煤矿主扇风机在线监控系统方案

XX煤矿

主扇风机在线监控系统设计方案系统版本：

文档编号：BLJK

南京北路自动化系统有限责任公司

2012年6月

南京北路自动化系统有限责任公司位于南京江宁经济技术开发区，是南京市高新技术企业。现有高级工程师、工程师及其他专业技术人员260余名。是专业从事煤矿通信、自动化、信息化产品的研发、生产、销售及服务的高科技公司。

公司在南京、徐州建有研发中心，自主研发、生产煤矿安全数字广播系统、煤矿人员定位考勤管理系统、矿用无线通信系统、无线视频监控系统、矿用千兆工业以太网及综合自动化系统等一系列满足煤矿自动化、信息化发展需要的产品。

公司生产的产品已在全国800多个煤矿获得了成功应用。

公司以满足客户需求为己任，不断生产高性价比的产品，为客户创造价值。

南京北路自动化系统有限责任公司

联系地址：南京市江宁开发区菲尼克斯路99号

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目录

1概述

风井主扇风机是全矿生产中的特大型重要负荷关键设备，它的正常运行是矿井得以连续安全生产的最根本保证。

主扇风机在线监控系统由PLC、工控机监控站、以太网交换机以及若干压力、温度、振动传感器等组成。采用工控界成熟的PLC加上位机组态监控模式，构成互备的风机控制系统，采用以太网传输平台，任一监控站可以同时监控两台风机的运行状态。同时利用传感器检测、信号处理、计算机技术和风机的有关技术，对风压、风速、主通风机运行状态、正反转状态、电机定子温度、轴承温度等通风机性能参数进行实时在线监测。

主扇风机在线监控系统能够在生产过程中随时掌握通风系统运行状态，改变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。

2系统设计依据

《煤矿安全规程》

《煤矿设计规范》GB50215-2005

《爆炸性环境用防爆电气设备通用要求》GB

《爆炸性环境用防爆电气设备》

《矿用一般型电气设备》GB/T 12173-2008

《煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术要求》MT 209-1990

《通用用电设备配电设计规范》GB 50055-1993

《矿山电力设计规范》GB 50070-2009

《职业安全健康管理体系指导意见和职业安全健康管理体系审核规范》

工业标准及国际商务建筑布线标准

《电气装置安装工程施工及验收规范》 GB 50254～GB 50255-1996

《工业安装工程质量检验评定统一标准》GB 50252-2010

3系统设计原则

系统具体设计遵循以下原则：

解决就地控制存在的事故隐患，减少各设备之间相互脱节、无法充分发挥效率的缺点；

具有高度的可靠性和工作的连续性，最大限度地减少维护工作量；

可扩展性及兼容性很强，使用方便，人机界面友好；

结构合理，信息共享，实现提高指挥效率和生产率，达到减人提效的目

的，充分考虑日常可能发生的各种突发事件，灵活性强；

具有报警自诊断功能，实时数据采集、处理及多种显示功能。

4风机介绍

XX矿通风机房配置两台对旋式轴流风机，每台风机有两台电机，每台电机有5个PT100（定子三个，前后轴各一个）。风机静压2800—600PA ，风量 25—70立方米/秒，转速987转/分钟，电压380V，功率为2*75KW。每台风机有的供电和控制系统有一电源柜、一变频器柜、一自藕减压启动柜组成。

5系统设计

5.1系统技术要求

XX煤矿主扇风机在线监控系统是煤矿生产自动化系统的组成部分，其信号传输和控制系统框架应满足如下具体要求：

具备网络监控功能

按操作规程要求的顺序进行风机的启动和停止操作

对风机的运行参数及保护参数进行实时的监测和传送

这些参数包括：电机温度、负压、振动、风速等

报表及打印：对各项重要参数进行记录汇总并制作相应的报表，并可打印保

存

整个系统做到可靠运行、维护方便、修改灵活

5.2系统整体结构组成

XX煤矿主扇风机在线监控系统主要由四部分组成：远程监控中心、工业以太网传输、风机房监控系统以及视频监控系统。系统整体结构如下图所示：

图5-1 结构整体结构图

5.2.1远程监控中心

远程监控中心一般设置在调度中心，远程监控中心设置两台操控站，两台操控站互为热备，操控站选用高性能工控机，通过操控站对风机房相关设备进行集控和监视。主要包括硬件和软件两大部分：

硬件设备包括工业控制计算机、显示器、打印机等。

软件包括监测、控制组态软件，管理人员可以根据画面窗口随时了解风机房内的系统运行状况，实现远程监测或控制。

远程监控中心主要是基于以工控机作为平台的风机监控软件，主要是完成对控制器的参数传递与命令的传达，同时也是人机交互的核心，完成数据的图形、报表、曲线等形式的存储与展示，担负着系统运行的监测和维护、报警以及命令的执行等任务。通过授权的方式管理操作员，使之具有部分或全部操作权限，进行设备的相关操作，同时监控整个系统的运行状况，以及查看各种数据的统计、分析与报警的报表。

5.2.2工业以太网络

风机房PLC控制器通过监控中心到风机房敷设的光缆，与工业级光纤交换机组成光纤工业以太网，与远程监控中心工控机进行数据通讯。

5.2.3风机房监控系统

风机监控系统主要由可编程控制器、触摸显示屏、负压传感器、风速传感器、振动传感器和甲烷传感器等组成。

系统原理如下图所示：

图5-2 系统原理图

5.3风机房监控系统设计

通过在风机房配置的一套可编程控制器，实现风速、负压、甲烷浓度、温度以及振动信号的实时监测，同时实现通风机和风门的就地集中控制和远程控制，控制器进行逻辑判断，可实现两台风机的自动切换，风门闭锁风机等功能；触摸显示屏实现在风机房实时显示风机的各运行参数，并进行风机的就地控制。

