煤矿主通风机故障诊断与在线监控

◎赵连刚

作为煤矿开采过程中不可或缺的设备，主通风机的作用是将新鲜空气送下煤井空间，并将矿井空间的粉尘及污染性空气向外排出，该设备的安全运行对矿井的安全性起到了决定性的影响。主通风机的能耗较大，应用故障诊断与在线监测系统可以确保主通风机的稳定与高效运行，为煤井空间的通风提供保障，降低煤矿安全事故的发生，也可有效降低主通风机设备的能源消耗。

一、煤矿主通风机故障诊断与在线监测系统分析

该系统通常需要同时运用两台通风机，且主要以轴流式通风机为主，两台设备一个为主机，一个备用机。在通风机应用过程中，应设计科学完善的通风机管理与自动监控系统，在此系统的实时监控之下，可能及时了解主通风机的运行状态，监测其运行时的各项参数值，进而及时发现故障所存在的故障隐患并及时发出故障预警，以确保工作人员可以及时进行设备的维护，减少安全事故问题的发生。此系统的应用，极大地提高了煤矿主通风设备运行的稳定性，进而使煤矿开采工作向着更加自动化与智能化的发展。本文介绍了一种基于冗余PLC 控制和大数据分析的主通风机故障诊断与在线监测系统的实现。

二、煤矿主通风机故障诊断与在线监测系统的构成

1.控制系统。

通风机的自动控制中心设计时，需配置多种辅助性功能部件，除了工控机以外，还有硬盘录像机与打印机，此外还安装了声光报警器。同时，该控制中心应用的是上位机开发软件，可以客户的实际需求而进行此系统软件的设计与开发。在其上位机的软件界面当中，可通过模拟图的形式展现出通风机的运行状态，并对其运行参数进行具体呈现，可及时进及系统数据的收集与统计，并将之存储于系统当中进行管理，也可以历史数据为基准而进行数据的分析与对比，以此判断设备是否存在故障问题，如发现故障隐患会以声音与灯光闪烁的方式进行自动报警。

2.PLC 控制柜系统。

通风机PLC 控制柜设计采用高可靠、抗干扰能力强的西门子300 系列PLC。柜内配置两套S7-300PLC 模块，包括CP341以太网模块、CP340 通讯模块，SM321 开关量输入，SM322 开关量输出，SM331 模拟量输入模块，除此外还配置有触摸显示屏、继电器、光纤远传模块、交换机等。

3.传感器系统。

系统中安装了多种传感器，负压与差压两种不同的传感器，可对主通风机入口处的静压进行实时监测，也可获取到全压以及负压的相关数据。同时，系统中还有风量传感器，可进行通风机风量大小的有效监测。系统内置的温度传感器，可对通风机的前后轴温度进行实时监测，也可判断出通风机入口以及电机温度的变化情况。而风门传感器的作用则是对风门的状态变化进行动态监测。安装的振动传感器可收集到通风机水平与纵向的不同振动值数据。除了传感器以外，系统中还安装了电三相参数采集器，其可对通风机运行时的三项电压状况进行监测，可实时获取到电流与功率参数，也可收集电量相关数据的变化。

4.视频监控系统。

该系统的视频监控体系应用了多种设备，除了获取图像的摄像机以外，还安装了监测顺器，并且需在视频服务器的辅助下完成视频监控，此外，还安装了硬盘录像机可用于图像的存储，显视器的作用是进行数据或视频的展示。同时，将数字网络摄像仪安装于通风机房的电控室中，且在操作室与风机室也安装了此设备，其在网线的连接下实现了与控制系统交换机的有效连接。

三、煤矿主通风机故障诊断与在线监测系统的功能分析

1.多种控制方式。

主通风机控制系统有多种不同的控制方式，除了手动控制以外，还可以实现远程控制，也可采用就地集中控制的方式进行控制，该控制功能进行了优先级设置，分为多个级别层次。

2.状态显示功能。

显示主通风机运行工况模拟图，显示各设备运行状态及各种工况参数。具体如下：模拟显示通风机运行工况画面，包括叶片转动、风向流动、电机转动等；实时显示主通风机的负压、前后轴和电机绕组温度、电流、电压、功率、效率、震动等运行数据；监测通风机内的甲烷浓度、一氧化碳浓度、风速、风量等气体参数；以动画方式形象地模拟通风机开、停状态；轴流式主通风机叶片旋转方向；风门的开度和关闭状态；以实时曲线动态展示通风机的电流、负压、轴承及电机绕组温度等监测数据的变化；能查询5 年内的通风机及关联设备的运行数据，并以历史曲线图形显示。

3.收集各类数据。

入口静压、全压；矿井总负压；通风机风量；通风机供电电压；通风机电机电流、功率（前后级电机分列显示）；风机效率；通风机叶片转动情况；通风机前后轴温度和电机绕组温度；甲烷浓度、风速和风量、一氧化碳浓度；风门开度状态；矿井的动压、全压、静压；通风机电量监测、统计；风机在X、Y 方向上的振动值；低压柜运行状态、运行参数、远程控制；具有数据长效储存功能。

4.超限预警及故障报警。

数据自动监测报警，有动画图像、文字窗口、声音提示。具备管网压力异常状态下，文字、图像、声音报警提示信息。具有电动阀门异常状态下，文字、图像、声音报警提示信息。具备通风机如压差、温度、喘振等自身运行参数的异常报警。当风机前后轴温度及电机绕组温度超过预警点时，通风机意外停止运转时，主通风机振动情况超过预警点时，声光报警器启动报警，工控机弹窗显示报警信息和现场视频画面。

5.自动诊断故障。

PLC 的扫描器和适配器发生故障时，系统会通过网络的通讯情况判断故障，并发出报警；PLC 的I/O 模块发生故障时，CPU 会通过I/O 模块的状态位侦测到故障及故障内容，系统会发出报警；网络发生断线、干扰等传输问题时，网络会自动侦测到，并发出报警；监测传感器或信号线发生断线故障时，PLC 通过测量值判断故障并发出报警。

6.历史数据的记录与查询。

该系统可对历史信息数据及运行参数进行记录与存储，以便于用户根据实际需求进行设备工况、报警次数及故障事件的查询。

结语：在煤矿开采中应用主通风机故障诊断与在线监测系统，实现了自动化的监测，也可进行远程的设备控制与数据监测管理，主通风机设备的管理能力得以进一步提升，工作人员的工作强度也得以有效降低，节约了人力资源成本，使矿井生产安全以及设备的运行安全都得到了保障。设备预置的故障诊断功能可以实时进行设备运行数据的收集与统计，可及时发现与排除故障，增强通风机使用的合理性，实现了电力能源的有效节约，也使通风机的使用寿命得以延长，可有效节约矿井生产成本。