煤礦主扇風機自動化控制與監控

廉原原

(開灤東歡坨礦業公司，河北唐山 064002)

煤礦主扇風機自動化控制與監控

廉原原

(開灤東歡坨礦業公司，河北唐山 064002)

為了滿足礦井300萬噸擴建后的用風需求，對主扇風機進行改造，達到節能、安全、無人值守(或減少人員)的目的，實現了自動化控制與監控。

煤礦;主扇風機;自動化;控制與監控

1.前言

東歡坨礦主通風系統為風井通風系統，為了滿足礦井300萬噸擴建后的用風需求，對主扇風機進行改造，采用兩臺對旋軸流風機，每臺風機配置兩臺6KV、800KW電機。通風機改造的總體方案是采用高壓變頻技術+PLC控制技術+遠程監控技術實現風機的自動化。

2.設計方案

2.1 主要技術參數

2.1.1 風機主要參數

配用功率800KW×2制造廠家

2.1.2 電機主要參數

電 壓6000V功 率 800KW×2(臺)×2(套)

2.2 控制模式

使用KY－ASCS－CS型礦井主通風機變頻控制系統采用“高壓變頻器+PLC控制+遠程監控”的模式，實現對礦井地面主扇的自動控制。

3.系統的組成部分

3.1 供電部分

3.1.1 高壓供電

重新配置高壓柜，高壓供電部分的要求如下：

(1)配置16臺高壓柜：3進線，1聯絡，2PT，2臺電抗器柜，2臺電抗器啟動柜，2臺變頻出線柜，2臺輔變出線柜，2臺備用。

(2)每臺高壓柜都至少具備遠程操作接口和標準電量輸出的測量單元。并配置有智能綜保。

(3)高壓柜無須外供操作電源，利用進線柜內置操作電源或PT柜電源作為操作電源。

(4)高壓柜性能符合國家有關規定。采用手車式KYN28－1A系列高壓柜。

3.1.2 低壓供電

低壓供電系統的要求如下：

(1)備置至少四臺低壓柜，冗余設計，能實現雙回路自動投切。

(2)供電容量不小于300A。

(3)電壓等級為AC380V和AC220V

(4)包括如下供電回路：風門電機電源、PLC柜電源、空調及照明、備用等。

(5)所有空開及接觸器均需具備電動機構，并能實現遠程控制

3.1.3 輔助變壓器

采用干式變壓器，功率 200KVA，電壓：6KV/380V，帶溫度監測單元。

3.1.4 高壓變頻器部分

根據電機額定電壓6.3kV，額定功率800*2kW，同時驅動兩臺電機，選用風機專用變頻器，電壓6KV、功率1800KW

3.2 PLC 控制部分

PLC控制系統是風機系統的核心，其主控單元和各測量裝置的好壞直接關系到控制功能和控制效果的實現。利用當前先進的計算機網絡技術和軟件技術對主扇風機系統進行實時監控和綜合管理，將對各電氣、機械設備的運行參數進行檢測和監控，實現遠程控制達到無人值守，提高礦井生產自動化工作的科學性和可靠性。實現主扇風機設備真正意義上的“五遙”(遙信、遙測、遙控、遙調、遙視)功能。

3.2.1 PLC控制系統主要功能

(1)控制和檢測高壓配電系統的開關狀態，通過485總線通訊，利用系統設置的綜保單元，實現對高壓配電系統電氣參數的采集;

(2)控制和檢測低壓配電系統的開關狀態，實現對低壓配電系統電氣參數的采集;

(3)實時檢測風機電機的溫度和振動參數，利用電機定子線圈預埋的溫度傳感器和電機上裝設的振動傳感器，實現電機工況參數的實時監測;

(4)為系統控制算法的快速處理，提供可靠的平臺;

(5)完成系統實時數據的以太網發布，為遠程監控系統提供實時數據;

(6)控制風門電機的啟停，并與風機電機實現邏輯閉鎖，防止誤操作;

(7)為遠程監控系統提供以太網通訊;(8)實現對變頻器變頻或風量的給定;(9)實現風機啟停時的加速及減速過程的自動控制;

(10)實現主備風機的故障自動化切換;

(11)實現井下火災等情況下的自動反風，或按預設方案進行自動或手動反風。

3.2.2 控制軟件編制

考慮到礦井主風機運行工況的特殊性(是不間斷運行系統)，程序的設計按控制方式的不同分三個部分：自動，手動，遠控。此處還有自診斷技術等。

3.2.2.1 自動方式

在此種方式下，完全由PLC進行智能檢測控制;若運行時出現問題，風機即能自動的調節風量切換到另一臺風機;并提示相關的工作人員進行現場維護。

3.2.2.2 遠控方式

在中央集控室的上位機上進行控制，此時，自動方式失效，只能由集控室的工作人員進行相應的控制;工作人員必須按照正確的操作規程進行控制，在上位機軟件上進行了相關的控制閉鎖，若操作出錯時，會進行相應的警告或提示。

3.2.2.3 手動方式

所有控制均在觸摸屏上進行控制，控制的優先級最高，但是在此種方式下進行操作時，因為觸摸屏是直接改寫PLC的內部寄存器，所以操作人員要嚴格按照規程來進行操作。

3.2.2.4 自診斷技術

在程序中進行了設備的自診斷，在起動設備前，依靠高可靠的檢測裝置，可以在程序中對設備運行條件進行檢測，若某一運行條件不滿足，就給出相應的運行警告，提示工作人員迅速檢查設備，并進行相應的操作，沿路進行工況的需求。

