主扇风机在线监控技术方案.docx
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主扇风机在线监控技术方案
主通风机在线监测装置
技
术
说
明
文
件
###########
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
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（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、ASCII码、十六进制LC-02协议3种，协议可自动识别。
输入信号
输入：
8路0～20mA电流及4路0～10V电压。
输入信号为直流或交流（频率25～75Hz）。
信号处理：
16位A/D采样；采样速率:
3000次采样/S。
输出真有效值。
测量周期：
每通道0.1秒，12通道循环测量。
过载能力：
1.2倍量程可正确测量；过载3倍量程输入1s不损坏。
隔离：
信号输入与通讯接口输出之间隔离，隔离电压1000VDC。
A/T、B/R、VCC、GND为输出端，与GND端共地；12路信号输入共地端为AGND端子。
电流通道：
输入阻抗110Ω。
电压通道：
输入阻抗>100KΩ。
通讯输出
接口：
RS485C接口，二线制，±15KVESD保护；或RS-232接口，±2KVESD保护。
协议：
MODBUS-RTU、ASCII码、十六进制LC-02协议3种，协议可自动识别。
速率：
1200、2400、4800、9600、19200Bps，可软件设定。
模块地址：
00～FFH可软件设定。
测量精度：
电流、电压：
0.2级或更高。
模块电源：
+8～30VDC；功耗：
典型电流消耗为15mA。
工作环境：
工作温度：
-20℃～+70℃；存储温度：
-40℃～+85℃；相对湿度：
5%～95%不结露。
安装方式：
DIN导轨卡装体积：
122mm*70mm*43mm。
模拟量测量模块应用
模块可广泛应用于各种工业测量与控制系统中。
它能测量压力、温度、电量等变送器输出4～20mA或0～10V信号。
其输出为RS485总线方式。
通讯协议为MODBUS-RTU、ASCII码、十六进制LC-02协议3种，协议可自动识别，使其可与其他厂家的控制模块挂在同一RS485总线上，且便于计算机编程。
通讯方式为RS485时，将主计算机串口接转换器XZ485C（RS-232/RS485），转换器输出DATA+端和所有模块的A/T端连接，DATA-端和所有模块的B/R端连接，并在两终端接入匹配电阻（距离较近时，也可不用），接入电源。
通过XZ系列模块应用软件，便可开始测量。
XZ9017模块能连接到所有计算机和终端并与之通讯。
模块出厂时，都已经过校准，且模块地址为01号，波特率为9600bps。
模块地址从1-255（01H-FFH）随意设定；波特率有1200bps．2400bps.4800bps.9600bps.19200bps五种可使用。
模块地址与波特率修改后，其值存于EEPROM中。
模块的数据更新周期可在67mS～1.7S的围设定，方便应用；
不超过2倍满量程的瞬时输入信号不会导致模块的损坏。
RS485网络：
最多可将64个系列模块挂于同一RS485总线上，但通过采用中继器，可将多达255个模块连接到同一网络上，最大通讯距离达1200m。
主计算机通过转换器用一个COM通讯端口连接到RS485网络。
配置：
将系列模块安装入网络前，须对其配置，将模块的波特率与网络的波特率设为一致，地址无冲突（与网络已有模块的地址不重叠）。
配置一个模块应有：
转换器，带RS-232通讯口的计算机和系列模块软件。
通过系列模块应用软件可最容易地进行配置，你也可根据指令集进行配置。
数据采集：
将模块正确连接，主机发读数据命令，模块便将采集的数据回送主机。
数据输出：
在ASCII码格式下数据为一位符号位+，5位数据位和一个小数点，输出为工程量单位mA或V。
