局扇风机在线监测监控系统.docx
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局扇风机在线监测监控系统.docx
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局扇风机在线监测监控系统
山西汾西矿业(集团)有限责任公司新柳煤矿
井下局扇监测监控系统
技
术
方
案
重庆梅安森科技股份有限公司
一、前言
具有“矿井肺脏”之称的通风机是矿井四大固定设备之一,担负着向井下输送新鲜空气、排出粉尘和污浊气流、确保矿井安全生产和保证人身安全的重任。
对煤矿主扇风机、局扇风机的运行状态、运行状况、运行环境的实时准确监测在煤矿安全生产中起着至关重要的作用。
结合对主扇、局扇风机的在线参数监测与煤矿安全监控系统的各个监测量,有效的对风机进行启动、停止、风量调节能够有效的保证对煤矿井下新风输送、瓦斯及其他有害气体、粉尘的排除,不仅能够起到对设备的有效保养,使得风机及关联设备运行稳定,也能延长设备的使用时间,节省投资,更重要的能为煤矿安全生产提供的保证。
二、项目需求
新柳煤矿准备建设井下局扇风机监测监控系统,本次方案设计对井下20组局扇风机的运行参数的监测和对风机的远程自动控制。
1、现场情况
1)、新柳煤矿井下建设有矿井工业以太环网,井下各监控子系统均需要接入以太网时间数据的传输和控制命令的下发。
2)、局扇风机均采用主备方式配置,共20组,每组有2个局扇,共20个局扇,所有的局扇均为对旋式风机,每台风机2个电机,根据风量需求决定电机的开停。
3)、为方便取电,风机的配电箱安装于井下机电硐室。
2、系统需求
根据实际情况,主扇风机的在线监测系统不包含在本方案内,而需要对井下的20组局扇风机实现在线实时监测监控,做到在线监测、远程控制。
三、系统概述
矿井局扇通风机在线监控系统为煤矿风机在线监测系统的一个功能模块,能够连续在线监测矿井局扇通风机风量、开停状态、轴承温度、电流、电压、功率、功率因数、风筒状态等参数,控制对旋式风机的电机开停、主备风机的切换,提供高效、稳定、可靠、实时性强的数据采集、存储、管理、分析等功能和控制功能。
为用户提供了丰富的图表、统计、打印信息,及时了解风机运行状况,方便的进行就地远程控制,为煤矿的安全生产提供保障。
系统采用井下工业以太环网+RS485总线方式进行数据传输,并且提供标准OPC数据通讯协议接口,方便实现与安全监控系统的联动,实现矿、集团公司的联网监测,数据共享。
四、系统设计
1、设计依据
煤矿安全规程2010
AQ1011-2005煤矿用主通风机系统安全检测检验规范
GB3836.1-2000爆炸性环境用防爆电气设备通用要求
GB3836.2-2000爆炸性环境用防爆电气设备
GB3836.4-2000爆炸性环境用防爆电气设备本质安全型电路和电气设备“i”
GB/T4924.2-93低压电器外壳防护等级
GB12173-90矿用一般型电气设备
GB50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范
MT209-90煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术
MT210-90煤矿通信、检测、控制基本试验方法
MT/T1007-2006矿用信息传输接口
2、设计原则
可靠性
系统经过相关部门检测,井实际应用验证,取得合格证、防爆证、安标证,能够在煤矿恶劣环境下长期工作,确保系统可靠运行。
安全性
系统采用冗余及容错技术,具有数据续传、数据备份、数据恢复功能,具有完善的防范措施(如权限认证、防病毒等),保证系统安全、稳定地运行。
先进性
系统采用先进的技术,功能强,确保系统的使用周期。
扩展性
