大型风机监测系统教程

《大型风机监测系统》教程严德昆二OO六年一月《大型风机监测系统》教程第一章大型风机第二章监测系统原理第三章监测系统设计第四章监测系统组装与施工第五章“组态王”软件开发第六章文档资料第一章大型风机§1

大型风机——煤矿安全生产的核心设备四通一防：通电、通风、通水、通信，防火（防爆）耗能大户：全矿20—30%§2

大型风机的种类：

1）普通轴流风机：电机在外，长轴传动，效率较低。

2）对旋轴流风机：电机在內，两级对旋，叶角可调，直接传动，高效率可达85%。高风压，可达4500Pa。

低噪音，降低10-20dB。可反风。30kw╳2，45kw╳2，55kw╳2，75kw╳2，110kw╳2，132kw╳2，160kw╳2，185kw╳2，220kw╳2，250kw╳2，355kw╳2，500kw╳2，710kw╳2，900kw╳2。山西渝煤科安运风机公司BDK系列对旋风机对旋风机内部结构剖面图风机三大性能曲线图§3

大型风机安全运转要求：1，两台轮流使用，停风10分钟以上为重大事故。2，专人值守。3，监视电机电压、电流、功率、温度，风机压力、流量、效率及其它参数。4，定期进行性能测试，根据井下通风要求调整风叶角度，使风机保持在高效区运行，兼顾节能。5，当井下出现异常，可以要求风机反转，向井下压风。6，随着煤矿网络信息系统的建立，要求将风机运转的监测数据实时传送煤矿调度室等部门，进行集中监视、调度管理。第二章监测系统原理§1

电机温度测量：常用铂热电阻Pt100(R0=100.00Ω,=0.003850),分度表如下:T°c0

10

20

30

40

5060

70

80

90-0100.096.0992.1688.2284.2780.3176.3372.3366.3364.30

0100.0103.85107.79111.67115.54119.40123.24127.07130.89134.71100138.50142.29146.06149.82153.58157.31161.04164.76168.46172.16Pt100Ω4—20mA变送器电桥放大器恒流源mV(R1+2r)×R3=R2×RptR1R3R2Pt100mV(R1+r)×R3=R2×(Rpt+r)R1R3R2Pt100AArrrr两线制接法三线制接法§2

电机功率测量：MabcVaVcIaIco功率变送器4—20mA+24VVb功率变送器的满量程：为电流互感器变比。当使用高压电机时，再乘以电压互感器变比。说明：1，功率变送器基本是二瓦计原理，增加电子线路将有功功率转变为标准信号4—20mA。接线时，相序一定要正确，否则无输出信号或不正确。2，如果是一万伏高压电机，则配电屏有10000：100的电压互感器。功率变送器的电压信号取自电压互感器付边的100伏。定货时一定要声明电压等级为100伏。3，如果用户还要求测量无功功率、功率因素，则应定购功能齐全的功率变送器。4，如果用户决定使用或已在配电屏中安装变频器对风机电机调速，那么一般的工频50Hz的功率变送器是不能使用的，必须定购0—50Hz的特种功率变送器！§3

风机风速、流量测量：风机安装现场和风道形状各矿都不一样，因而定购的风机进风端长短不一，一般都不能满足国家标准规定的通风机实验台性能测试条件。针对生产现场风机监测要求和特殊环境条件,研究确定风机压力、流量检测和计算方案,才能保证长期监测运行和准确性。单断面检测平均动压并计算风速、流量的方法受流场分布变化的影响很大，因而当风道状况或风叶角度改变以后，需要反复标定，用户难以完成。本系统采用风机筒壁压差法计算流量、风速和效率，简单可靠，不受流场分布变化的影响，安装施工也很方便。理想气体的伯努利方程：气体密度的计算：是入口气体相对湿度，%，查表可得；是入口气体t

oC时的绝对饱和水蒸气压力，Pa；是（井下）入口气体大气压，Pa。1，2，当–15

oC<t<40

oC时，可近似取R=288.5;3,近似密度可查表：050010001500200025003000350040001.201.131.061.000.950.890.840.780.73海拔m密度其它参数计算:动压静压风机装置效率第三章监测系统设计

