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1、山西极峰科技有限责任公司煤矿主通风机房整体解决方案主扇风机的运转直接影响到井下操作人身安全和生产效益，通风机的安全、稳定运行成了科技人员和煤矿管理人员关注的焦点。传统意义上的设备仅仅局限于简单数据的采集和监测，单纯从传感器或其他数据采集方式获取设备运行数据，如温度、电参数、压力、振动等信号，进行集中显示。这种方式只能对设备的运行状况时的状态进行了解。虽然起到了重要的作用，但由于大部分运行人员对设备的运行状况不能深入了解，并不能准确及时判断风机将要出现故障或将处于不稳定等情况运行。随着电力技术、计算机智能技术、网络技术、传感器及电子技术的发展，对煤矿主通风机的控制、监测、辅助系统也不断完善起来，
2、逐步走向监测控制远程化、分析诊断相智能化结合的现代综合监控系统。山西极峰科技有限责任公司多年从事煤矿主通风机监测、控制与故障分析，积累丰富的主通风机监测与控制经验。在此基础上提出以变频为驱动，以PLC控制为中心、以振动信号诊断为基础的主通风机综合解决方案。基于PLC 的风机变频驱动系统及风机自动监控系统实现了PLC柜现场、上位机和远程三级集中监测和控制，为通风系统及时维护和有效调节提供了可靠依据。本系统运行稳定，监测实时性好，数据准确，通信可靠，达到了节能的预期效果。实践证明，风机自动监控系统有力地保证了主通风机经济、可靠地运行，提高了矿井主通风机设备的自动化管理水平。方案的优点：1、以变频为
3、驱动可以根据通风需要随时调整通风量；达到最佳通风效率；实现国家节能减排的要求；2、以PLC为控制中心，可以实现故障倒机、定时倒机、一键倒机等功能；实现本地操作台、计算机和远程操控。3、以综合智能监测为平台，可以实现值班及远程实时掌握风机运行状态，诊断系统实时对设备状态进行诊断，提前预报设备的运行状态，避免风机出现重大故障。一、系统结构图：二、电力及变频部分为了适应矿井发展，满足通风网络变化的要求，通风机及其拖动电机在设计选型时都有一定余量，形成“大马拉小车”的不经济运行现象。煤矿主通风机传统的控制方式是风机全速运行，通过调节风叶安装角度或风门开度调整所需风量，这种运行方式能耗大，约占煤矿能耗的
4、1520左右，并且调节不方便。采用变频调速技术，可以根据矿井生产需求调整电机转速来调节风量，既节约大量电能，又减少机械和风的噪音。根据煤炭安全规程第四百四十二条规定，主通风系统高压两回路10kV（6KV）电源引自地面变电所不同的两段母线上，通过架空线路接至主通风变电所高压室，高压母线为单母线分段结构，两条高压进线互为备用，安装自投装置，确保供电安全。高压室设有7台(9台)高压柜。低压母线也为单母线分段，设有进线柜两个、母线联络柜一个。系统可以采用四个变频柜分别控制两台对旋风机的四台电机，为节约投资也可以选用两个变频柜，每台拖动两台电机，一组风机。低压配电柜为风门电机、油压等系统供电，系统控制柜
5、一个。变频器具有如下优点：1）实现了基频以下恒转矩，基频以上恒功率，保证风机特殊情况下的正常启动；2）具有变频器跳闸抑制功能，过电流抑制功能、过电压抑制功能，根据负载调整所需的加速时间和减速时间，减少了跳闸的发生，提高了风机运行的安全性；3）通过可编程序运行功能，实现简易顺序控制功能，可以简化上位装置和周边回路，节约了控制柜空间、降低了成本，提高了变频控制柜可靠性；4）采用冷却风扇、平滑电容等长寿命部件，设计寿命达到10年，提高了变频器的可靠性；5）专利微浪涌电压抑制功能，即使和电机之间接线距离很长，也能抑制端子电压的变动，保护风机电机的绝缘；6）一个按钮即可实现变频器的紧急切断，不通过变频器
6、的CPU，通过硬件就可以切断输出，从而实现高可靠性紧急切断，保证应急停风机的要求；7）变频器内部基板三防涂层处理及铜条的镀镍处理，提高了变频器环境适应性，适合煤矿应用环境。三、监测及控制部分矿井主通风机自动监控系统以PLC 为核心，主要由信号监测装置、传感（变送）器、PLC、通信装置、上位机及其它设备组成，可分为风机变电站监控系统和风机风速、负压、振动、风机电机温度监控系统。PLC 选用西门子 S7-300 系列PLC，主要由电源、CPU、数字量输入输出、模拟量输入输出、通信单元等模块组成。S7-300 通过工业以太网通信模块CP343 连接到上位工控机或矿统调系统，实现监测参数的实时显示，并
