离心式矿用通风机在线监控系统的设计及应用

韩 健

（同煤集团永定庄煤业公司， 山西 大同 037024）

引言

矿井通风是确保在高瓦斯状态下安全生产开采的关键保障[1]，矿井通风机的通风形式由原来的负压式发展为现在的正压式，并在矿井内采用两翼对角同时进行的抽出式通风。随着煤矿现代化技术的发展，离心式通风机的技术也在不断提升[2]。大多数煤矿企业使用的是离心式通风机在线监控系统，该系统存在信息数据存储量小、功能模块较少、信号传输损耗率大等缺点，在实际应用中无法为煤矿安全生产监管人员提供有效的帮助[3]。因此，为提高离心式通风机的主动与被动安全，有必要对其在线监控系统进行优化设计改造[4]。

1 离心式矿用通风机的工作特点

矿井所采用的通风机可按多种形式进行划分，如果按照功能进行划分，可以分为主通风机、局部通风机、辅助通风机。这三种类型里面可以对矿井通风效果起主导作用的是主通风机。目前依据通风方式对通风机进行分类，也是煤矿企业选择通风机类型的依据，可以分为轴流式通风机和离心式通风机，离心式通风机相比于轴流式通风机在各个方面的性能参数上都更具有优势[5]。

离心式通风机可以改变空气介质的流向，输出的风压较高，但是流量相对于轴流式通风机较低。它的整体结构设计紧凑，主要由工作轮、主轴、电动驱动机等结构组成，震动较小，噪声低，在输送空气时能够平稳运行，尤其适用于矿井对于通风量要求较低的工作面巷道。

离心式通风机在风量出口对叶片的安装角度也会根据工况的不同选取不同的安装方式，主要分为前倾式、径向式、后倾式。目前大多数煤矿安装方式采用后倾式，因为该类型始终保持风压稳定，送风效率较高。

2 在线监控系统方案

2.1 设计要求

1）整体监控系统性能优越，并且操作简单，能够快速上手；

2）系统硬件和软件都应具备安全性、可靠性、稳定性，对传感器、PLC等性能设备应该具备防爆防护措施[6]；

3）系统拓展性能要能够满足后期对于各项功能板块的添加，并且使用能够兼容各种协议的通讯接口。

2.2 方案确定

将离心式通风机的在线监控系统作为一个独立核心的工业设备进行管理，使用PLC作为核心处理器并辅助性配置传感器、监视器组成整体框架。采用以太网络进行数据传播通讯，使用DIP8011功能软件可以实现监控数据的及时存储、调取、信息查询、历史数据分析等有用功能，软件功能框架示意图如图1所示。

图1 DIP8011软件功能结构框架示意图

3 在线监控系统结构设计

离心式通风机在线监控系统覆盖功能应该齐全完备，在运行过程中的数据可实现采样、决策、处置、反馈，例如包括风机工况、电机工况、故障报警，异常噪声等信息数据收集和异常报警，设计出在线监控系统架构原理示意图，如图2所示。

图2 在线监控系统结构框架示意图

在线监控系统的设计可以实现电器参数、气体流量、风机振动、电机温度、信号采集、历史参数曲线、声光报警、权限管理等多种模块功能，可以满足离心式通风机在实际工况应用的要求。

4 系统硬件选型及软件设计

4.1 硬件选择

通过对比分析各类温度传感器在实际工况应用中的适应性，选取了Pt200型的热灵敏电阻传感器，主要型号为WZP-200，该型号温度传感器采用对称内置式用防爆接线盒进行连接，每个电动机设置2台。

根据《煤矿安全规程》的相关规定，对风压传感器进行选择，要求风压传感器具有测量范围广、灵敏度高的特性，采用型号为SMP2099，共设置4个安装在信号采集通讯柜里面。

选用KG9001型湿度传感器能够在误差测试范围3%以内进行工作，最大测量温度为50℃，通过3位半数晶体管进行交替显示。该型号传感器还可以加装温度传感模块，实现温度湿度组合的传感器方式，使监测系统内部模块集成程度得到提升。

4.2 软件设计

将整体软件设计系统分为三个信息层，主要包括逻辑层、服务层和浏览器三大部分。整体采用模块功能化设计理念对通讯、数据、报警进行了新的定义，采用局域网和以太网相结合的模式，通过后台数据管理可实现安全用户权限的设置。将数据库和网络的服务作为整个监测系统软件是否流畅运行的核心保障，使系统能够显示图表，采用CAN总线使每一个用户生成的操作痕迹和监测历史数据进行有效的连接，并且能实现在线云端操作，达到在线监控系统使用的目的，如图3所示。

图3 在线监控系统软件设计架构示意图

5 应用效果分析

将该通风机在线监测系统在某煤矿进行了现场应用测试。在现场测试过程中，主要对监控系统的电参数显示功能、报警功能、温度湿度显示功能、通风机振动参数显示功能及历史查询功能进行了测试，测试结果表明，该监测系统可准确地对通风机各类信号参数进行采集显示，当通风机压力超过阀值时，可及时对该信息进行报警，并对各类故障信号进行汇总、分析处理。

同时，在整个测试过程中，操作人员较少。经现场技术人员评价，该监控系统各项性能稳定、功能齐全，与其他监控系统相比，具有更高的智能化监控效果，可实时对风量、风压、风速、振动、温度等参数进行监控，直观地体现了主通风机的运行工况，同时也为风机机械部件的定期加油润滑、紧固等检修作业提供了数据依据，可以更好地为预防性和计划性检修工作服务，对企业监控通风机运行状态、提高通风系统运行稳定性具有重要作用。