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選擇對旋軸流式單法蘭差壓變送器2臺，交流驅(qū)動電機(jī)4臺，以變頻啟動為主，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，自動化地啟動單法蘭差壓變送器，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)。