《大型風機監測系統》教程嚴德昆二OO六年一月《大型風機監測系統》教程第一章大型風機第二章監測系統原理第三章監測系統設計第四章監測系統組裝與施工第五章“組態王”軟件開發第六章文檔資料第一章大型風機§1

大型風機——煤礦安全生產的核心設備四通一防：通電、通風、通水、通信，防火（防爆）耗能大戶：全礦20—30%§2

大型風機的種類：

1）普通軸流風機：電機在外，長軸傳動，效率較低。

2）對旋軸流風機：電機在內，兩級對旋，葉角可調，直接傳動，高效率可達85%。高風壓，可達4500Pa。

低噪音，降低10-20dB。可反風。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。山西渝煤科安運風機公司BDK系列對旋風機對旋風機內部結構剖面圖風機三大性能曲線圖§3

大型風機安全運轉要求：1，兩臺輪流使用，停風10分鐘以上為重大事故。2，專人值守。3，監視電機電壓、電流、功率、溫度，風機壓力、流量、效率及其它參數。4，定期進行性能測試，根據井下通風要求調整風葉角度，使風機保持在高效區運行，兼顧節能。5，當井下出現異常，可以要求風機反轉，向井下壓風。6，隨著煤礦網絡信息系統的建立，要求將風機運轉的監測數據實時傳送煤礦調度室等部門，進行集中監視、調度管理。第二章監測系統原理§1

電機溫度測量：常用鉑熱電阻Pt100(R0=100.00?,=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

0100.0103.85107.79111.67115.54119.40123.24127.07130.89134.71100138.50142.29146.06149.82153.58157.31161.04164.76168.46172.16Pt100?4—20mA變送器電橋放大器恒流源mV(R1+2r)×R3=R2×RptR1R3R2Pt100mV(R1+r)×R3=R2×(Rpt+r)R1R3R2Pt100AArrrr兩線制接法三線制接法§2

電機功率測量：MabcVaVcIaIco功率變送器4—20mA+24VVb功率變送器的滿量程：為電流互感器變比。當使用高壓電機時，再乘以電壓互感器變比。說明：1，功率變送器基本是二瓦計原理，增加電子線路將有功功率轉變為標準信號4—20mA。接線時，相序一定要正確，否則無輸出信號或不正確。2，如果是一萬伏高壓電機，則配電屏有10000：100的電壓互感器。功率變送器的電壓信號取自電壓互感器付邊的100伏。定貨時一定要聲明電壓等級為100伏。3，如果用戶還要求測量無功功率、功率因素，則應定購功能齊全的功率變送器。4，如果用戶決定使用或已在配電屏中安裝變頻器對風機電機調速，那么一般的工頻50Hz的功率變送器是不能使用的，必須定購0—50Hz的特種功率變送器！§3

風機風速、流量測量：風機安裝現場和風道形狀各礦都不一樣，因而定購的風機進風端長短不一，一般都不能滿足國家標準規定的通風機實驗臺性能測試條件。針對生產現場風機監測要求和特殊環境條件,研究確定風機壓力、流量檢測和計算方案,才能保證長期監測運行和準確性。單斷面檢測平均動壓并計算風速、流量的方法受流場分布變化的影響很大，因而當風道狀況或風葉角度改變以后，需要反復標定，用戶難以完成。本系統采用風機筒壁壓差法計算流量、風速和效率，簡單可靠，不受流場分布變化的影響，安裝施工也很方便。理想氣體的伯努利方程：氣體密度的計算：是入口氣體相對濕度，%，查表可得；是入口氣體t

oC時的絕對飽和水蒸氣壓力，Pa；是（井下）入口氣體大氣壓，Pa。1，2，當–15

oC<t<40

oC時，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密度其它參數計算:動壓靜壓風機裝置效率第三章監測系統設計

§1,項目調研：1，向煤礦機電負責人詳細了解已購或計劃購買的風機生產廠家、型號、最大壓力、流量，電機生產廠家、型號、電壓等級（380V還是100V）、電流、功率，是否配置變頻器及電抗器，配電屏生產廠家、型號，索要風機、電機和配電屏（包括變頻器及電抗器）技術資料和圖紙的復印件。有關提示：配電屏內應預留安裝功率變送器的位置。要求配電屏廠家在安裝就位和通電以后要檢查三相相序確認與鋁排ABC顏色標識順序一致。電機軸承和繞組是否已放置了PT100測溫電阻（精度應達到1%）。如果煤礦廠家購買監測系統的同時，還想在配電屏上安裝電機參數巡檢儀，那么就要要求電機廠家在電機內每個測點放置兩個PT100測溫電阻。另外，電機和風機接線盒內，每個測溫電阻應有三個接線端子，以便三線制接線。否則，要求煤礦立即通知風機廠家，再通知電機廠家。

