煤礦主通風機故障診斷與在線監控

◎趙連剛

作為煤礦開采過程中不可或缺的設備，主通風機的作用是將新鮮空氣送下煤井空間，并將礦井空間的粉塵及污染性空氣向外排出，該設備的安全運行對礦井的安全性起到了決定性的影響。主通風機的能耗較大，應用故障診斷與在線監測系統可以確保主通風機的穩定與高效運行，為煤井空間的通風提供保障，降低煤礦安全事故的發生，也可有效降低主通風機設備的能源消耗。

一、煤礦主通風機故障診斷與在線監測系統分析

該系統通常需要同時運用兩臺通風機，且主要以軸流式通風機為主，兩臺設備一個為主機，一個備用機。在通風機應用過程中，應設計科學完善的通風機管理與自動監控系統，在此系統的實時監控之下，可能及時了解主通風機的運行狀態，監測其運行時的各項參數值，進而及時發現故障所存在的故障隱患并及時發出故障預警，以確保工作人員可以及時進行設備的維護，減少安全事故問題的發生。此系統的應用，極大地提高了煤礦主通風設備運行的穩定性，進而使煤礦開采工作向著更加自動化與智能化的發展。本文介紹了一種基于冗余PLC 控制和大數據分析的主通風機故障診斷與在線監測系統的實現。

二、煤礦主通風機故障診斷與在線監測系統的構成

1.控制系統。

通風機的自動控制中心設計時，需配置多種輔助性功能部件，除了工控機以外，還有硬盤錄像機與打印機，此外還安裝了聲光報警器。同時，該控制中心應用的是上位機開發軟件，可以客戶的實際需求而進行此系統軟件的設計與開發。在其上位機的軟件界面當中，可通過模擬圖的形式展現出通風機的運行狀態，并對其運行參數進行具體呈現，可及時進及系統數據的收集與統計，并將之存儲于系統當中進行管理，也可以歷史數據為基準而進行數據的分析與對比，以此判斷設備是否存在故障問題，如發現故障隱患會以聲音與燈光閃爍的方式進行自動報警。

2.PLC 控制柜系統。

通風機PLC 控制柜設計采用高可靠、抗干擾能力強的西門子300 系列PLC。柜內配置兩套S7-300PLC 模塊，包括CP341以太網模塊、CP340 通訊模塊，SM321 開關量輸入，SM322 開關量輸出，SM331 模擬量輸入模塊，除此外還配置有觸摸顯示屏、繼電器、光纖遠傳模塊、交換機等。

3.傳感器系統。

系統中安裝了多種傳感器，負壓與差壓兩種不同的傳感器，可對主通風機入口處的靜壓進行實時監測，也可獲取到全壓以及負壓的相關數據。同時，系統中還有風量傳感器，可進行通風機風量大小的有效監測。系統內置的溫度傳感器，可對通風機的前后軸溫度進行實時監測，也可判斷出通風機入口以及電機溫度的變化情況。而風門傳感器的作用則是對風門的狀態變化進行動態監測。安裝的振動傳感器可收集到通風機水平與縱向的不同振動值數據。除了傳感器以外，系統中還安裝了電三相參數采集器，其可對通風機運行時的三項電壓狀況進行監測，可實時獲取到電流與功率參數，也可收集電量相關數據的變化。

4.視頻監控系統。

該系統的視頻監控體系應用了多種設備，除了獲取圖像的攝像機以外，還安裝了監測順器，并且需在視頻服務器的輔助下完成視頻監控，此外，還安裝了硬盤錄像機可用于圖像的存儲，顯視器的作用是進行數據或視頻的展示。同時，將數字網絡攝像儀安裝于通風機房的電控室中，且在操作室與風機室也安裝了此設備，其在網線的連接下實現了與控制系統交換機的有效連接。

三、煤礦主通風機故障診斷與在線監測系統的功能分析

1.多種控制方式。

主通風機控制系統有多種不同的控制方式，除了手動控制以外，還可以實現遠程控制，也可采用就地集中控制的方式進行控制，該控制功能進行了優先級設置，分為多個級別層次。

2.狀態顯示功能。

顯示主通風機運行工況模擬圖，顯示各設備運行狀態及各種工況參數。具體如下：模擬顯示通風機運行工況畫面，包括葉片轉動、風向流動、電機轉動等；實時顯示主通風機的負壓、前后軸和電機繞組溫度、電流、電壓、功率、效率、震動等運行數據；監測通風機內的甲烷濃度、一氧化碳濃度、風速、風量等氣體參數；以動畫方式形象地模擬通風機開、停狀態；軸流式主通風機葉片旋轉方向；風門的開度和關閉狀態；以實時曲線動態展示通風機的電流、負壓、軸承及電機繞組溫度等監測數據的變化；能查詢5 年內的通風機及關聯設備的運行數據，并以歷史曲線圖形顯示。

3.收集各類數據。

入口靜壓、全壓；礦井總負壓；通風機風量；通風機供電電壓；通風機電機電流、功率（前后級電機分列顯示）；風機效率；通風機葉片轉動情況；通風機前后軸溫度和電機繞組溫度；甲烷濃度、風速和風量、一氧化碳濃度；風門開度狀態；礦井的動壓、全壓、靜壓；通風機電量監測、統計；風機在X、Y 方向上的振動值；低壓柜運行狀態、運行參數、遠程控制；具有數據長效儲存功能。

4.超限預警及故障報警。

數據自動監測報警，有動畫圖像、文字窗口、聲音提示。具備管網壓力異常狀態下，文字、圖像、聲音報警提示信息。具有電動閥門異常狀態下，文字、圖像、聲音報警提示信息。具備通風機如壓差、溫度、喘振等自身運行參數的異常報警。當風機前后軸溫度及電機繞組溫度超過預警點時，通風機意外停止運轉時，主通風機振動情況超過預警點時，聲光報警器啟動報警，工控機彈窗顯示報警信息和現場視頻畫面。

5.自動診斷故障。

PLC 的掃描器和適配器發生故障時，系統會通過網絡的通訊情況判斷故障，并發出報警；PLC 的I/O 模塊發生故障時，CPU 會通過I/O 模塊的狀態位偵測到故障及故障內容，系統會發出報警；網絡發生斷線、干擾等傳輸問題時，網絡會自動偵測到，并發出報警；監測傳感器或信號線發生斷線故障時，PLC 通過測量值判斷故障并發出報警。

6.歷史數據的記錄與查詢。

該系統可對歷史信息數據及運行參數進行記錄與存儲，以便于用戶根據實際需求進行設備工況、報警次數及故障事件的查詢。

結語：在煤礦開采中應用主通風機故障診斷與在線監測系統，實現了自動化的監測，也可進行遠程的設備控制與數據監測管理，主通風機設備的管理能力得以進一步提升，工作人員的工作強度也得以有效降低，節約了人力資源成本，使礦井生產安全以及設備的運行安全都得到了保障。設備預置的故障診斷功能可以實時進行設備運行數據的收集與統計，可及時發現與排除故障，增強通風機使用的合理性，實現了電力能源的有效節約，也使通風機的使用壽命得以延長，可有效節約礦井生產成本。