7、将监测参数存储到数据库中；同时以数据、趋势图及报表等多种方式实现风机运行参数监测结果的再现。高开柜监控系统高压部分采用微机保护单元，该单元可就地显示相电压、线电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数等参数，通过RS485、网络通讯，把本地数据发送到上位机，在上位机实现综合智能监测与控制。主要功能有：1）能现场和远程实时自动监测和记录主扇运行时的风量、风速、风压（全压、静压）、效率、转速、绕组温度、各轴承温度、润滑油供油温度和压力、各种电量参数（如电机运行电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、累计电量等）等参数值，并自动生成表格或历史曲线；风机的运行状态包括风机运行状态（旋转风叶、风流方向）
8、，风门位置、油泵运行状态、高压开关状态等。2）实时直观、清晰的模拟显示主通风机的运行状态图。3）设备控制功能，在计算机上可直接控制风机、风门、水泵、油泵等设备的开停；如果软启动有故障时，可实现在操作台直接启动；同时为防止随意操作控制，系统设有安全操作权限。在计算机控制下，实现一键倒机，并要求在10分钟内实现。如果倒机失败，自动切换回原运行风机。风机及辅助设备操作方式，风机及辅助设备操作方式:集中操作和就地操作，预留远程控制接口。在就地操作箱或高压开关柜设集中操作/就地操作转换开关。反风方式：电动机反转反风，设集中操作和就地操作两种操作方式，反风时间小于10min。集中操作: 集中控制系统采用可
9、编程序控制器（PLC）控制。实现系统联锁、起、停控制、保护等功能。就地操作：此操作方式用于设备检修或单体设备调试时使用。当PLC或系统发生故障，不能进行集中控制时的应急起停方式。可以直接在就地操控风机及辅助设备。远程控制方式；在矿井调度室直接对风机进行控制。4）风机保护功能：在监测值超过保护值时，提醒用户倒机，并在用户许可的情况下实现自动倒机。实现对高压电控柜超压、欠压、过流、过载、漏电监测等保护。5）可存储和查询各种监测数据，如风量、风速、风压（全压、静压）、效率、转速、绕组温度、各轴承温度、润滑油供油温度和压力、冷却水进出水压力、各种电量参数（如电机运行电压、电流、有功功率、无功功率、功率
10、因数、累计电量等）等监测参数即时存储，以便用户进行数据报表打印或数据存储到一定量进行光盘刻录功能。6）能对主通风机的最佳工况、运行工况显示和分析，便于实现主通风机的经济运行。能将实时监测数据以动态图形及数字显示。7）自动记录主通风机之间的倒机时间。8）系统具有主通风机各监测量超限报警以及规程所要求的各种保护功能，具有以声（蜂鸣器）、光（红色指示灯）和语音报警功能。可实现各工况点显示、事故报警及追忆功能。记录各种参数及日期、时间等进行记录，以便事后分析。9）具有完善的在线帮助系统，操作人员可随时查询帮助文件，解决操作中遇到的疑难问题。10）实现主通风机机房与监测中心或其它需要监测的部门联网，监测
11、中心可通过网络实时检查和查阅主通风机的运行状态。在权限允许的情况下可以实现远程操作。四、通风机诊断系统系统系统通过对风机振动信号在线监测，获取系统的振动信息。对获取的振动信息进行加工、处理，从而得到轴承振动状态趋势图、轴承振动时域波形和频域图、振动特征参数值以及结构振型分析等内容。主要功能如下：（1）系统能向用户提供全方位的轴承运行信息，可在线监测轴承运行状态及其变化情况。（2）系统能给出轴承振动信息的时域、频域图和关键特征信号的诊断数值，及时向用户提供轴承运行状态异常或故障的早期征兆，以便采取相应的措施，将故障消灭在萌芽状态，避免或减少重大事故的发生。（3）系统可在线进行轴承状态异常原因、性
12、质和故障类型的诊断分析，为设备运行和维修决策提供科学依据。自动识别设备的运行状态，出现异常时智能报警，及时发现和避免整个系统的故障。（4）系统具有事故记录功能，一旦发生故障，能自动记录下事故过程的完整数据和信息，以便事后进行故障原因分析。监测故障的产生、发展、变化的全过程，预测运行趋势和故障的智能诊断，掌握机组的本质运行状态。（5）实时监测设备全状态性能参数，以及各种性能运行曲线、趋势曲线、动态图形并通过数字窗口集中直观显示。自动连续实时地采集并存储设备运行参数及轴承振动和温度等运行参数，自动生成各种所需报表进行查询和打印。（6）系统与网络连接，实现数据和监控功能的远程浏览，各相关部门人员可通过网络远程查询设备的各种监测参数和掌握状态变化，实现主通风机系统运行信息化、科学化管理。（7） 监测预报功能：监测功能系统运行状态图运行特性曲线图实时运行曲线图历史参数趋势图频谱图时域波形振动强度振动烈度包络谱数据类型及报表实时数据历史数据异常数据报警数据危险数据（8） 振动图谱：提供时域波形、包络谱、频谱图等，（9）在系统出现故障时，能自动生成、显示和打印出参考诊断报告。（10）、系统可诊断故障类型：序号故障类型序号故障类型1转子不平衡6机械松动2轴弯曲7内圈故障3配合故障8转子横向裂纹4滚动体故障9流体动力学故障5外圈故障10地基松动故障