2，向煤礦機電負責人詳細了解風機房布置現場狀況和環境情況，如海拔高度（大氣壓范圍）、相對高度、雨雪雷電是否頻繁、年氣溫上下限、機房外土質濕度和導電能力，機房與風機布置，能否修改設計使機房盡量靠近風機，機房大玻璃窗應面向風機。索要機房與風機布置圖。提出修改意見，雷雨多發地應架設避雷針和單獨接地，且接地應遠離電氣接地。機房外應增設信號接地，遵從國家標準（常年保持濕潤，接地電阻小于4歐姆），用扁鐵引入機房內準備放置監測系統柜附近的墻下。接地點應離開強電接地點30米以上（最好分別位于機房兩頭），引入扁鐵不要與強電接地交叉，保持10米以上距離。

3，要求煤礦在機房設計中，要將電纜溝延伸到監測系統柜位置附近，以便信號電纜走線和強電接地接到監測系統柜和穩壓電源外殼上。電纜溝上沿要預留角鐵支架鋪設信號電纜，并與強電電纜保持距離，盡量減少干擾。機房應與配電房有門直通。機房內應在監測系統柜附近墻上安裝20安的配電盤，電源引自配電屏上單獨一條線，且盡量遠離變頻器柜。機房照明應符合要求。夏天氣溫高的地方，要裝空調。4，實地勘測風機接線盒、配電盤，風機靜壓測點與監測系統柜電氣距離，估算信號電纜和引入氣壓的PVC管的長度，留出充分余量。

5，如果煤礦廠家提出通信要求，要詳細了解機房與調度室距離、地理情況（是否直線可視，隔山或建筑物高度）。6，向煤礦機電負責人了解技術科和電工班中計算機技術力量，風機房值班工人文化程度，提出盡量配備計算機和電氣方面較強的畢業生或電工配合施工和維護，并接受技術培訓。指定專人為項目進行全過程的聯系人。7，簽定合同，要考慮到基本系統，再考慮增加檢測內容、通信，并聲明，在施工中煤礦要人力到位配合，提供室外穿線鐵管或塑料管，通信線路架設等。出于煤礦安全考慮，可以拒絕煤礦廠家可能提出的遙控方面的要求。

8，了解現場施工進度，及時提出要求和修改意見，確定監測系統運抵現場時間。

§2,設計階段：1，修改機房、配電房與風機布置圖，標出信號電纜走向、引入氣壓的PVC管走向、通信電纜的走向以及它們的支架等。基本相當于施工圖。2，根據風機最大負壓再放大20—30%余量確定壓力變送器量程（—5kp~0，—4kp~0或—3kp~0，對應輸出信號4~20mA）。壓差變送器量程選0~2kp。精度0.5級。

3，風機電機的軸承和繞組測溫：國內幾個大電機廠家現在一般都已埋設了Pt—100熱敏電阻，測溫范圍滿足國家標準。為了適應北方地區冬季電機啟動階段也能看到正確的溫度，溫度變送器的量程選擇

—40~160℃（軸承溫度報警85℃，繞組溫度報警125℃）。

4，風機進口溫度測量為專門設計的Pt—100熱敏電阻和變送器一體化組件，插入風機外殼進口端一個直徑10mm孔中，標定量程0—100℃。該孔可提前通知風機廠家預先鉆好，也可到現場再鉆。5，功率變送器的選型：在電機未用變頻器的情況下，只要根據電機確定是低壓380V還是高壓100V（高壓電機是10kV，而電壓互感器是10kV/100V）。電流互感器付邊輸出總是最大5A。功率變送器輸出是4~20mA。在電機使用變頻器的情況下，要選用非工頻的特殊的功率變送器。

6，工控機與通道板的選型：為確保長期可靠地運行，必須選用高質量的工控機與通道板。研華工控機IPC--610作為首選。工控機更新換代稍落后于PC機，但現在已達主頻1.8G以上。對于風機監測系統，主頻1.2G，內存256M，40G硬盤已足夠了。要注意的是研華機的底板原來ISA總線插槽多一些，PCI總線插槽少一些。現在廠家正在把一些ISA總線板卡修改為PCI總線，所以設計訂貨時要選PCI總線板卡和PCI總線插槽多一些的底板，如PCA—6114P7—C。（原來多用PCA—6179V，6179L）。