5.3.1传感器配置

风速：通过安装在风道内的风速传感器，测量出风管道的风速，同时经计算机处理也可得到风机的风量，每一个风道安装一个风速传感器。

负压：压力的监测方法是钻孔取压，测点选择在风机的入口，每一台风机安装一个负压传感器。甲烷：通过安装在风道内的甲烷传感器，测量出风管道的的甲烷浓度，每一个风道安装一个甲烷传感器。

振动信号：在每台风机上分别安装两个振动传感器，分别测量风机的轴向和横向振动，振动传感器的输出信号（交流信号）送到振动变送器，由振动变送器变为4-20mA直流电流送入PLC进行处理。

电机温度：通过预埋在每台电机里的定子和前后轴承热电阻温度传感器，测量电机的定子和轴承温度。

电气参数：电气参数指配套电机的负载的电流、电压、功率、功率因数等。

5.3.2控制方式设计

具备远程自动控制、远程单机自动控制、远程单机手动控制、就地手动集中控制4种操作方式。

1)远程自动控制：在远程监控中心对风机进行自动控制，实现风机的自动启动、

自动倒台。

2)远程单机自动控制：在远程监控中心实现单台风机和风门的自动启动、停止控

制。

3)远程单机手动控制：在远程监控中心实现单台风机的启动、停止控制和风门的

开启和关闭。

4)就地集中手动控制：和现有工作方式类似，由现场人员通过触摸屏实现风机、

风门的就地集中控制。

系统在正常运行过程中，不管工作在何种工作方式，均可实时将风机房现场的各种运行参数、设备状态通过通讯网络传到远程监控中心计算机。

5.3.3故障保护

风机容量较大，耗电量大，属一级负荷。因此，对主扇风机在线监控系统的安全性、可靠性要求较高。本系统设置以下几种保护功能：

超温保护：风机长期运行，当风机电机轴承温度或定子温度超出允许值时，通

过PLC程序判断实现超限报警及故障停车。

电动机故障：利用地面上位机与电力监控系统的OPC接口通讯，监控风机电机

过电流、漏电、低电压等电气故障时实现报警，并根据设定使风机停车，转而

启动另外一台风机。

5.4系统功能

1)显示功能

系统操控软件包含工艺流程图总画面，实时显示整个通风系统总体运行情况和主要设备的运行状态和实时参数，具体有：

1）通风系统工艺参数：风压，风速、风机振动、电机轴承温度等，对于电机温度还分别设有报警值。

2）电气参数：电机电压、电流，变频器的运行频率等。

图5-3 主界面示意图

2)控制功能

系统具备通风机的就地集中控制和远方控制，操作人员通过上位机或者触摸屏均可完成对风机的启停和风机的频率给定以及风门的开关控制。

图5-4 控制画面

3)系统故障报警功能

当系统检测到故障发生时，报警画面自动弹出，并进行红闪。

图5-5 故障报警界面示意图

4)历史曲线查询

对于重要的系统参数，可适时显示和绘制电压曲线、电流曲线、温度曲线、负压曲线、振动曲线、效率曲线等可做成历史数据进行保存，以供需要时及时查询。

图5-6 历史曲线查询

5)报表打印功能

系统具备报表生成、存储、查询、打印功能。可根据需要输出包括设备工况运行报表、故障报警实时报表以及设备操作报告和过程变量报告等，保证各种规范管理的需要。

图5-7 运行报表查询

6)通讯功能

具有与全矿工业以太网联网功能，能够把通风系统的各项监测参数、状态、故障参数、故障记录、报警情况等的数据传输到矿局域网上，实现与其他系统的数据交换。

6系统特点

1)高可靠性

设计上充分考虑系统的电磁抗干扰能力，既要保证系统本身不受现有系统和电源的干扰，也要保证本项目不会干扰已有系统的运行，系统外的信号接入系统时，都采用信号隔离模块进行隔离。同时采用低功耗、散热好的硬件设备，散热系统设计合理。

2)实用性强

功能设计全面实用，界面设计专业、友好，让用户全面了解各种监测信息，减少用户学习操作的时间。

3)信息全面

监测指标包括：各类开关量、模拟量性能参数，如电量、负压、风量、温度量、风机效率等。同时也可根据用户需求增加监测内容。

4)扩充灵活

硬件方面采用模块化设计，用户可在不影响已有系统结构的条件下，扩展新的采集通道；软件方面采用多层结构设计，极大减少了模块之间的耦合性，提高了系统的可扩充性。

5)维护简单

系统具备自诊断功能，能识别传感器、数据库等的异常，便于用户进行维护。完善的帮助系统和用户使用手册，指导用户更好地使用和操作系统。

7视频监控系统设计

控制系统结合视频监控系统，可以实现风机房的无人值守。本视频监控系统配置一定数量的摄像仪，把整个风机房以及风机配电室的图像实时传输至地面调度中心，并能够存储录像。

根据现场实际情况，我们为风机房设计安装2台摄像仪，摄像仪直接通过光纤传输到远程监控中心的硬盘录像机，在显示器上实时显示监视画面，而且能够根据录像信息查询历史情况。

设备配置有：监视器，硬盘录像机，摄像仪等。其系统结构如下：

图7-1 视频监控系统结构图

8系统设备清单

见附件