在其他协议时，输出测量值除以1000后即为实际测量值。
测量传感器输出的4～20mA信号时参数计算：
如4～20mA输出的压力变送器，其实际压力值为：
（测量电流值－4mA）/16mA*压力变送器量程。
6有源隔离转换器
由于系统所使用的模块的通讯方式均为RS485方式，而计算机的串口工作方式为RS-232，所以必须使用RS485/232转换器才可将系统模块与计算机连接通讯。
在系统中担负着通讯格式的转换工作。
隔离转换器可以将RS-232信号转换为隔离RS485信号。
可以使用标准的PC硬件构建一个工业级、长距离通讯的系统。
隔离转换器使您可以在最初由RS-232设备组成的现有网络中使用RS485传输信号获得更快的传输速率、更大的传输围和更强的联网能力。
RS485中的电路自动侦测数据流的方向，免除了网络中的握手请求，仅需两根导线就可以构建一个RS485网络。
传输速率最高可达19.2Kbps。
RS-232/RS485转换器可将RS-232通信距离延长至1200米（9600BPS时）。
可应用于PC机之间、PC机与测控终端之间构成远程多机通信网络；
转换器外形为DB-9/DB-9转接盒大小，其中RS-232端为DB-9（孔座），可直接插在PC机9芯RS-232插座（针座）上，另一端为可插拔的电源及485口接线端子；
本产品无需初始化设置，部零延时自动收发转换，通讯速率自适应，适合所有软件。
贴片工艺，工业级设计，抗雷击，防静电带串口隔离保护，可带电热插拔。
规格
输入：
RS-232（4线制）
RS-232接口：
DB-9接口
输出：
RS485（2线制）
速度（bps）：
1200、2400、4800、9600、19.2k
RS485接口：
插入式螺钉端子
隔离电压：
2500VDC
供电电源：
+5VDC
应用
转换器下最多可带128节点（根据现场所带的485设备及线路状况而有差别），通过等中继器可带更多节点。
总线应使用屏蔽双绞线，屏蔽层接RS-232/RS485转换器及终端的GND端。
总线通信应接地线,因为XZ485C通信要求通信双方的地电位差小于1V，若高于1V则会引起通讯数据不可靠，若通信双方的地电位差过高还会导致XZ485C接口芯片的损坏；为安全起见，建议PC机的机壳要可靠接；
转换器的DB-9（孔座）一端直接插在PC机RS-232的COM口上；另一端为可插拔式接线端子：
DATA+端接XZ485C总线的数据正DATA+（A）端，DATA-端接XZ485C总线的数据负DATA-（B）端；GND端接通信网络系统的地及电源地；
若转换器与微机COM口间有延长线，则建议使用标准延长线（9根线都延长的）；
PC机RS-232口的DB-9芯连接器引脚为：
2－RXD（收），3－TXD（发），5－GND（地）。
7气体温度的测量与JWB系列温度变送器
因为气体的温度是气体流量计算中的一个参数，为了精确计算流量，系统中包含了对气体温度测量的项目。
风机入口气体温度测量使用JWB系列一体化温度变送器，JWB一体化温度变送器是一种接触式测量温度的现场用仪表，与其相应的计算机采集测量系统配套使用，可准确测量风机入口处的气体的温度（使用围-200℃～1600℃）。
JWB一体化温度变送器是在装配式温度传感器的防水或隔爆接线盒装入放大变送模块，与传感器连接形成一体化，输出标准4～20mADC（两线制）。
本系列产品参照国家颁布的相关GB标准和JJG规程的相关容，同时参照并符合IEC相关文件标准，并参考国外同类产品的优点进行优化设计，使整个产品更加可靠、精确，非常适合各种环境现场的温度测量。
系列温度变送器技术参数
输出：
二线制4～20mADC
供电：
24VDC（12V～36VDC）
精度：
A级0.2%B级0.5%
负载：
≥650Ω（24VDC）
输出保护：
最大23mA
量程：
-50℃～100℃
基本结构
基本结构：
传感器+（连接装置+接线盒+保护管）+变送模块
由于变送模块的工作温度为-20～75℃，通过适当选择变送器的冷端长度使温场到接线盒之间的传导和辐射温度降低，保护变送模块正常工作。
