有源式工况监测报警装置设计

武佐文

(山西汾西矿业(集团)有限责任公司)

矿井大型设备运行故障极易引发事故，其中煤矿主通风机正常连续运行对井下通风安全至关重要，尤其在瓦斯、高瓦斯矿井，井下停风极易造成瓦斯、CO等有毒有害气体超限，形成瓦斯爆炸、人员窒息等事故隐患。为保障矿井主通风机连续运行，当设备运行工况异常能及时预警，尽快介入事故处置。基于这一理念[1-2]，需设计一套主通风机工况监测报警装置。

1 方案设计

1.1 控制系统技术要求

矿井主通风机必须保证连续运行，在主通风机故障停机时能自动报警，在无人干预的情况下，根据主(备)通风机不同工况(运行、停机)控制报警装置，按照给定方式动作，系统动作指令均由主通风机自动发出。因此，设计的工况监测报警装置对控制系统的要求：

(1)能满足“风机停机—报警—报警自锁—风机运行—报警解除”。

(2)应具备自检试验功能。

(3)控制系统应具备即时性。

1.2 系统拟设

根据技术要求，设计的报警装置输出端与输入端不存在反馈关系，故选择开环控制系统。

1.2.1 系统组成

按照开环控制系统原理，报警装置由以下部分组成[3-5]。

(1)风机运行状态监测装置，即信号输入元件。

(2)信号传输设施。

(3)信号处理装置，即控制元件。

(4)执行单元，即被控对象。

(5)控制系统电源。

1.2.2 主要构件

(1)信号输入元件。根据设计要求及组成，信号输入元件可自主通风机启停电气控制系统选择信号源。

(2)信号传输设施。本次设计的报警装置为就地运行方式，信号衰减、干扰可忽略不计，信号无需进行调制、放大，可直接根据信号源(电压型、电流型等)选择相应传输线缆。

(3)控制元件。报警装置只有2种工作方式：动作和非动作，即1或0，故控制装置可根据控制系统电源选择相应的继电器。

(4)执行单元。根据开环系统设计要求，一般报警装置采用语音报警、灯光指示报警或声光报警，可根据控制系统电源选择相应等级的声光报警器(如电铃、警示灯、语音报警器等)。

(5)系统电源。根据设计要求，报警装置为就地工作，系统电源应以方便、就近原则选择机房低压电源；另外，为确保装置可靠性，系统电源应按双电源布置，尽量选择UPS等不间断电源作为备用电源[6-10]。

1.2.3 电气控制原理图设计

根据系统组成，停机自动报警装置控制系统电气基本原理见图1。

矿井主通风机为一用一备运行方式，需对图1电气设计进行改进，其控制原理见图2。至此可实现多台设备启动/停机状态报警功能，但未能实现双机交替运行停机自动报警功能，需对图2电气控制原理图继续改进，一是增设手动转换开关(电气控制原理见图3)，可实现手动切除设备运行工况监测；二是增加延时动断时间继电器，实现通风机主(备)交替运行时停机自动报警功能(见图4)。

图1 单风机单电机停机报警电气原理

图2 单风机双电机停机报警电气原理

图3 双风机双电机自动联控停机报警电气原理

2 技术复制与推广

根据以上设计方法，可以对图4电气控制原理进行技术复制，推广应用到多台设备并列运行或多台设备单独运行时的启动、运行、停机语音播报、报警、声光警示灯多种场合，以4台设备独立运行时为例,其电气控制原理见图5。

图4 双风机双电机手动单控停机报警电气原理

根据图5电气控制原理，可以发现无需传感器即可设备运行工况监测与报警功能，对图5电气控制图继续改进，可以实现不同设备运行工况变化时不同的报警信号，以便于在多台设备运行时值守人员更快速判断故障点，其控制原理见图6。

图5 多机单控停机自动报警电气原理

图6 多机联控停机自动报警电气原理

3 结 语

根据有源式工况监测报警装置电气控制原理(图1～图6)，可以发现，无需昂贵的传感器、PLC控制器即可实现多台设备运行工况监测自动报警(停机)功能，可以通过增加控制组实现设备单独运行、并联运行及存在交互联锁运行关系的设备停机、温度等工况监测和自动报警功能，通过改变执行单元(电铃、声光报警器等)可实现——有源式工况监测自动报警装置多种报警方式。同时可以看到，有源式工况监测报警装置监测的工况点比较单一，在多组设备存在交互式联锁运行关系时，电气控制系统庞大，关联性较强，不利于多点控制。总体来看，该装置技术开放性、兼容性和经济适用的特性，使有源式工况监测报警装置可广泛应用于食品加工厂、服装厂、固定设备车间、电气电子车间、地面选煤车间等作业环境，同时可作为企业生产线重要设备并联冗余保护装置。