1、煤矿风机在线监测系统煤矿风机在线监测系统说明书 煤矿风机在线监测系统说明书一系统设计参照标准本系统设计依据煤矿风井主扇风机现场实际情形制定；振动状态监测部分参照GB/T 19873.1-2005/ISO 13373-1:2002机器状态监测与诊断 振动状态监测；有关电气装置的实施参照GB50255-96电气装置安装工程施工及验收规范；有关自动化外表实施参照GB50093-2002自动化外表工程施工及验收规范及DLJ 279-90电力建设施工及验收技术规范热工外表及操纵装置篇；风机性能测试满足GB/T1236-2000工业通风机用标准化风道进行性能试验和MT421(煤炭行业标准)煤矿用主通风机现
2、场性能参数测定方法。其余部分参照中国华电南京农网城网工程企业标准。二系统设计的要紧内容21系统概况依照煤矿企业的生产特点，风井两台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全然保证。主通风机经常由于超负荷运转、设备累计运行时刻过长和安装质量等问题而发生专门多故障，风机系统在运行中存在着多种故障,它们是隐性的,不可推测的，对生产存在严峻的威逼。这些存在的故障隐患,严峻阻碍到全矿运行的经济性和安全性。华电南京农网城网公司的风机在线故障监控系统充分利用传感器检测,信号处理,运算机技术,数据通讯技术和风机的有关技术, 全面地对矿井总回风中的风压负压、静压、动压
3、、全压及其效率、风速、风量、瓦斯浓度、出口气体温度、主通风机前后轴承温度、运行状态、正反转状态、电机定子温度和轴承温度等通风机性能参数，主通风机设备振动位移、速度、加速度、振动主频、频率重量及其烈度等振动参数，电机三相电压、电流、有功无功电度、有功无功功率、总有功功率、总无功功率视在功率、功率因数、频率等电量参数进行实时在线监测，在机组的运行过程中,判别机组性能劣化趋势,使运行,爱护,治理人员心中有数。系统具有数据窗口显示和储备报表打印、趋势曲线显示、越限声光报警和历史报警摘要显示查询、工况点合理范畴分析、风产分析、设备故障诊断和手自动操纵、报警阀值设定、用户及权限治理、操作记录、日志查询、在
4、线联机关心、风机房视频监控和数据远距离传输等丰富功能。通过本系统的实施,使煤矿风井主扇风机的状态监测诊断的水平达到国内领先水平。 实施本项目的意义在于:1幸免风机机组在运行过程中发生重大事故而造成的重大生产安全事故,并幸免以此而产生的庞大经济缺失,保证设备在规定的时刻内无故障安全可靠的运行。2向运行人员提供及时的信息,有效地支援运行,提高设备使用的合理性,运行的安全性和经济性,充分挖掘设备的潜力,延长设备的使用寿命3通过本项目的实施达到设备的有效修理,降低设备的修理成本,提高设备的使用效率,改善产品的质量,增加产量,减少同类事故的发生.22系统测点统计依照煤矿企业现场的实际情形以及风机在线监测
5、系统所必需测量物理量的要求，必须监测以下各量两台风机：序号测点名称测点数量备注1负压22静压23动压24风速25全压2全压=静压+动压6风量2通过风压和风速换算7瓦斯浓度28有功功率2功率因数依照有功功率和总功率运算9电机轴承温度810定子绕组温度811风机振幅4通过振动专用数据采集器采集12I、II段母线电压213I、II回路电流214风机1、2级电机电流、反转电流615正反转、停止信号6开关量16电机转速417电机功率、风机耗电量8通过电压、电流、运行时刻换算表1 测点统计表23振动监测和风机在线监测融合为一体的新型风机在线监测系统中国华电南京农网城网工程是从事风机在线监测和振动监测的专业
6、厂家，将风机振动监测和工艺参数监测相互融合是中国华电南京农网城网工程新型风机在线监测系统的典型特点。从煤矿风机监测的实际情形来看，除了需要监测风机的工艺参量如风量、风压、电机电流等外，还需要监测风机的振动情形。也确实是说要从风机的振动和工艺参量的复合角度来判定风机的运行性能好坏。振动参量的采集一样要求同步整周期采集和自动跟踪滤波。所谓同步整周期采集是指以键相位信号为基准实现多通道的同步采样，采样速率受控于机组转速，每周期转采集的数据样本长度相同，每次采集的周期数相同，瞬态与非稳态数据自动采集。自动跟踪滤波包括跟踪抗混滤波和跟踪数字矢量滤波，前者采纳专门设计的八阶椭圆低通滤波器，后者以数字处理技
