礦用通風機在線監控與故障診斷系統的應用

武建平

（南煤集團南莊分公司， 山西 陽泉 045000）

引言

礦井主通風機是煤礦通風安全的重點監控設備，主通風機的正常運行與否關系到煤礦的安全生產。主通風機在線監測系統的建立與故障診斷系統完善是關系到通風設備安全運行、礦井生產安全的關鍵，也是礦井實現自動化設備控制的主要步驟。鑒于此，南莊分公司研究應用了通風機在線監控及自動化故障診斷系統，用于實現對風機運行工況的實施監控，并對監測數據進行自動化集成分析，實現風機故障的實時顯示，保障了主通風機的安全運行和礦井的安全生產。

1 系統組成部分

通風機在線監控與故障診斷系統的主要組成部分包括數據監測集控系統、傳感器感應元件、顯示器組件（控制顯示機和數據處理軟件）三大部分[1-2]。

1）系統的核心組成部分為數據監測集控系統，以300（AB 1769）系列PLC 控制組件作為主要組成元件，所有模擬量信號采用隔離器進行處理再進入PLC模塊。

2）傳感器感應元件包括電機電量參數采集元件、風壓測量元件、振動傳感元件。電機電量參數采用國內知名品牌多功能電量儀表采集，配備PROFIBUS DP 總線接口；風壓測量元件采用數字智能化電容式差壓方式進行檢測；振動傳感元件采用一體式振動數據變送器。

3）顯示器組件。配備大容量機箱電源、22 英寸寬屏液晶顯示器、惠普A4 彩色打印機，實現數據的實時顯示和打印。

2 系統特點和主要技術參數

系統的組成是以PLC 作為核心控制元件，傳感器信號（包括溫度信號、風量風壓信號、風機振動信號等）均由PLC 模塊進行自動化控制，傳感器元件具有防塵抗振效果好、抗干擾能力強、擴展方便的特點。風機運行工況參數（包括電流、電壓、功率等）通過多功能參數儀表進行精確測量，通過RS485 即時傳輸，并在顯示屏顯示。系統主要技術參數如表1 所示。

3 系統主要功能

3.1 基本功能

系統具有數據和狀態監控、遠程控制、無人值守、不停風倒機、故障診斷、信息查詢、數據和報表管理、數據遠程傳輸八大功能。主要包括以下內容：

1）實時監測主通風機全壓、靜壓、全壓效率、靜壓效率、風量、出口風速、垂直振動、水平振動。

2）實時監測電機參數：包括三相電流值、電壓值、功率因數、每相繞組溫度、軸承兩端溫度[3]。

3）實時監測主通風機配套電控設備的運行狀態、配套蝶閥或者風門的開、關信號。

4）主通風機運行狀態監測，實時監測內容包括開停機信號、風機正反轉信號、風機故障信號，根據監測數據自動化實現主通風機正常狀態下啟停、反風的控制，實現在不停風狀態下完成倒機功能。

5）根據型號實現控制主通風機配套電控合分閘、配套蝶閥或者風門開關閥、變頻器遠程設定頻率。

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6）根據型號實現無人值守功能（一鍵式倒換風機、故障自動倒機、停機自動倒機、電源自動切換）。

7）根據型號實現故障診斷功能（集數據采集、狀態監測、實時報警、振動分析、綜合評價、專家診斷、大數據預警、報表統計，向最終用戶及時提供設備當前的健康狀況及運行趨勢等）。

8）可擴充接口，測量入口空氣溫度、濕度、瓦斯濃度、CO 濃度等其他參數。

9）實時依據風機運行工況實現報警信息的即時顯示、歷史報警信息自動存儲，通過歷史報警窗口可進行查閱、瀏覽和打印。自動記錄通風機的監測參數，自動生成報表，提供歷史數據的查詢、打印功能[4-5]。

