關(guān)于礦用單法蘭差壓變送器在線監(jiān)控技術(shù)的設(shè)計(jì)與研究

在礦井中，單法蘭差壓變送器的作用就是保證單法蘭差壓變送器運(yùn)轉(zhuǎn)安全，并為井下輸送新鮮的空氣，將污濁氣流與粉塵有效排出。礦井單法蘭差壓變送器在運(yùn)行期間，存在轉(zhuǎn)動(dòng)速度快且生產(chǎn)環(huán)境惡劣等問題，因此，其故障發(fā)生率也相對較大。一旦礦井單法蘭差壓變送器發(fā)生故障，必然會(huì)影響礦井井下的生產(chǎn)與安全。由此可見，深入研究并分析礦井單法蘭差壓變送器在線監(jiān)控技術(shù)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1礦井單法蘭差壓變送器在線監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

現(xiàn)階段，應(yīng)用于礦山開采中的單法蘭差壓變送器一般會(huì)選擇對旋軸流式單法蘭差壓變送器2臺，交流驅(qū)動(dòng)電機(jī)4臺，以變頻啟動(dòng)為主，并基于控制對象對在線監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在線監(jiān)控系統(tǒng)的控制核心就是西門子S7-300系列PLC，充分利用工業(yè)以太網(wǎng)以及RS485總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)通訊目的。與此同時(shí)，選用傳感器，并借助專用軟件對模擬量以及數(shù)字量參數(shù)進(jìn)行采集，并在信號處理以及數(shù)據(jù)運(yùn)算的過程中，測試單法蘭差壓變送器性能參數(shù)，以達(dá)到在線監(jiān)控單法蘭差壓變送器的目的。此后，即可實(shí)時(shí)監(jiān)測并分析單法蘭差壓變送器多種工況下的運(yùn)行參數(shù)，及時(shí)對可能發(fā)生預(yù)警的故障進(jìn)行聲光報(bào)警提示，以保證風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)理想。

此系統(tǒng)能夠按照操作人員指令亦或是控制器既有控制程序，自動(dòng)化地啟動(dòng)單法蘭差壓變送器，并實(shí)現(xiàn)倒臺與反風(fēng)等多種操作程序，以免出現(xiàn)誤操作的問題，縮短停機(jī)時(shí)間與停風(fēng)時(shí)間，以達(dá)到無人值守的目標(biāo)。

2礦井單法蘭差壓變送器監(jiān)控變量統(tǒng)計(jì)與硬件設(shè)備型號選型

2.1監(jiān)控變量統(tǒng)計(jì)結(jié)果

要想對單法蘭差壓變送器運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，在線監(jiān)控系統(tǒng)就要具備必要的監(jiān)控變量。在此系統(tǒng)中，所需4~20mA模擬量的輸入通道是54路，而數(shù)字量的輸入通道是16路，4~20mA模擬量的輸出通道是4路，數(shù)字量的輸出通道為12路。由此，完成監(jiān)控系統(tǒng)變量的確定。

2.2硬件設(shè)備匹配選型

在監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，監(jiān)控系統(tǒng)的核心控制器選擇了西門子S7-300PLC制器，并對單法蘭差壓變送器的在線監(jiān)控柜配置提出如下標(biāo)準(zhǔn)要求：

DO模塊、電源模塊、AO模塊、CPU模塊、DI模塊與以太網(wǎng)模塊各一個(gè)，電流型AI模塊需5個(gè)，PT100型AI模塊需3個(gè)。其中，DO模塊的作用為對操作臺的狀態(tài)進(jìn)行指示并控制風(fēng)門、電機(jī)的啟動(dòng)與停止；DI模塊的功能即為采集風(fēng)門狀態(tài)、現(xiàn)場控制箱狀態(tài)、操作臺按鈕狀態(tài)以及開停傳感器狀態(tài)的開關(guān)量。此外，AI模塊負(fù)責(zé)對于多種現(xiàn)場模擬傳感器的采集。

 

3監(jiān)控系統(tǒng)變量測量的主要方法

礦井單法蘭差壓變送器在線監(jiān)控系統(tǒng)所需監(jiān)測變量集中體現(xiàn)在電子軸承與定子溫度、電機(jī)電量參數(shù)、電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、擴(kuò)散筒差壓、風(fēng)機(jī)軸向與徑向震動(dòng)烈度、風(fēng)峒內(nèi)負(fù)壓、風(fēng)門開關(guān)狀態(tài)反饋信號等多個(gè)方面。其中，擴(kuò)散筒差壓與風(fēng)峒內(nèi)負(fù)壓這兩個(gè)監(jiān)測變量與礦井的井下生產(chǎn)狀況存在緊密聯(lián)系，所以，需高度重視以上變量監(jiān)測數(shù)值的準(zhǔn)確性。

3.1測量風(fēng)峒內(nèi)負(fù)壓的方法

在線監(jiān)控系統(tǒng)對礦井單法蘭差壓變送器進(jìn)行監(jiān)控，以抽出式通風(fēng)方式為重點(diǎn)對象。而單法蘭差壓變送器風(fēng)峒內(nèi)的平均靜壓就是其總負(fù)壓，在對風(fēng)峒內(nèi)負(fù)壓進(jìn)行測量的過程中，可通過皮托管以及其他形式靜壓感受管，獲取風(fēng)峒某一點(diǎn)平均靜壓數(shù)值。對于風(fēng)峒內(nèi)靜壓，指的就是風(fēng)流對管壁產(chǎn)生作用的法向壓力數(shù)值。因此，要想保證靜壓數(shù)值測量的精準(zhǔn)性，#重要的就是選擇#佳測壓斷面，將測壓管安裝于此斷面處，保證其感受孔的中心線和氣流的方向處于垂直狀態(tài)。