7、术为核心，实现以机组转速为中心频率的带通滤波功能。另外，振动参量包括三个要素：振幅、频率和相位，三者缺一不可。综合上述振动参量的特点，一样不用PLC直截了当采集振动快变量，而是采纳专业的振动数据高速采集器采集。由专业的振动采集器如MF100采集到的数据不仅有当前的振动p-p值而且有相应时刻的波形数据和频率特点，而这正是煤矿风机在线监测所必需的数据。华电南京农网城网公司的新型煤矿风机在线监测系统从风机振动的专业角度结合PLC采集到的工艺参量来组合分析风机的工作状况，从而使得我们关于风机工作状况的把握更加准确和可靠。振动数据采集器采集到的数据和西门子s7-300PLC采集到的数据采纳ODBC(Op
8、en Database Connectivity，开放数据库互连)方式相互共享。通过ODBC，在线监测系统的数据服务器与上位机能够互换数据，并由上位机实时动态写入PLC中。下面是风机在线监测系统的拓补图。 图1 风机在线监测系统拓补图24煤矿风机在线监测系统硬件配置依照以上测点分析和系统拓补图情形，给出以下的系统硬件配置清单。下面的配置清单没有列出系统施工所用的屏蔽电缆线、配柜所用的铜塑线以及操作座椅等内容。序号名称型号数量备注1导轨6ES7390-1AE80-0AA02PLC系统，冗余配置22A电源6ES7307-1BA00-0AA023CPU315-2DP6ES7315-2AG10-0AB
9、024储备卡6ES7953-8LG11-0AA015CP343-1以太网6ES7343-1CX10-0XE026有源导轨6ES7195-1CF30-0AA017有源背板总线6ES7195-7HD10-0AA018有源背板总线6ES7195-7HB00-0XA049IM153-2通讯模块6ES7153-2BA02-0XB0210SM323 8DI/8DO6ES7321-1BH01-0AA0111SM331 8AI6ES7331-7KF02-0AB0712高速计数模块FM350-211320针连接器6ES7392-1AT00-0AA0814总线连接器6ES7972-0BA12-0XA0615总线电
10、源6XV1830-0EH101016冗余软件6ES7862-0AC01-0YA0117上位软件WinCC V6.0118温度变送器DZ-41311619电流变换器WAZ1 CMA820电压变换器WAZ2 VMA221电压互感器2甲方供22电流互感器8甲方供23静压变送器PTB7052防爆24动压变送器PTB705H2防爆25风速传感、变送器KGF3-22防爆26负压变送器PTB7052防爆27瓦斯浓度变送器PTB705H2防爆28光电传感器YF-D114防爆29有功功率传感器WBP414As230直流电源4NIC-24V-3A131振动速度传感器MF9200T-B-01-084防爆32振动数据
11、采集器MF100133继电器MY2NJ-24V1034报警器MS-190135工控机研华P4/120G/1G/DVD236显示器PHLIPS 17”液晶237交换机3COM-8口138服务器HP ML150G3/1G139打印机HP1010140操作台OPS-2141机柜JGY1表2 系统硬件配置清单三系统差不多功能由于本系统集合了华电南京农网城网公司的振动在线监测和风机工艺参数在线监测的双重优点，因此在系统特点上也融合了二者的特长，具有全新的监测画面和特点。3.1监测预报风机在线监测系统中的振动监测系统以获得国家科技进步奖的矢谱技术为核心组成分析系统，功能配置突出有用、有效、强大，系统组合分
12、析方法近30种，除具备完善的稳态分析、瞬态分析外，还增加了非稳态过程分析和振动与工艺参数相关分析，以可视化主动数据驱动技术进行数据快速查询，对所有被监测机组在不同时刻、不同状态下的动态信号快速、准确地进行各种信号分析和数据处理，以简洁、直观、信息量丰富非图谱表达出来，并将其数据值信号特点传递至故障诊断专家系统。新的风机在线监测系统除提供常规的信号分析功能外，还将目前独有的双通道数据融合技术应用到工程实际中，其中包括矢量谱分析、进动谱分析、二维矢功率谱分析等，另外，还提供短时Fourier分析、小波分析、Wigner分布等时频分析方法。振动模块要紧分析方法常规分析方法类时刻波形、轴心轨迹、提纯轴