依据实际需求，选择50mm的冷端长度。
温度变送器的安装
系统气体温度变送器安装在风机的连接风筒顶端靠近蝶阀处，插入部分以不影响蝶阀的开启为宜。
风机在风机生产制造的过程中已标准化了该项工作，保证了系统完美的物理结构。
基本结构：
传感器+（连接装置+接线盒+保护管）+变送模块
由于变送模块的工作温度为-20～75℃，通过适当选择变送器的冷端长度使温场到接线盒之间的传导和辐射温度降低，保护变送模块正常工作。
依据实际需求，选择50mm的冷端长度。
温度变送器的安装
系统气体温度变送器安装在风机的连接风筒顶端靠近蝶阀处，插入部分以不影响蝶阀的开启为宜。
风机在风机生产制造的过程中已标准化了该项工作，保证了系统完美的物理结构。
入口气体温度的信号处理
风机工作的时候，矿井中抽出的气体温度直接作用于温度变送器后使温度变送器输出的4～20mA的电流信号，送到模拟量采集模块。
计算机捕获到这个信号后可监测到当前气体的温度，得到计算风量时所需要的气温参数。
详细容见气体流量的监测一节相关容。
8负压的采集与气体流量的计算
风机工作的时候，由引压环路中的负压作用于差压变送器后使差压变送器输出的4～20mA的电流信号，其中静压送至模拟量转换模块的0通道、全压送至1通道，气温变送器输出的电流信号送到2通道。
这三个信号经A/D处理后输出RS485通讯信号。
使用计算机的com1串口与模块通讯。
由于计算机的串口为RS-232通讯方式，所以在与计算机间需接入一个RS-232转换器。
这样，计算机便获得了系统监测静压与风量的原始信号。
对原始信号的处理：
系统使用PLC编程，对所有采集到的信号进行换算与处理。
计算所得到的结果将在屏幕上显示及作其它更多处理，见后文
在的实际应用中，为达到系统具有双机双备要求的目的，系统共使用两块，每块有8个电流采集通道，服务于一台风机，兼顾振动信号的采集任务。
其通道与地址的分配如下：
通道分配表
0通道
1通道
2通道
3通道
4通道
5通道
6通道
7通道
地址9
JY10
QY10
QW10
ZD11X
ZD11Y
ZD12X
ZD12Y
保留
地址10
JY20
QY20
QW20
ZD21X
ZD21Y
ZD22X
ZD22Y
保留
表说明：
JY表示静压，QY表示全压，ZD表示振动。
后面的序号依次是风机编号、风机级数编号、方向。
例ZD21Y表示2号风机1级风机垂直振动。
第3节电机的轴承温度、绕组温度的测量
电机的轴承温度、绕组温度的测量
电机绕组温度、轴承温度的感知元件为在电机出厂时预埋的PT100铂热电阻，并以三线制的方式引出风机机体处接线盒，具体位置下图所示。
每台电机共有两个轴承温度测点与三个定子绕组温度测点，每个测点均预埋有两支PT100铂热电阻，其中一支为备用。
两台风机共4台电机共有二十个测点，分别使用4块6路温度测量模块与之连接，采集电机工作时的工作温度。
1PT100电阻介绍
概述：
铂热电阻根据使用场合的不同与使用温度的不同，按照绕制的骨加来区分，有云母、瓷、簿膜等元件。
作为测温元件，它具有良好的输出性能，可作为显示仪、记录仪、调节仪以及其它”电脑”之类仪表提供精确的输入值。
若配接一体化温度变送器，可输出4～20mA和0～10V等标准电流和电压信号，使用更为方便。
结构和原理
装配式热电阻是由感温元件、不锈钢保护管、接线盒以及各种用途的固定装置组成。
铠装式铂热电阻比装配式铂热电阻直径小、易弯曲、适宜安装在装配式无法安装的场合，它的外保护管采用不锈钢，充满高密度氧化物质绝缘体因此它具有很强的抗污染和优良的机械强度，能在环境较为恶劣的场合使用。
隔爆式铂热电阻通常用于生产现场伴有各种易燃、易爆等化学气体、蒸气的场合，如使用普通铂热电阻极易引起环境气体爆炸，因此在这种场合必须使用隔爆式的铂热电阻，隔爆铂热电阻，能适用在dⅡBT1—6以及dⅡCT1—6温度组别区间具有爆炸性气体危险场所。
铂电阻是一种温度传感器，其工作原理：
在
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