§1,项目调研：1，向煤矿机电负责人详细了解已购或计划购买的风机生产厂家、型号、最大压力、流量，电机生产厂家、型号、电压等级（380V还是100V）、电流、功率，是否配置变频器及电抗器，配电屏生产厂家、型号，索要风机、电机和配电屏（包括变频器及电抗器）技术资料和图纸的复印件。有关提示：配电屏内应预留安装功率变送器的位置。要求配电屏厂家在安装就位和通电以后要检查三相相序确认与铝排ABC颜色标识顺序一致。电机轴承和绕组是否已放置了PT100测温电阻（精度应达到1%）。如果煤矿厂家购买监测系统的同时，还想在配电屏上安装电机参数巡检仪，那么就要要求电机厂家在电机内每个测点放置两个PT100测温电阻。另外，电机和风机接线盒内，每个测温电阻应有三个接线端子，以便三线制接线。否则，要求煤矿立即通知风机厂家，再通知电机厂家。

2，向煤矿机电负责人详细了解风机房布置现场状况和环境情况，如海拔高度（大气压范围）、相对高度、雨雪雷电是否频繁、年气温上下限、机房外土质湿度和导电能力，机房与风机布置，能否修改设计使机房尽量靠近风机，机房大玻璃窗应面向风机。索要机房与风机布置图。提出修改意见，雷雨多发地应架设避雷针和单独接地，且接地应远离电气接地。机房外应增设信号接地，遵从国家标准（常年保持湿润，接地电阻小于4欧姆），用扁铁引入机房内准备放置监测系统柜附近的墙下。接地点应离开强电接地点30米以上（最好分别位于机房两头），引入扁铁不要与强电接地交叉，保持10米以上距离。

3，要求煤矿在机房设计中，要将电缆沟延伸到监测系统柜位置附近，以便信号电缆走线和强电接地接到监测系统柜和稳压电源外壳上。电缆沟上沿要预留角铁支架铺设信号电缆，并与强电电缆保持距离，尽量减少干扰。机房应与配电房有门直通。机房内应在监测系统柜附近墙上安装20安的配电盘，电源引自配电屏上单独一条线，且尽量远离变频器柜。机房照明应符合要求。夏天气温高的地方，要装空调。4，实地勘测风机接线盒、配电盘，风机静压测点与监测系统柜电气距离，估算信号电缆和引入气压的PVC管的长度，留出充分余量。

5，如果煤矿厂家提出通信要求，要详细了解机房与调度室距离、地理情况（是否直线可视，隔山或建筑物高度）。6，向煤矿机电负责人了解技术科和电工班中计算机技术力量，风机房值班工人文化程度，提出尽量配备计算机和电气方面较强的毕业生或电工配合施工和维护，并接受技术培训。指定专人为项目进行全过程的联系人。7，签定合同，要考虑到基本系统，再考虑增加检测内容、通信，并声明，在施工中煤矿要人力到位配合，提供室外穿线铁管或塑料管，通信线路架设等。出于煤矿安全考虑，可以拒绝煤矿厂家可能提出的遥控方面的要求。

8，了解现场施工进度，及时提出要求和修改意见，确定监测系统运抵现场时间。

§2,设计阶段：1，修改机房、配电房与风机布置图，标出信号电缆走向、引入气压的PVC管走向、通信电缆的走向以及它们的支架等。基本相当于施工图。2，根据风机最大负压再放大20—30%余量确定压力变送器量程（—5kp~0，—4kp~0或—3kp~0，对应输出信号4~20mA）。压差变送器量程选0~2kp。精度0.5级。

3，风机电机的轴承和绕组测温：国内几个大电机厂家现在一般都已埋设了Pt—100热敏电阻，测温范围满足国家标准。为了适应北方地区冬季电机启动阶段也能看到正确的温度，温度变送器的量程选择

—40~160℃（轴承温度报警85℃，绕组温度报警125℃）。

4，风机进口温度测量为专门设计的Pt—100热敏电阻和变送器一体化组件，插入风机外壳进口端一个直径10mm孔中，标定量程0—100℃。该孔可提前通知风机厂家预先钻好，也可到现场再钻。5，功率变送器的选型：在电机未用变频器的情况下，只要根据电机确定是低压380V还是高压100V（高压电机是10kV，而电压互感器是10kV/100V）。电流互感器付边输出总是最大5A。功率变送器输出是4~20mA。在电机使用变频器的情况下，要选用非工频的特殊的功率变送器。

6，工控机与通道板的选型：为确保长期可靠地运行，必须选用高质量的工控机与通道板。研华工控机IPC--610作为首选。工控机更新换代稍落后于PC机，但现在已达主频1.8G以上。对于风机监测系统，主频1.2G，内存256M，40G硬盘已足够了。要注意的是研华机的底板原来ISA总线插槽多一些，PCI总线插槽少一些。现在厂家正在把一些ISA总线板卡修改为PCI总线，所以设计订货时要选PCI总线板卡和PCI总线插槽多一些的底板，如PCA—6114P7—C。（原来多用PCA—6179V，6179L）。

