下载文档原格式
变频温控通风控制系统在煤矿主提升中的应用摘要：变频温控通风控制系统通过利用PLC、变频器、传感器等设备，结合自动控制原理和变频调速技术，实现了主井提升机主电机、变压器正常通风散热。
关键词：PLC 变频调速自动控制原理煤炭是我国能源的主体、随着煤炭企业向高产、高效的方向发展，矿井提升任务不断加重。
原煤提升主电机、变压器等设备通风散热问题直接影响电机的正常工作，进而导致原煤正常提升。
目前，我国大多数矿井提升机主电机、变压器通风散热仍采用传统的固定通风方式。
由于该套设备运行时提升主电机、变频器、变压器发热量巨大，加之北方冬夏温差大、冬天需要减少通风，夏天通风量不足。
采用传统固定通风散热方式由于其自动化程度很低，不能合理配置提升主电机、变频器、变压器的正常散热需求，而且浪费了许多电能，不但增加了成本，而且还带了不安全因素。
这就需要从生产实际出发，针对现有通风系统并结合现代控制原理，设计和改造现有的主井提升主电机、变压器通风系统。
通过利用现代计算机、PLC、变频器、传感器等设备对主井提升主电机、变压器的通风散热进行自动化改造，可实现主井提升主电机、变压器通风自动化，即根据主提升主电机、变压器的温度变化情况自动控制通风量大小，实现通风优化控制！1 变频温控通风自动控制原理通过利用温度传感器检测现场环境或设备温度值，并将该实际值实时反馈给PLC处理模块，PLC通过反馈回来的温度量和给定进行比较，经过PID调节，将控制方式送给变频器对通风电机速度进行调节，从而达到自动控制通风量，维持恒温的目的。
原理如图1。
变频调速通风电机由三相交流异步电动机拖动，对通风电机调速是对转速调节实现的。
而异步电动机转速n=60f（1-S）/P，在这个公式中，f 为电机电源频率，P为电机的磁极对数，S为转差率。
通过上式可知，要想改变电机转速可有三种方法实现。
（1）改变电机电源频率。
（2）改变电机磁极对数。
（3）改变转差率。
由于转差率S调节范围下，改变电机磁极对数不易实现，而对于改变频率确很好实现，在实际工作中，为了获得良好的变频特性，我们通常采用同时改变电压V和频率f的磁通矢量控制方法。
煤矿主通风机及在线监测操作规程前言煤矿通风系统是煤矿安全保障的重要措施，而煤矿主通风机是通风系统运行的核心装置。
良好的通风系统可以使煤矿内空气清新，减少有害气体和粉尘的浓度，保证煤矿工人能够在相对安全的环境下工作。
而在线监测操作规程的制定和实施，可以保证煤矿主通风机的正常运行和准确监测，使其在煤矿通风系统中起到最大的作用。
一、煤矿主通风机的结构与原理1.煤矿主通风机的结构煤矿主通风机包含电机、转子、定子、风道、减震器等部件。
其中电机是主通风机的核心组件，负责驱动主通风机的风轮旋转，从而使气流正常循环。
2.煤矿主通风机的原理主通风机通过电机驱动风轮旋转，将空气吸入风道，再经过过滤器、集尘器等组件过滤净化，然后送往煤矿井下。
主通风机的转速、风量、风压等参数的变化都会直接影响煤矿通风系统的运行效果和工人的安全。
因此，对主通风机进行在线监测就显得尤为重要。
二、煤矿主通风机在线监测操作规程1.测量参数和要求主通风机在线监测需要测量的重要参数包括风机转速、风量、风压、电机电流、电机温度等。
这些参数反映了主通风机的运行状况和性能表现。
2.测量设备的设置和校验测量设备应安装在主通风机的最佳测量位置，保证测量数据的准确性。
在测量之前，应对设备进行一系列校验，确保其能够准确、可靠地进行在线监测。
3.监测工作流程（1）开机前监测在主通风机启动之前，对测量设备进行检查，检查设备是否正常运行，是否处于标定状态等。
检查完毕后，记录测量数据，作为启动之前的参考。
（2）启动过程中监测在主通风机启动过程中，要时刻监测风机转速、风量、风压等参数的变化情况。
对于发现的异常情况，要及时做出调整。
（3）运行中监测主通风机在运行中需要进行全面的监测，包括对电机电流、转速、风量、风压等参数进行实时监测。
对于发现的异常情况要及时对设备进行调整和维护。
（4）停机后监测在主通风机停机后，对设备进行停机检查，记录测量数据，将数据上传并存档。
4.应急处理措施在进行主通风机在线监测中，难免会出现一些紧急情况，需要立即做出应急处理。
