主扇风机在线监控技术方案.doc
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主通风机在线监测装置
技
术
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明
文
件
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主通风机在线监测装置技术说明
前言
第1节系统功能与技术指标
1. 系统功能
2. 技术指标
3. 监测参数范围
4. 系统特点
5. 系统的组成
6. 系统的工作原理
第2节气体流量的监测
1. 气体流量计算的基本原理
2. 负压测点的布置
3. 系统负压测点的结构与物理位置
4. 微差压变送器的基本技术指标与使用方法
5. 模拟量采集模块
6. 有源隔离转换器
7. 气体温度的测量与温度变送器
8. 负压的采集与气体流量的计算
第3节电机的轴承温度、绕组温度的测量
1. PT100电阻介绍
2. 温度采集模块
3. 温度采集工作原理
第4节电气参数的测量
1. 三相电参数采集模块
2. 系统电参数的采集
第5节振动的测量
1. 系统组成
2. 一体化振动变送器介绍
3. 振动的测量
第6节系统的报警
1. 系统报警的基本原理
2. 继电器输出模块
第7节场安装环境的选择及要求
1.安装环境的选择
2.安装程序、方法
3.信号线的接线方法
4.现场保养与维护
第8节包装、运输、贮存及售后服务
前言
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。
风机微机监测系统是应用于大型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机入口静压、风速、流量，电机的轴承温度、定子绕组温度、电机功率、风机效率等，根据需要还可以扩充监测风机的环境参数、电机振动烈度等性能参数。
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。
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
第1节系统功能与技术指标
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：
1、实时监测通风系统入口静压、全压、风量、风速、出口风速，风量。
2、实时监测通风机性能参数：
流量、负压、效率。
3、实时监测风机配用电机的电气参数：
电流、电压、功率、功率因数。
4、当出现异常现象时（温度不正常，轴承损坏，电流、电压不正常，负压、风量超过正常范围，振动超限、单机运行等）能发出报警及显示
5、实时监测电机前后轴承温度并在超限时报警。
6、实时监测电机定子温度并在超限时报警。
7、实时监测电机振动。
8、 数据实时显示、存储、查询、打印。
9、报表自动生成、存储、查询、打印
10、监控两台风机，自动切换风机运行参数
11、中文语音报警
12、风机运行动画显示，直观易懂，操作简单
13、风速传感器冗余设计，一主一备，保证设备可靠运行。
14、故障记录功能，最长可记录999天内发生故障。
2技术指标
工作电压：
～220V±10%
环境温度：
－10℃～＋50℃
环境湿度：
≯85%
变送器精度：
≮0.5级
监测精度：
流量：
2.5级
压力：
0.5级
电参数：
0.25级
温度：
0.5级
振动：
0.5级
其它：
1.5级
3监测参数范围
流量：
10～125000m3/min
风速：
0-60M/S
负压：
0～5000Pa±10Pa
温度：
--40～150℃
电压：
0～10kV
电流：
0-500A
功率：
无限制
振动：
0～20mm/s
4系统特点
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。
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。
采用了先进的计算机技网络技术，实现了全矿数据共享。
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。
流量监测措施独特、新颖，可靠性好、精度高。
选用了可靠性好、精度高的传感（变送）器。
软件设计安全性高。
操作简单快捷、维护方便。
5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。
（UPS）
风机在线监控配置清单
产品名称
型号
数量
生产厂家
控制柜
TFJ-2
1
电气
电源
MW24
1
台湾明纬
PLC
S7-200XP
1
西门子
采集模块
EM231
2
西门子
温度模块
EM731
2
西门子
电量变送器
EDA90
4
LCKJ
负压变送器
HK5
2
芬兰HK
差压变送器
HK5
2
芬兰HK
风量传感器
LPT-08
4
意大利DELTA
振动变送器
20MM
4
BJCZ
工控机
610H
1
研华双核CPU，250G硬盘
液晶屏
19寸
1
PHILIPS
音箱
2．1
1
HYUNDAI
工业键鼠
标准
1
罗技
风速传感器
80M/S
2
电气
通讯处理器
PCPPI
1
西门子
信号电缆
RVVP6
400米
天诚
压力控制箱
XZ07
1
电气
组态软件
6．52
1
组态王
工控软件
TFJ-2
1
电气
打印机
A4激光
1
HP
耗材
一批
6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。
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。
气体流量的监测
在系统中，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。
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。
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。
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。
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。
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。
第2节气体流量的监测
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。
的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。
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、垂直的两条直径与硐壁的交点a、b、c、d处，见图四b；
3系统负压测点的结构与物理位置
系统在工厂设计时是在风机内部的理论位置放置负压引压环，负压引压环是使用Φ40mm的金属管弯圆焊接制成，并在理论位置上打孔，然后引通到相应位置的风机顶部，用以连接测量器件，工艺已标准化。
系统的负压P2与P1引压环路在风机实体上的物理位置如图五。
在本系统中为描述方便分别称为全压P2与静压P1（注：
全压的最终值并不是这里P1的测量结果）。
4微差压变送器的基本技术指标与使用方法
在系统中，负压的测量采用防爆型微差压变送器，其性能与技术指标如下：
特点
长期稳定性好
激光调阻温度补偿，使用温域宽
防浪涌电压和极性反相保护
抗干扰设计
灵敏度高，温漂小
主要技术参数
输出形式：
4～20mADC
供电电源：
＋24VDC
准确度：
±0.25％
介质温度：
－20～85℃
环境温度：
－10～60℃
响应时间：
≥30mS
负载能力：
≤600Ω
过载压力：
2倍
过程连接：
M20X1.5外螺纹
外形及尺寸
系统所使用的4只微差压变送器分别位于两台风机4个引压环路的顶部，使用非导体管箍与引压管路相连。
这样的设计其一避免了使用长距离管路将负压引到室内的作法管路中冬季容易积水堵塞的现象；其二使用非导体管箍可使差压变送器与风机机体作到电气隔离，降低了电机工作时引入的电气干扰，降低了测量误差。
在风机工作时，微差压变送器接受到来自引压环内的负压，将此压力信号转换为4～20mA的电流信号，交与模拟量转换模块作A/D转换及进一步处理。
5模拟量采集模块
系统的模拟量转换采用模拟量测量模块。
模块可广泛应用于各种工业控制与测量系统中。
它能测量压力、温度、电量等变送器输出的4～20mA或0～10V信号。
通讯接口为RS485或RS232，电源为DC8～30V，通讯协议为MODBUS-RTU
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