3.2.3 風機啟停控制

根據檢測到的風機參數是否正常，若不正常，則給出相應的提示，風機不能正常起動，若正常，則進入風機起動流程，開始起動風機。

變頻控制時，風機啟動按既定的加速度自動完成啟動過程，達到設定頻率時，進行風量閉環控制。

工頻啟動時采用直接啟動。

3.2.3.1 運行參數監測

通過傳感器和變送器，可檢測風機風量、軸溫、振動、電機溫度、電流、功率等風機與電機的工作參數，以監測風機系統的運行狀況，并適時對其進行調節。

3.2.3.2 瓦斯聯動

為了更好的發揮通風機的作用，風機運行系統與井下的瓦斯檢測系統進行了聯動，當井下的瓦斯含量偏高時，若風機運行在自動方式，則PLC程序自動的發出相應的指令，提高變頻器輸出頻率，來提高通風量，緩解瓦斯的濃度，達到安全生產的目的。此過程也可手動進行，即當監測到瓦斯含量偏高時，發出警報，通知監護人員，監護人員可通過就地觸摸屏或遠程監控終端，對風量進行重新設定，以提高通風能力。

3.2.3.3 自動切換風機

當監測系統檢測到一組風機的運行參數出現故障時，風機故障系統進行相應的報警提示，并自動切換到備用的另一臺風機，同時完成風門控制、風機加速啟動、風量調節過程，保證風機的切換過程在6分鐘以內完成。

3.2.3.4 自動反風

風機反風運行是受嚴格控制的，當井下發生大的火災時，需要進行反風運行，系統可提供兩種模式的反風運行，一是自動反風，為實現自動反風不能運行在手動方式，必須在PLC控制的模式下，并需要與火災束管系統進行通訊，以便能及時獲得火災信息。二是手動反風，即需要進行反風操作時，操作人員可通過就地觸摸屏或遠程監控終端進行有權限的發出反風命令，系統降會自動停止運行中的風機并轉入反正運行狀態。

3.2.3.5 應急情況處理

此處所指的緊急狀態是指可能影響到風機正常運轉、并有可能導致風機停機的狀態，至于普通的警告信息，在風機的運行規范中進行了詳細說明。

在自動方式時，若程序檢測到風機停止運行，或電壓電流等出現過大的波動，則自動切換到另一臺風機并發出緊急報警信號，提示維護人員進行緊急維護，同時，在上位機和觸摸屏的組態界面上會給出相應的故障信息。

手動或遠控方式時，風機不能自動停機或切換風機，只給出相應的緊急報警信息，提示維護人員進行緊急維護。

此外，若風機的三種操作方式同時失效的情況下，采用預備方案，操作人員進行現場高壓柜的手動控制。此情況只是一種預設，出現的幾率幾乎為零，但是考慮風機運行時的特殊工況要求，仍然給出此種情況下的處理方案作為可靠性的保證。此種情況一般只是進行現場設備調試時的一種應緊措施。進行現場高壓柜的手動控制時，要嚴格按照操作規程來進行操作，此時沒有任何的安全閉鎖存在，要求操作人員要具有較高的素質，對系統要有較完善的了解。正常運行時若在自動方式狀態，除了停電這樣的非常規故障外，風機的自動控制系統能夠滿足各種故障情況下的不間斷通風運行。從而達到自動控制的目的。

3.3 監控部分

監控部分分為兩部分，一是安裝在風機房的監控終端，二是遠程監控系統。

3.3.1 風機房監控終端

采用一體化工業監控終端(硬件、組態軟件)，作為現場最高優先級的控制工具，在對其軟件的組態時，充分考慮了其相關的安全問題，考慮到現場工作人員的方便操作，組態界面對現場設備進行了很好的模擬，使得工作人員可以一目了然的看懂其操作，同時，為了防止越限操作的發生，對各個操作按鈕進行了權限處理，只有相應的工作人員才有權限進行相應級別的操作。同時觸摸屏還集成了故障報警功能，實時顯示系統運行中出現的各類報警信息。

3.3.2 遠程監控

遠程監控軟件采用先進的組態軟件即“組態王”進行界面組態，界面的可讀性強，性能穩定，功能強大，有很大的后備擴展空間。

遠程軟件還進行了權限設置，只有相應的工作人員才有權限進行操作。當越限操作時，軟件會進行相應的提示，但所有的設備并不接受其操作指令，保護了設備的安全可靠運行。在上位機軟件組態中，建立了故障數據庫，并集成報表打印功能，實時的記錄運行過程的各種開關動作信號和報警信息。

4.結束語

系統改造后，通過檢測風機風量及風機的各運行參數，并依據風機的運行規程，實現風機的合理調度運行，實現風機系統的無人值守遠程控制，大大提高了煤礦生產通風質量，為煤礦安全生產提供了可靠的保障。

The Coal Mine＇s Main Fan Automation Control and Monitoring

LIAN Yuan－yuan
(Kailuan Donghuantuo Mining Company，Tangshan Hebei，064002，China)

In order to meet the ventilation needs of the expanded coal mine with 3 million tons per year，the main fan was transformed and has achieved the goals of energy conservation，security，and nobody watch(or reduce watch personnel)，realized the automation control and monitoring.

coal mine;main fan;automation;control and monitoring

TD823 < class="emphasis_bold">文獻標識碼：A

A

1671－3974(2012)02－0059－03

2012－04－12

廉原原(1981－)，男，大學，開灤東歡坨礦業公司助理工程師，從事礦山機電工作。