ＤＯＩ：１０．１６５２５／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｎ１４－１１３４／ｔｈ．２０１９．０２．０９７总第１９０期２０１９年第２期机械管理开发ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴＡＮＤＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴＴｏｔａｌ１９０Ｎｏ．２，２０１９引言主通风机作为煤矿正常运转的四大必备设备之一，最主要的功能包括向井下作业环境持续不断的输入新鲜空气，并及时排除有毒有害气体，通过及时高效的完成井下风流的更换工作保障井下生产的安全进行以及工人的人身安全［１］。
根据我国现有的生产情况，我国煤矿发生事故的原因有６０％以上是由于井下空气环境中瓦斯浓度过高所导致的。
因此，当矿井的主风机发生故障时会对整个矿井的生产及安全造成巨大的影响。
基于此，为保证矿井生产活动能够高效且安全的运行，需要配置一套安全可靠、功能齐全及操作简便、系统稳定性高的自动监测监控系统，此监控系统需要具备及时监控主通风机运行状态的能力，同时对于设备的各项参数都需要进行准确的记录，通过连续准确的监测使工人能够及时掌握设备的运行状态，从而保证整个井下工作的安全及高效［２］。
某煤矿在对矿井下作业环境进行改造时，对该矿井东侧及南侧风井的主通风机配置了适合生产条件的监测监控系统，以期提高其生产工作效率。
1主通风机监测监控系统关于主通风机的系统组成如图１所示，整个设备系统主要包含监测监控系统、高压配电系统、低压配电系统、直流工作电源及工业电视监测系统。
同时设备中各对应位置还设置有不同类别的传感器。
１．１主通风机自动监控系统矿井主通风机的监控系统主要包含ＰＬＣ测控系统、监控计算机及通信系统三部分［３］。
控制器的具体型号为ＳＩＭＡＴＣＳ７－３００及ＣＰＵ３１４Ｃ－２ＤＰ两种，这两种控制器的组成模块主要包括通讯模块、电源模块、数字智能控制模块几部分，这几个部分的主要功能为整个运行过程数据的实时采集，采集的数据内容包括风门的运动状态及整个设备在运转过程中的温度变化。
其中，控制系统的主要功能为控制风门的开关、主通风机的开始结束及正反转，同时还会对设备报警器的状态进行及时的监测监控。
变频调速技术在矿井主扇风机上的应用孔全义(双矿集团新安煤矿，黑龙江双鸭山155100)强商要]采用变频器改变风机电动机转速的方法，可实现．风机井寺性曲线的变化，获得经济运行工况点，既能实现软起动、软停机，又降低了电机的发热程度和可能出现的故障。
涔撇]变频调速技术；矿井；主扇风机阶段和时间，都有一定的变化，为适应这个变化的需要，风量调节是矿井主扇通风机正常运行和经济运行所必需的。
通常煤矿风机风量调节采用改变风机工作叶轮片安装角度、采用前导叶及风门调节等方式。
其中改变叶片安装角度需在风机停机时才能进行，而前导叶调整范围小，不适应通风网络特性变化较大的情况，风门调节方式从节能来看，又是最不经济的，因此，变频调速技术引人注目。
从研究中发现，采用变频器改变风机电动机转速的方法，可实现风机特性曲线的变化，获得经济运行工况点，既能实现软起动、软停机，又刚氐了电机的发热程度和可能出现的故障。
1变频调速控制方式按风机的使用率和变频器的预期寿命，在保证转换装置操作可靠条件下，采用2台变频器拖动4台电动机的技术方案。
1．1基本原理根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系：n=60f(1一S) 1P，通过改变电动机工作电源频率来达到改变电机的转速。
风机一般属于二次方转矩负载，其机械轴功率随转速的下降而急剧降低，因此，调速系统输人的电功率也急剧降低。
根据风机比例定律，风机的转速从n变到n2时，风机的风量与转速的一次方成正比，风压与转速的二次方成正比，轴功率与转速的三次方成正比，风机的效率基本不变。
当需要小风量时，用变频器降低风机转速，电动机的输入功率将按三次方的关系大幅度降低，达到节能的目的。
12变频器的选择由于二次方转矩负载的定子电流对于频率敏感，通过变频器将频率上限进行适当限制，电动机的实际电流就不会超过变频器的额定电流，故一般按风机电机的功率选择变频器的功率。
风机变频器属于通用变频器，风机电机采用普通笼形电动机是最佳选择，但电机在40％同步转速以下长期运行时，随着转子转速的降低，端部风扇叶片逐步失去散热能力，导致电机过热，这是在变频器选型和节能估算时应认真考虑。
煤矿主通风机变频调速及控制监控系统
一、概述
煤矿巷道通风系统，在煤矿的安全生产中起着至关重要的作用，由于煤矿开采及掘进的不断延伸，巷道延长，矿井所需的风量将不断增加，风机所用功率也将加大；四季的交替，冷热的变化，所需的风量也需不断调节。