系统采用标准接口,结构灵活,根据需要,容易扩充,保护用户投资。
易用性
系统组成简单、灵活,易于安装维护,操作简便、实用,满足煤矿需求。
3、系统组成
局扇风机在线监测监控系统整个结构可分为三层:
第一层:
控制层
控制层包含系统中心站软件、监控电脑、数据接口、UPS、打印机等设备。
为整套系统的“大脑”,实现监测数据的采集、显示、存储、分析、报表打印和远程控制功能。
第二层:
传输层
传输层设备包含有系统传输网络设备、传输线缆。
如交换机、光端机、矿用阻燃光缆、矿用通讯电缆等构成,实现监测数据的实时传输、控制信号的有效下发。
第三层:
设备层
设备层为系统的前端部分,实现风机在线监测的各类数据采集,控制命令的执行。
包含监控分站、监测传感器、变送器、控制执行器等设备。
4、系统功能
1)在线监测功能
a)主备风机开、停状态;
b)通风风速;
c)通风机风量;
d)电机轴承温度;
e)供电电压;
f)电流;
g)功率;
h)环境温度
i)环境甲烷浓度
2)报警功能
a)环境甲烷浓度超标、环境温度超标,系统自动声光报警,上位机给出报警信号;
b)风机停止运行自动报警;
c)风机温度超标自动报警;
d)电流、电压低于或高于限定范围时报警。
3)控制功能
a)就地开关手动控制局扇风机启动、停止;
b)上位机远程控制风机的启停,对旋式风机电机的启停;
c)电机温度超限时,自动报警,并提示工作人员采取适当措施;
d)电流、电压超过限定范围时,自动报警并提示工作人员采取适当措施;
e)风量不足时自动开启对旋式风机的备用电机,增加风量。
4)系统软件功能
a)显示功能
实时数据显示:
实时显示设备开停状态、运行状况、各类监测参数;
过程监视显示:
以实时曲线动态跟踪监测参数数据,连续显示监测数据的变化。
以历史曲线图形显示在线测量与处理的风机运行参数,并能查询任意历史时刻的数据。
历史数据在计算机库中的保留时间为一个月或指定时间跨度,也可拷贝到磁盘长期保存,便于查询查询分析。
以多种形式对在先测量与处理的风机运行参数越限报警。
模拟图显示:
模拟显示系统的安装工艺流程图,传感器(或变送器)的安装位置。
b)打印功能
打印监测日报、月报、各个时间段报表。
打印所测点的定义表。
打印任意日期各测点数据形成的历史数据曲线。
以报表的形式查询在线测量与处理的风机运行参数的历史数据,便于值班人员打印值班报表及技术人员定量研究、分析和准备数据制作性能曲线。
c)存储记录功能
系统具有实时存储所有监测点的监测数据,监测数据的实时数据和趋势数据可根据计算机硬盘的大小来决定存储时间。
其中趋势数据包括一段时间内的最大值、最小值、平均值、报警值、报警时间、断电及复电时间、设备开停时间等。
d)报警与控制功能
对所有监测点中任何一个监测点的监测值满足报警条件,计算机和监测装置均能发出警报;
系统具有能根据用户设定好条件自动断电的功能,在紧急情况下,通过上位机进行手动控制断电。
e)联动功能
系统提供标准数据接口,实现与安全监控系统的联动,当安全监控报警,关联到风机在线监控系统,中心站实时报警,并提示工作人员进行适当的处理措施。
f)联网功能
可根据需要,提供系统上传数据,做到矿、集团公司的联网查看,数据共享。
5、实施方案
1)系统整体结构
3)传输网络
本系统需要接入矿井工业以太环网,现有以太网作为传输主干线路。
地面监控主机通过交换机接入监测监控数据。
根据实际环网交换机的位置和局扇距离,配置KJ306-J1型交换机作为系统接入环网的信号转换器。
监控分站和传感器之间采用RS485方式电缆传输。
4)前端设备
a)风机运行状态监测
运行状态监测为对通风机设备开停状况监测。
监测方式为:
选用KGT30型设备开停传感器2台,分别卡在主、备用局扇的供电电缆上,通过监测电缆电流,确定设备开停;
b)通风机电力参数监测