13、心轨迹、频谱图、振动矢量区域分析、统计特性分析、倒频谱分析、细化谱分析、相位谱分析、特点谱分析、自相关、互相关分析、相干分析等数据融合分析矢谱分析、矢功率谱分析、进动谱分析、全信息分析、轴心位置稳态瞬态过程分析波德图、极坐标图、三维频谱图、轴心位置瞬态、坎贝尔图非平稳过程分析小波分析、短时FFT分析、Wigner分布通过对新风井主扇风机振动信号和工艺信号的在线监测，使您的设备历史运行状态全把握；丰富的波形和频谱棒图等显示方式，使您能够清晰地判定设备的运行状态。不但能够在设备失效前及时检测捕捉到故障信息对设备进行爱护而且对设备运行趋势进行治理，为设备的修理提供依据。最大限度地保证风机的安全有效经
14、济运行从而保证各种工艺目的参数达到安全要求。3.2调度室监测显示1) 主界面图2 调度室主控界面振动监测 本界面中按照现场分布实际情形设置，上部为2#风机，下部为1#风机。正在运行的风机显示为绿色，停止的风机显示灰色，显示切换不需要人为干预。但在风机切换过程中，可能存在切换状态，切换完成后，显示即刻正常。系统在主界面中显示各个测点的实时参数，包括1电机的温度、1#电机的连轴温度、1电机的压力、1电机的风量、1#电机的振动值等；2电机的温度、2#电机的连轴温度、2电机的压力、2电机的风量、2#电机的振动值等；如有温度超出安全值或压力低于安全值，都会有报警信息在监控界面显现，同时界面中有闪耀红灯显
15、现。故障排除后，报警信息消逝。当点击 按钮时弹出振动监测分析的界面，如下所示：图3 振动监测界面 2趋势分析 系统能按年、月、日、小时等方式显示一个或多个测点的历史数据趋势曲线，依照标准值的限定范畴实现趋势分析，并结合标准信息提供设备检修指导。 在图4中能够看到变量参数的曲线走向，每分钟记录归档一次，同时能够自由选择日期时刻查看归档信息，依照需要打印报表。在工具栏中有以下功能菜单：第一条数据记录，前一条数据记录，后一条数据记录，最后一条数据记录，启动停止，标尺，缩放，趋势开关，时刻范畴选择等。图4 参数变化趋势图1按下 曲线开关按钮，显示如以下图5，能够自由选择不同的变量，并选择某个变量的曲线
16、是可见依旧不可见的。按下 标尺按钮，在曲线图下面会显现一个表格，表格里面是变量和日期等。图5 参数变化趋势图2 按下 时刻范畴选择按钮，显示如以下图6，能够对不同的变量选择不同的时刻，就会显现它对应的历史曲线。 图6 参数变化趋势图3 1#温度历史曲线，1压力历史曲线，2#温度历史曲线，2压力历史曲线，这4个界面操作是类似的，仅数据内容不同。3数据储存和治理风压、风量、风速、电量、风机及电机的各种温度、风机的振动等各种监测参数实现定时储备，数据能储存一至两年甚至更长时刻。风机性能参数每小时记录一次；故障参数每分钟记录一次，能够专门方便地进行查询。同时，也便于治理部门如通风科、调度室等分析有关数
17、据，强化通风机的治理。实时趋势显示：系统能按年、月、日、时、分、秒等时刻格式实时显示本系统中温度、瓦斯浓度、压力、风速、风量、振动位移等参数的趋势曲线，并能够无级放大缩小显示，自定义参数范畴、打印曲线等；历史趋势显示：系统能按年、月、日、时、分、秒等时刻格式显示本系统中温度、瓦斯浓度、压力、风速、风量、振动位移等参数的历史存档数据并绘制趋势曲线，同时能够无级放大缩小显示，自定义参数范畴、打印曲线等。 在温度变量记录界面下显示电机的温度参数，如图7。每分钟记录归档一次，同时能够自由选择日期时刻查看归档信息，依照需要打印不同格式的报表。工具栏中的功能如下从左至右，First Data Record
18、(第一条数据记录)，Previous data record(前一条数据记录)，Next data record(下一条记录)，Last data record最后一条数据记录， Start/Stop(开始/停止更新)。选择列，选择时刻范畴等。图7 温度记录界面 用鼠标的左键单击时钟的图标 ，将会显现如下的界面图8，对变量归档进行时刻范畴的选择。图8 时刻选择界面 温度变量记录的界面和压力变量记录的界面是一样的，只是显示的数据内容不同而已。4报警记录和用户治理 报警记录界面中显示报警的信息，有长期报警，短期报警，打印，排序，激活等。报警列表中包含有日期、时刻、编号、连续时刻和报警消息等。报警消
19、息进入为红色，离开为绿色，确认为蓝色，如图9。 对系统中重要过程参数如风速、风量、温度、瓦斯浓度、振动位移等实现在线设定其报警阀值高高限、高限、低限、低低限，并赶忙生效。关于使用本系统的用户进行分级治理，按照权限由小到大依次分为监视员、操作员和系统工程师三种级别。每种级别的用户分别给予不同的权限，具有最高权限的工程师级别的用户还能够添加、删除和修改系统中的用户。操作日志及查询:关于用户在使用本系统中的一些重要操作如修改报警现值、添加和修改用户、报警确认和关闭系统等，都生成操作记录并储存，用户能够随时查阅操作记录并打印。图9 报警记录界面四、系统特点4.1高可靠性 设计上充分考虑系统的电磁抗干扰