模擬量輸入板是本系統最主要的板卡。為了減少三類信號之間的干擾，最好采用雙端輸入的通道板。開關量輸入輸出板選光隔離繼電器型，如PCL—725。7，機柜設計：原來為箱式加臺式結構。為了使結構更緊湊，便于集成和維修，現改為柜式結構，更加美觀。上部集成壓力和溫度傳感器，中部為工控機，下部為通道板和電源等。8，檢測原理圖與接線圖：相關圖紙編號。每次采購的元件可能有所變化，圖紙要作響應修改。如電纜芯線顏色會改變，測點有所增減，……9，設備和元件采購計劃表：第四章監測系統組裝與施工§1計算機系統組裝：1，安裝系統軟件：Windowsxp，Word2000，Visio2000，殺毒軟件，組態王6.52。此機不要再作它用，如上網，以免感染病毒。裝入的應用程序要預先殺毒檢查。2，通道板卡設置地址和有關的狀態開關，做好記錄，然后插入底板插槽中。注意消除身體靜電！3，模擬量輸入板接線板上焊接采樣精密電阻250歐。4，連接電纜。§2傳感器變送器組裝：1，機柜中A板用于安裝壓力傳感變送器，溫度變送器及其切換開關。壓力和壓差傳感變送器都是一體化的，安裝時要在上部和左右預留足夠距離便于插接氣管。壓差傳感變送器的左右“+”、“-”號要明顯，接管子時高低壓千萬別搞反了！2，為了節省成本，兩臺風機的溫度測量使用同一組溫度變送器，增加了一組切換開關。因為是切換電阻信號的，所以要求觸頭緊密接觸，應選用高質量的帶鍍銀觸頭的切換開關。如施耐得的產品。3，去現場接測溫電阻的信號電纜最好用六芯（0.5mm2)電纜，根數減少一半，穿管方便。4，每根電纜芯線兩端都要套上記號管，作好標記，與圖紙相符，峻工時必須校對一致交工。§3通道接線板和電源組裝：1，所有接到通道接線板的信號電纜的外層屏蔽編織線，規定在接線板這一端單點接信號地！不要兩端接地而形成回路。2，接線板上的模擬地浮空，并不與信號地相接。3，直流24V電源的兩組輸出分別負擔各臺風機的變送器。4，走線槽一定要布置整齊美觀。5，斷開通道板與接線板之間的大電纜連接，給變送器通直流電，檢查各路空載信號是否正確無誤。全部正確，連接通道板與接線板之間的大電纜，開機，運行“組態王”監測軟件，觀察、校對各路信號，顯示曲線、圖表的正確性，一一修改完善。6，關機，下架，打包，發運。§4現場施工：1，機柜就位；2，工控機推入，連接顯示器，鍵盤，鼠標；3，配電盤電源引至機柜交流開關；4，交流接地連接到機柜外殼接地螺絲；5，測溫和功率變送器信號電纜放線，進入電纜地溝以后不要與電力電纜平行或靠得太近；6，信號電纜屏蔽層統一接到信號接地線上；7，壓力引管鋪設至機柜頂部進入，接到壓力、壓差變送器，架設牢固，走向美觀，盡量少拐彎，密不泄露；8，斷開通道板與接線板之間的大電纜連接，給變送器通直流電，檢查各路信號是否正確無誤。全部正確，斷電，接通大電纜；9，開機，運行“組態王”監測軟件，觀察、校對各路信號，顯示曲線、圖表的正確性，一一修改完善；10，倒機，檢查另一臺風機監測的正確性；11，必要時，做一次完整的風機性能曲線測試；12，連續運行24小時以上，正確無誤，整理記錄和文檔資料，交工。13，現場施工必帶：工具：組合工具包（包括烙鐵、焊錫），三位半萬用表，相序表，記號筆，試電筆，手電筒；資料：設備和元件說明書、維修卡片，廠家聯系電話，MS軟件一套，軟盤電子文檔，U盤，“組態王”資料，運行狗，開發狗；材料：PVC壓力管及其卡具、三通接頭、開關，生膠帶，信號電纜線，記號套管，黑膠布，透明膠帶，絕緣套管，塑料軋頭；備件：每種變送器1個，切換繼電器和插座2套，9V方形電池1個，精密采樣電阻250歐2個。第五章“組態王”軟件開發§1組態軟件與面向對象：1，組態軟件概念：基于VC++、Windows窗口和數據庫技術，應用面向對象的軟件方法，設計出的專用二次開發軟件工具。例如測控組態軟件，虛擬儀器軟件。組態軟件一般都具有OPC、DDE、SQL、Internet等功能。

比較著名的測控組態軟件有：iFIX，Intouch，組態王，力控等等。§2“組態王”開發的主要內容：1，建立一個新工程