通风机电参数测量内容包括:
电流、电压、功率,通过这些电参数的监测,确定通风机的输入功率。
同时,通过这些电参数的监测也可以了解通风机当前的运行状态,有利于发现电动机的故障。
电压测量:
根据煤矿通风机的供电电压,利用现场综合启动柜中的电压互感器引出被测电压信号,接入GYD1140矿用电压传感器及GLD200矿用电流传感器,通过GYD1140矿用电压传感器及GLD200矿用电流传感器可监测电流、电压、电量、功率等参数,上传至监控中心。
c)环境甲烷监测
在局扇前端风筒端安装KGJ28A低浓甲烷传感器,监测环境甲烷浓度,并实时上传至中心站,结合风筒风量传感器和断电执行器达到风电瓦斯闭锁功能。
d)风筒监测
在局扇风筒前端安装GFT6型风筒风量开关,监测风筒前端是否有风,判断风机开停和风筒是否破损。
e)环境温度监测
在风机安装地安装环境温度传感器,监测当前环境温度,并设置超限报警值,中心站自动报警。
f)电机轴温监测
根据煤矿不同通风机已经在轴承上预埋PT100测温元件。
配套GWD100型温度传感器进行电机温度的监测。
如果没有预埋PT100测温元件,则测温元件随GWD100型传感器配套。
g)控制执行
现场配备KJF86N(16)型监控分站和D1型断电器,根据实际使用情况,中心站设置控制逻辑,对局扇风机的启停进行控制。
五、系统主要设备
1、监控中心站
监控中心主要由监控主机、数据接口、KJ237型矿井人员管理系统软件、监控终端等设备组成。
以及相应的UPS、打印机、避雷器等配套设备。
Ø监控主机2台:
双机热备,能实现双机故障自动切换,并完全满足切换时间小于30s;
Ø监控主机通过网线接入现有以太网交换机;
ØUPS不间断电源1台:
给服务器以及中心站主机提供可靠备用电源,以保障断电情况时系统正常运行;
Ø打印机1台:
用于相关报表以及其他输出文本的打印。
2、监控分站
每组局扇风机配置1台KJF86N(08)型监控分站,采集传感器的监测参数,下发控制命令。
a)具有8路本质安全传感器接口,每路接口能兼容模拟量及开关量传感器,并为传感器提供本质安全电源。
b)8路断电控制输出,其中近程断电路2路,远程4,能实现就地断电和远程断电控制。
c)巡回显示各路传感器的值,显示控制输出状态、通讯状态等,具备实时时钟显示功能。
d)能与地面中心通讯,传送采集数据和接收控制命令。
e)具有RS485智能接口,可扩展连接各种智能设备。
f)具有风电瓦斯闭锁工作模式。
g)全功能遥控设置,一键查询分站编号。
h)板上自带恒流源校准电路,方便维修调试。
i)配套电源箱,4小时以上的备用供电。
3、设备开停传感器
每台风机配置1台KGT30型矿用设备开停传感器,监测风机开停状态。
a.使用条件
环境温度:
0℃~+40℃
平均相对湿度:
≤98%(+25℃)
大气压力:
80kPa~110kPa
无显著振动和冲击的场所
煤矿井下,有瓦斯或煤尘爆炸性混合物的场所
b.主要技术指标
工作电压:
18V
最大工作电流:
30mA
电源波动范围:
12V~21V
被测设备供电电缆范围:
电缆外径:
16~80mm
动作值:
动作电流≥5A
响应时间:
≤1s
传感器输出信号制式及允许误差:
关状态时,输出1mA.DC(或-5mA)
开状态时,输出5mA.DC(或+5mA)
输出信号误差≤±25%
工作方式:
直接卡固在供电电缆外皮上,连续工作。
大电流自动调节勿需手动操作
4、低浓甲烷传感器
每组风机前端配置1台KGJ28A型低浓甲烷传感器,监测环境甲烷浓度。
a)采用新型单片微机和高集成数字化电路,使电路结构简单,性能可靠,便于维修与调试;
b)用新型敏感元件,使仪器性能更加稳定,调校周期大大延长;
c)实现了红外遥控调校零点、灵敏度、报警点等功能,使调校方便简单;