20、能力，既要保证系统本身不受现有系统和电源的干扰，也要保证本项目可不能干扰已有系统的运行，系统外的信号接入系统时，都采纳信号隔离模块进行隔离。 采纳低功耗、散热好的硬件设备，散热系统设计合理。 严格的器件选型：系统的所有硬件器件都选用国内外知名品牌。严格的系统测试，数据采集站要通过高低温试验、湿度试验、电磁兼容性试验；系统软件要通过功能测试、容量测试、专门测试等。 4.2有用、易操作性功能设计全面有用，界面设计专业、友好，让用户全面了解各种监测信息。 以专业设计的简捷流程实现复杂的功能，最大限度地减少用户学习操作的时刻。 4.3监测信息全面监测指标包括：各类开关量，振动量，性能参数，如电量、负压
21、、风量、瓦斯浓度、温度量、风机效率等。 可依照用户需求增加监测内容。 4.4传输方式灵活可采纳光缆、同轴电缆、双绞线等多种传输介质。采纳光缆、同轴电缆传输距离不限，采纳双绞线传输距离约 10 公里。4.5可扩充性硬件采纳模块化设计，用户可在不阻碍已有系统结构的条件下，扩展新的采集通道。软件采纳多层结构设计，极大减少了模块之间的耦合性，提高了系统的可扩充性。4.6可爱护性系统具备自诊断功能，能识别传感器、数据库等的专门，便于用户进行爱护。完善的在线关心系统和用户使用手册，指导用户更好地使用和操作系统。五 系统技术指标采纳国际先进的工业操纵运算机及其隔离型输入输出通道，防尘、抗震、抗干扰能力强，性
22、能稳固，可扩充性好； 多种抗干扰措施，最终使测量误差小于2%;下面是要紧监测参数量程：风速 0.315m/s风量 1000-50000 m3/min差压 010KPa静全压 010KPa温度 0-200电压 0-10kV电流 依照电流互感器定瓦斯浓度 04.00%CH4(010.00%CH4)测量精度： 电压、电流、功率因数 0.5级 有功功率、无功功率 0.5级 频率 0.1级 脉冲电度量 0.1级 温度量 0.2级 非电量 0.5级 调用画面响应时刻 2s 实时数据刷新时刻 2s 监控画面辨论率 1280*768或1280*1024 通信传输速率 依照通讯介质而定系统平均无故障时刻 MTB
23、F30000h 储藏温度 -2070工作温度 050 相对湿度 0-95%，无凝露电 源 AC220V，50Hz六 系统安装、调试、服务6. 1安装调试方案原那么煤矿风机在线监测系统，由华电南京农网城网公司负责实施，需要煤矿有关部门及人员的大力支持和配合。a）由华电南京农网城网公司负责煤矿进行本系统的设计工作，包括本系统的总体目标、传感器选择，负责系统安装调试及其他技术服务性工作。b）煤矿协助华电南京农网城网公司进行相关技术性工作，包括系统安装、调试、验收、服务等工作的和谐工作。62系统接线电缆敷设与系统接线工作由双方方共同完成。具体内容如下：操作操纵台及机柜安装就位后，华电南京农网城网公司负
24、责系统的接线。接线时需要煤矿外表人员有力配合。电缆敷设过程中双方负责监护，确保生产安全、人身安全。63 信号提取及传感器安装传感器的安装由华电南京农网城网公司负责实施，信号由各传感器直截了当提取，具体要双方配合。64系统调试本系统的接线、联机调试工作由华电南京农网城网公司负责完成，具体内容如下：a) 机组大部分电缆敷设完成后，系统开始接线、联机调试工作。b) 系统联机调试前，操作台及机柜内的PLC、采集器、系统服务器等分别安装就位，系统供电安全可靠。c)利用现场安装调试的机会，华电南京农网城网公司由专业人员将对相关技术人员进行培训，使技术人员能够操作使用监测系统。6.5系统交工验收系统安装调试完后，系统连续运行72小时以上，双方有关技术人员共同确认系统功能满足合同规定的技术要求，核对交工验收技术资料全面无误后，便可办理交工验收工作。双方有人员在交工验收资料上共同签字后，系统交付使用。6.6技术服务 免费为用户培训12名系统使用人员。 产品质保期1年，硬件免费修理或更换，软件免费升级。 保修期外，提供产品爱护与保养，硬件只收取零部件费用，软件优先、优待升级。 关于产品问题或用户提出的技术问题，1小时内给予回应；如需现场解决，专业人员48小时到达现场。