变频调速以其优异的调速和起动性能，高效率、高功率因数、节电显著和应用范围广泛等诸多优点而被认为是主扇风机最适合的调速方式，可以实现以下几个功能：
●节能降耗，降低长达几十年的生产成本；
●软起动特性，大大延长机械使用寿命；
●无人值守，提高自动化运行程度，安全生产。
二、变频节能原理
变频调速控制系统利用变频调速来实现风量（风压）调节，代替挡风板等控制方式，不但可以节约大量的电能，而且可以显著改善系统的运行性能。
曲线（1）为风机在恒定转速n1下的风压—风量（H―Q）特性，曲线（2）为管网风阻特性（风门全开）。
假设风机工作在A点效率最高，此时风压为H2，风量为Q1，轴功率N1与Q1、H2的乘积成正比，在图中可用面积AH2OQ1表示。
如果生产工艺要求，风量需要从Q1减至Q2，这时用调节风门的方法相当于增加管网阻力，使管网阻力特性变到曲线（3），系统由原来的工况点A变到新的工况点B运行。
从图中看出，
风压反而增加，轴功率与面积BH1OQ2成正比。
显然，轴功率下降不大。
如果采用变频器调速控制方式，风机转速由n1降到 n2，根据风机参数的比例定律，画出在转速n2风量（Q―H）特性，如曲线（4）所示。
可见在满足同样风量Q2的情况下，风压H3大幅度降低，功率N3也随着显著减少，用面积CH3OQ2表示。
节省的功率△N=（H1-H3）×Q2，用面积BH1H3C表示。
显然，节能的经济效果是十分明显的。
由流体力学可知，风量与转速的一次方成正比，风压H与转速的平方成正比，轴功率N与转速的三次方成正比。
采用变频器进行调速，当风量下降到80%时，转速也下降到80%，而轴功率N将下降到额定功率的51.2%，如果风量下降到60%，轴功率N可下降到额定功率的21.6%，当然还需要考虑由于转速降低会引起的效率降低及附加控制装置的效率影响等。
即使这样，这个节能数字也是很可观的，因此风机采用转速控制方式来调节风量，在节能上是个有效的方法。
理论分析和实测都证明用人为增加通风阻力(关小闸门)的方法调节风量会造成电能的浪费，是不可取的。
而大型煤矿的服务年限大多在几十年以上，投产初期到井田稳定开采一般在十年以上，因此在主扇风机设计上余量会特别大，在相当长的时间内主扇风机一直处在较轻负载下运行。
如果煤矿主扇风机还采用档板调节，只会造成能源浪费、增加生产成本。
可是采用变频调速改变风机转速的方法调节风量，不但节能效益显著，而且还有减少机械磨损延长机械使用寿命的效果。
三、系统技术说明
按照系统设计中各部分功能来划分，将系统分为三大部分，即为：
➢供配电系统
●10KV高压配电系统
●380/220V低压配电系统
✧交流系统
✧直流系统
➢变频调速系统
完成对电动机的驱动、保护功能，根据风量与瓦斯浓度实现PID闭环控制，实现风机自动调速运行；并具有重载启动、过载能力强、保护功能完善等诸多优势。
驱动部分还另设置旁路柜，在变频器出现问题时，可自动将风机切换至工频运行，保证井下通风正常，安全生产。
➢无人值守控制及在线监控系统；
控制及在线监控系统中采用可编程控制器PLC作为主控器，上位机配备工控机及组态软件完成系统操作与监控，PLC采用双机热备方式，任意一套控制器出现问题，另一套可以快速响应投入运行；控制部分采集现场设备及传感器的返回信号，并根据运转工况要求，通过编程的方式实现风机运行的授权遥控、现场集中、就地手动等控制方式，使风机系统达到智能运行，能自动切换风机，自动反风，实现无人值守。
并实现系统中各设备的实时参数检测、历史数据查询，相关重要参数的定期报表输出，使操作人员对每台设备的状况充分了解，维护人员对设备的运行情况有据可查。
矿井主通风机监控系统完成以下自动控制和监测功能：
●主通风机正常状态下的开、停控制。
●主通风机定期轮换控制。
●矿井发生事故需返风时的倒转反风控制。
●风门绞车控制。
控制风门电动执行机构，实现风门的开闭，并监测到位信
号；
●自动调节控制程序具有倒换风机预警、定时反风预告、风量调节预报三类
程序。
●控制风机电机高压起动柜的分合闸，控制和保护变频器和整流变压器，并
监视其故障保护状况。
●监测风机电机的轴承温度、绕组温度信号。
●监测风机的主轴承温度、振动位移、喘振信号。
●显示、记录所检测的各个温度值，绘制曲线，并提供历史数据的查询。
●根据静压、压差检测信号，绘制静压、风量、风速和效率曲线，并提供历
史数据查询。
●采集并显示电机的电压、电流、有功、无功、频率、功率因数。
●显示系统的实时报警信息，实时报警打印，并提供历史报警信息的查询。
●主通风机监控系统与综合自动化控制网络连接，实现在矿调度中心在线监
控。
