护信号动作时仍报警停机。

3.3.19、就地手动控制

工作方式打到就地位置时，可直接在开关柜上人工手动控制。

此方式主要用于设备检修时。

3.3.20、组网功能

该监控站通过以太网口直接挂接在全矿综合自动化系统网络上。

3.3.21、计量/时间/运行统计

图形曲线显示

可实时显示各设备运行图。

并提供开放式的图形制作软件，用户可随心所欲描绘各种动态图形、静态图形，同时支持多种图形格式（Bmp、Jpg、Gif、Icon、Avi等等），图形画面具有链接功能，可以很方便地切换其它画面显示。

可显示实时曲线，可显示年、月、日各时间段的历史曲线和具体数据表。

3.3.22、实时报警/报警记录

可显示现场单元当前的报警信息以及保存的报警记录。

4、系统的组成

本系统以工业控制计算机为核心，主要由信号测取装置和传感（变送）器、信号采集及转换装置、通讯装置、供电装置、显示器等组成。

如图一所示。

（图一）

信号测取装置和传感（变送）器主要包括取压装置、电压及电流互感器、差压变送器、温度变送器、电量采集模块等。

信号采集及转换装置主要包括滤波环节和电压/电流变换。

通讯装置主要包括10mbps/100mbps自适应网卡。

供电装置主要包括直流稳压电源。

5、系统的工作原理

该系统以工业控制计算机为核心，配以各种外围设备组成，在软件的控制下，完成数据的采集、分析等工作，以图表等多种形式显示在显示器上，并传输到指定地点。

各部分的工作过程简述如下。

5.1、电气参数的监测

电气参数指配套电机的电流、电压、功率、功率因数等。

选用精度高、可靠性好的电量采集模块将来自电压、电流互感器二次侧的电压、电流换成标准电信号，再送给计算机进行处理。

5.2、气体流量的监测

在该系统中，气体流量的监测是依据气体流经变截面构件时所形成的静压差计算获得。

如图2所示，当流体流经变截面构件时有：

式中Qv为风速，P2为静压，P1为全压。

当流量足够大时式中系数k值为常数。

K的大小可通过测量两个不同截面的面积求得，并联合通过实验室模拟实验和现场实验校对。

5.3、风机振动的监测

选用优质的振动变送器监测风机的振动烈度，再交由计算机处理。

5.4、信号采集与转换

由变送器输出与各种被测信号成比例的电流量，低通滤波和电压/电流变换后送到安装在工业控制计算机内的数据采集模块，在软件的配合下完成将被测的模拟电压/电流量转换为数字量。

5.5、系统的通讯

监测结果可通过网卡实现局域网内或Internet上的数据公享。

5.6、系统的供电

由开关电源为各种变送器、传感器提供直流电源。

6、气体流量的监测

6.1、气体流量计算的基本原理：

系统对流量监测的核心任务是监测气体在流经风机时经过两个截面积不同的断面时所产生的负压力值。

变截面静压测点选取在风机连接风筒的圆形断面处与一级风机的环形断面处（内有隔流腔）。

在连接风筒的圆形断面处取静压P2，在一级风机的环形断面处取全压P1。

系统工作流程如图三所示。

系统使用4只微差压变送器，分别将两台风机的4个断面处的负压力转换为4～20mA的电流信号，送到模拟量转换模块中进行A/D转换。

转换后的数据_____信号通过485总线方式交与计算机处理。

计算机通过采集模拟量模块送来的电

流数据，换算得到对应的静/全压值，进而通过运算得出气体的流量值。

6.2、负压测点的布置

根据《煤矿用主要通风机现场性能参数测定方法》MT421—1996，中华人民共和国煤炭工业部1996—12—30批准，Ｐ1测点布置在一级风机环形断面测点分布见图四a，测点布置在水平、垂直的两条直径与硐壁和芯筒外缘的交点a、b、c、d、e、f、g、h处；P2测点布置在连接风筒圆形断面见图1b，测点布置在水平、垂直的两条