在測量靜壓的過程中，可選擇使用差壓變送器。在單法蘭差壓變送器房內(nèi)已經(jīng)設(shè)置一套對礦井負(fù)壓進(jìn)行測量的水柱壓力計(jì)，若取壓管的安裝與標(biāo)準(zhǔn)使用要求吻合，即可對既有引壓管進(jìn)行使用，按照基本的連接方法對靜壓進(jìn)行測量。將風(fēng)峒內(nèi)靜壓取壓裝置和取壓橡膠管相連，在三通的作用下可細(xì)分成兩路。其中的一路需要和單法蘭差壓變送器房內(nèi)負(fù)壓監(jiān)測水柱計(jì)連接，而另外一路則要在過濾器處理以后與靜壓變送器低壓端相連，其高壓端則直接與大氣連接。由此，通過變送器所輸出的4~20mA電信號則為風(fēng)峒內(nèi)部相對靜壓數(shù)值，從而完成對風(fēng)峒內(nèi)負(fù)壓的測量。

3.2測量單法蘭差壓變送器排風(fēng)量的方法

選擇使用在線監(jiān)控系統(tǒng)測定抽出軸流式單法蘭差壓變送器風(fēng)量，主要的方法就是落差法。在實(shí)際測定的過程中，流體力學(xué)落差法需對單法蘭差壓變送器逐漸收縮風(fēng)道兩端的異徑斷面差壓數(shù)值進(jìn)行測量，并對伯努利方程以及連續(xù)方程進(jìn)行合理運(yùn)用，#終完成單法蘭差壓變送器排風(fēng)量的準(zhǔn)確地計(jì)算。

要想保證壓力數(shù)值測量的精que度，可在實(shí)際測量過程中，選擇單法蘭差壓變送器錐形擴(kuò)散器近距離一大一小斷面，在其上開設(shè)靜壓孔，數(shù)量為6個(gè)，且平均每間隔60°對取壓點(diǎn)進(jìn)行布置。通過對取壓管的合理運(yùn)用，即可并聯(lián)所有靜壓取壓裝置，并在橡膠管的作用下，向壓差傳感器引入壓力參數(shù)，進(jìn)而對兩斷面差壓數(shù)值進(jìn)行測量。在此基礎(chǔ)上，與伯努利方程、連續(xù)方程相互結(jié)合，對小斷面平均風(fēng)速進(jìn)行計(jì)算。其中，主要的計(jì)算方法如公式（1）。

 

 

 

在公式（1）中，V為風(fēng)速，單位為m/s；為空氣密度，單位為kg/m3；A1所代表的是大斷面截面積，單位是m2；A2則表示為小斷面截面積，單位是m2。而P1則是大斷面測量獲取的壓力數(shù)值，單位是Pa；P2是小斷面測量獲取的壓力數(shù)值，單位是Pa。另外，ζ代表了兩斷面壓力損失系數(shù)，而μ為系數(shù)。

因此，礦井單法蘭差壓變送器單位時(shí)間排風(fēng)量可表示成。

Q=V2A2（2）

公式：Q所代表的就是礦井單法蘭差壓變送器在單位時(shí)間內(nèi)的實(shí)際排風(fēng)量，單位為m3/h。

 

 

 

4 礦井單法蘭差壓變送器在線監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場應(yīng)用

近年來，以 PLC 控制技術(shù)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的礦井單法蘭差壓變送器在線監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用相對廣泛，且在系統(tǒng)設(shè)置方面包括就地模式、集中模式與遠(yuǎn)控模式三種。通過在多種條件下對在線監(jiān)控系統(tǒng)加以利用，不僅可以在有人值守的情況下增強(qiáng)隱患識別效果，同樣也能夠與視頻監(jiān)控相互結(jié)合，以達(dá)到無人值守的目標(biāo)。另外，基于 PLC 控制技術(shù)的在線監(jiān)控系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性特征，可對風(fēng)機(jī)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行在線測量與處理，為礦井單法蘭差壓變送器的完全在線監(jiān)控提供了必要保障。

通過對礦井單法蘭差壓變送器在線監(jiān)控系統(tǒng)的科學(xué)設(shè)計(jì)，一定程度上改善了單法蘭差壓變送器的監(jiān)測現(xiàn)狀，可對設(shè)備運(yùn)行故障隱患予以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，單法蘭差壓變送器安全運(yùn)行系數(shù)明顯提高，促進(jìn)了礦井的安全生產(chǎn)。由此證實(shí)，基于 PLC 控制技術(shù)的礦井單法蘭差壓變送器在線監(jiān)控系統(tǒng)推廣可行性顯著。

 

5 結(jié)語

所設(shè)計(jì)的礦井單法蘭差壓變送器在線監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用，可提供內(nèi)容豐富的數(shù)據(jù)信息與圖形，使系統(tǒng)使用者在短時(shí)間內(nèi)對風(fēng)機(jī)運(yùn)行的狀態(tài)加以掌控。與此同時(shí)，將風(fēng)峒內(nèi)負(fù)壓以及單法蘭差壓變送器排風(fēng)量作為主要測量對象，合理設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性較高的測量方法。一旦風(fēng)機(jī)處于異常運(yùn)行狀態(tài)亦或是發(fā)生故障，監(jiān)控系統(tǒng)則可以及時(shí)提供報(bào)警信號與邏輯控制，使得現(xiàn)場操作工作人員與調(diào)度工作人員獲得必要的技術(shù)參數(shù)作為參考，促進(jìn)了礦井安全生產(chǎn)，為礦井生產(chǎn)效率的提升奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。