10）配備工業以太網交換機，預留多個太網接口，方便數據遠程通信。

3.2 重點功能并舉例說明

3.2.1 數據的實時監控和顯示功能

該系統實現動畫模擬風機運行工況和通風構筑物的啟閉狀態，并把監測數據自動化匯總并形成工況運行參數曲線圖（包括風壓- 時間曲線圖、溫度- 風壓曲線圖、功率- 時間曲線圖、流量- 風壓曲線圖等），例如在線監控系統顯示的1 號風機的風壓實時曲線如圖1 所示。通過分析曲線的的狀態趨勢，可以明確地判斷風機運行工況和狀態。各種監測數據（包括風機電流電壓、風壓風量風速、軸承溫度、振動參數等）及時存儲2 年，該存儲數據可以根據需要生成數據報表或者運行曲線圖，用于指導強化通風機的技術管理工作[6-7]。

圖1 1 號風機的風壓實時曲線圖

3.2.2 事故報警及追憶功能

風機運行出現故障時，該系統通過自動分析振動、溫度、電流等相關參數進行預警，并在界面進行即時顯示和提醒。系統自動及時記錄故障的日期、維修時間等技術參數，故障數據備存時間為5 年，出現故障后可直接調用類似故障處理方式、處理時間等記錄，為風機故障的快速排除提供依據[8]。

3.2.3 遠程控制功能

控制主通風機供電系統柜的正常合閘、分閘，變頻器的遠程頻率給定，電動風門或者蝶閥的開閥關閥控制，風機的啟停止、礦井需返風時的自動倒轉反風。帶有無人值守型號系統，實現無人值守狀態下礦井主通風機的自動控制功能。有值班人員時可以在控制中心點擊相關控制按鈕，按照操作規程操作，控制對應設備動作，無人值守時，通過設置相應的自動控制功能，實現風機在無人值守狀態下，出現風機故障時，風機能自動進行切換，保證礦井的通風的連續性、安全性。

4 系統常見故障及維修措施

4.1 電壓、電流顯示故障

風機的電壓是把電控柜內電壓通過多功能電量參數儀以RS485 總線傳輸到監測柜PLC 上。該儀表可以直接顯示三相電壓電流值。

如監測主畫面出現電壓、電流顯示故障，多是由于電機的單相電壓與該相電流不同相所致，需檢查確認監測柜門上“1 號電機參數”顯示電壓或者電流數據前是否有“-”，有“-”則需分別檢查調整電機的三相電壓與三相電流的相序，當調整相序一致時，電壓、電流顯示故障自動消失[9]。

4.2 振動顯示故障

振動傳感器同于采集電機或者風機振動頻率信號，并通過監測柜TD2 端子輸出檢測信號，經由8 號PLC 模塊輸出DC 4～20 mA 信號。

如出現振動顯示故障，多是由于傳感器是松動或線路故障所致。檢查步驟為：首先重點檢查振動傳感器是否有松動，若無松動可基本確定是線路故障；其次，檢查線路是否浸水或者短路故障；若是該兩項檢查均為出現問題，則是由于傳感器和變送器自身故障，及時更換傳感器進行測驗。

4.3 風壓風量顯示故障

風機風壓數據通過差壓變送器形成檢測信號，輸出的故障信號進入8 號PLC 控制模塊。差壓變送器的輸入壓力0～5 kPa，輸出信號DC 4～20 mA，通常安裝在監測柜的底部。

如出現風壓風量顯示故障，首先須檢查確認引壓管道的完好性，核實各連接部位是否有堵塞、泄漏、脫落，再檢查差壓變送器的的接入電源是否為DC 24 V。如果上述兩項檢查內容無問題，則多是由于差壓變送器損壞所致，須更換差壓變送器。需注意：反風時，必須將塑料管接入差壓變送器的“H”端（風機正轉時接“L”端），否則風壓、風量故障，極易導致差壓變送器的損壞。

4.4 故障報警燈的注意事項

在排除故障的時候，斷開QF5 可以關閉頻閃警示燈，但監測柜門上的黃色“故障指示”燈一直亮，直到故障排除后，柜門上的黃色燈才熄滅，重新合上QF5，頻閃警示燈將不發出聲光報警。

5 結語

南莊分公司研究應用了通風機在線監控及自動化故障診斷系統以來，系統實現對風機運行工況的即時監控，尤其是該系統具備的數據實時監控和顯示功能、事故報警及追憶功能、遠程控制功能，實現了礦井主通風機的自動化管理運行，有效降低了風機故障率，保障了礦井安全生產，同時達到了減員增效的效果。