d)增加了传感器断电控制功能,并可任意设定断电点,实现了一机多用;
e)采用新型开关电源,降低了整机功耗,增加了仪器传输距离;
f)增加了故障自检功能,便于使用与维护;
g)设计了新型高强度外壳结构,增强了仪器抗冲击能力。
h)主要技术指标:
测量范围:
0.00%CH4~4.0%CH4
基本测量误差:
0.00%CH4~1.00%CH4≤±0.10%CH4
1.00%CH4~2.00%CH4≤±0.20%CH4
2.00%CH4~4.00%CH4≤±0.30%CH4
信号输出:
频率:
200Hz~1000Hz(脉冲宽度大于0.3ms)(优选);
电流:
1mA.DC~5mA.DC;
信号带负载能力:
0Ω~500Ω
报警方式:
二级间歇式声光报警
声强≥85dB
光强:
能见度>20m
报警点范围:
0.49%CH4~2.50%CH4连续可调。
断电点设置:
0.49%CH4~2.50%CH4连续可调。
(断电点>报警点)
复电点设置:
0.39%CH4~2.40%CH4连续可调。
(复电点<报警点)
采样方式:
扩散式
元件检测反应速度:
≤30S
热催化元件寿命:
一年以上
工作电流:
≤80mA(18V.DC)
工作电压:
9V~24V.DC
5、设备开停传感器
每台风机配置1台GYD1140矿用电压传感器,监控井下设备的工作电压变化。
该传感器能自动将矿井电源电压转变为标准电信号输送给关联设备,具有就地显示电压值的功能。
主要参数:
◆测量范围:
0V~660VAC或0V~1140VAC(使用遥控器设置测量范围)
◆基本测量误差:
±0.2%
◆显示方式:
四位红色数码管显示
◆信号输出频率:
200Hz~1000Hz,该输出线性对应0V~660VAC或0V~1140VAC
◆信号带载能力:
≥500Ω
◆采样方式:
感应式
◆元件检测反映速度:
≤30s
◆元件寿命:
≥2年
◆工作电压:
9V~24VDC
◆工作电流:
≤70mA(18VDC)
◆防爆型式:
ExibI
6、矿用电流传感器
每台风机配置1台GLD200矿用电流传感器,监控井下设备的工作电流变化。
该传感器能自动将矿井设备电流转变为标准电信号输送给关联设备,具有就地显示电流值的功能。
主要参数:
◆基本测量误差:
±0.2%FS
◆显示方式:
四位红色数码管显示
◆信号输出频率:
200Hz~1000Hz
◆该输出线性对应0~200A或0~800A
◆信号带载能力:
≥500Ω
◆采样方式:
感应式
◆元件检测反映速度:
≤30s
◆元件寿命:
≥2年
◆工作电压:
9V~24VDC
◆工作电流:
≤70mA(18VDC)
◆防爆型式:
ExibI
五、系统配置清单
序号
设备名称
规格型号
单位
数量
备注
单价
1.
监控主机
研华E54002.7G/2G/320G/K+M/DVD/19”LCD
台
2
双机热备
2.
监控软件
KJ73N
套
1
含WEB、双机切换软件
3.
打印机
HPLaserJetP1007
台
1
4.
不间断电源
山特2KVA/2h
台
1
5.
监控分站
KJF86N(08)/KDW0.3/660(B)
台
20
6.
交换机
KJ306-J1
台
1
接入矿井以太环网用,按实际距离配置
7.
甲烷传感器
KGJ28A
台
20
8.
设备开停传感器
KGT30
台
40
每台风机配置1台
9.
矿用电压传感器
GYD1140
台
40
10.
矿用电流传感器
GLD200
台
40
11.
风筒风量传感器
GFT6
台
20
12.
传输线缆
MHYV1*4*7/0.43
km
根据现场实际情况
13.
两通接线盒
JHH2
个
200
14.
三通接线盒
JHH-3
个
20
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