模拟量输入板是本系统最主要的板卡。为了减少三类信号之间的干扰，最好采用双端输入的通道板。开关量输入输出板选光隔离继电器型，如PCL—725。7，机柜设计：原来为箱式加台式结构。为了使结构更紧凑，便于集成和维修，现改为柜式结构，更加美观。上部集成压力和温度传感器，中部为工控机，下部为通道板和电源等。8，检测原理图与接线图：相关图纸编号。每次采购的元件可能有所变化，图纸要作响应修改。如电缆芯线颜色会改变，测点有所增减，……9，设备和元件采购计划表：第四章监测系统组装与施工§1计算机系统组装：1，安装系统软件：Windowsxp，Word2000，Visio2000，杀毒软件，组态王6.52。此机不要再作它用，如上网，以免感染病毒。装入的应用程序要预先杀毒检查。2，通道板卡设置地址和有关的状态开关，做好记录，然后插入底板插槽中。注意消除身体静电！3，模拟量输入板接线板上焊接采样精密电阻250欧。4，连接电缆。§2传感器变送器组装：1，机柜中A板用于安装压力传感变送器，温度变送器及其切换开关。压力和压差传感变送器都是一体化的，安装时要在上部和左右预留足够距离便于插接气管。压差传感变送器的左右“+”、“-”号要明显，接管子时高低压千万别搞反了！2，为了节省成本，两台风机的温度测量使用同一组温度变送器，增加了一组切换开关。因为是切换电阻信号的，所以要求触头紧密接触，应选用高质量的带镀银触头的切换开关。如施耐得的产品。3，去现场接测温电阻的信号电缆最好用六芯（0.5mm2)电缆，根数减少一半，穿管方便。4，每根电缆芯线两端都要套上记号管，作好标记，与图纸相符，峻工时必须校对一致交工。§3通道接线板和电源组装：1，所有接到通道接线板的信号电缆的外层屏蔽编织线，规定在接线板这一端单点接信号地！不要两端接地而形成回路。2，接线板上的模拟地浮空，并不与信号地相接。3，直流24V电源的两组输出分别负担各台风机的变送器。4，走线槽一定要布置整齐美观。5，断开通道板与接线板之间的大电缆连接，给变送器通直流电，检查各路空载信号是否正确无误。全部正确，连接通道板与接线板之间的大电缆，开机，运行“组态王”监测软件，观察、校对各路信号，显示曲线、图表的正确性，一一修改完善。6，关机，下架，打包，发运。§4现场施工：1，机柜就位；2，工控机推入，连接显示器，键盘，鼠标；3，配电盘电源引至机柜交流开关；4，交流接地连接到机柜外壳接地螺丝；5，测温和功率变送器信号电缆放线，进入电缆地沟以后不要与电力电缆平行或靠得太近；6，信号电缆屏蔽层统一接到信号接地线上；7，压力引管铺设至机柜顶部进入，接到压力、压差变送器，架设牢固，走向美观，尽量少拐弯，密不泄露；8，断开通道板与接线板之间的大电缆连接，给变送器通直流电，检查各路信号是否正确无误。全部正确，断电，接通大电缆；9，开机，运行“组态王”监测软件，观察、校对各路信号，显示曲线、图表的正确性，一一修改完善；10，倒机，检查另一台风机监测的正确性；11，必要时，做一次完整的风机性能曲线测试；12，连续运行24小时以上，正确无误，整理记录和文档资料，交工。13，现场施工必带：工具：组合工具包（包括烙铁、焊锡），三位半万用表，相序表，记号笔，试电笔，手电筒；资料：设备和元件说明书、维修卡片，厂家联系电话，MS软件一套，软盘电子文档，U盘，“组态王”资料，运行狗，开发狗；材料：PVC压力管及其卡具、三通接头、开关，生胶带，信号电缆线，记号套管，黑胶布，透明胶带，绝缘套管，塑料轧头；备件：每种变送器1个，切换继电器和插座2套，9V方形电池1个，精密采样电阻250欧2个。第五章“组态王”软件开发§1组态软件与面向对象：1，组态软件概念：基于VC++、Windows窗口和数据库技术，应用面向对象的软件方法，设计出的专用二次开发软件工具。例如测控组态软件，虚拟仪器软件。组态软件一般都具有OPC、DDE、SQL、Internet等功能。

比较著名的测控组态软件有：iFIX，Intouch，组态王，力控等等。§2“组态王”开发的主要内容：1，建立一个新工程