通風(fēng)機(jī)電氣控制系統(tǒng)的改造

劉偉峰

（陽煤寺家莊有限責(zé)任公司機(jī)運(yùn)部修配隊(duì)， 山西 昔陽 045300）

1 某礦通風(fēng)機(jī)運(yùn)行現(xiàn)狀分析

某煤礦屬于高瓦斯礦井，在實(shí)際生產(chǎn)中所需通風(fēng)量較大，其對(duì)應(yīng)的耗電量也較大。目前，應(yīng)用于工作面的通風(fēng)設(shè)備主要有通風(fēng)機(jī)和局部通風(fēng)機(jī)。在設(shè)計(jì)前期，所選型通風(fēng)機(jī)的容量較大，而且在實(shí)際生產(chǎn)過程中工作面瓦斯涌出量不均勻，加之工作面當(dāng)前生產(chǎn)能力還未達(dá)到設(shè)計(jì)水平，導(dǎo)致通風(fēng)機(jī)和局部通風(fēng)機(jī)的通風(fēng)能力存在極大的富裕量，從而導(dǎo)致大量電能的浪費(fèi)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定可知，三條通風(fēng)線路中通風(fēng)機(jī)運(yùn)行的最高效率僅為81%，最低效率僅為62%。而且，現(xiàn)場(chǎng)通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)不具備調(diào)速功能，綜合與具備變頻調(diào)速功能的通風(fēng)機(jī)相比較，其耗能極為嚴(yán)重。因此，隨著煤礦工作面的進(jìn)一步推進(jìn)，原通風(fēng)系統(tǒng)及其電氣控制系統(tǒng)已無法滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求，急需對(duì)原通風(fēng)系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。

2 通風(fēng)機(jī)電氣系統(tǒng)的改造方案

傳統(tǒng)煤礦通風(fēng)機(jī)控制的方式為繼電- 接觸控制系統(tǒng)，在該控制系統(tǒng)下通風(fēng)機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速恒定，僅通過調(diào)節(jié)風(fēng)門的大小實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)量的調(diào)節(jié)。當(dāng)通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，會(huì)造成大量電能的浪費(fèi)。因此，針對(duì)上述問題，本方案擬通過變頻調(diào)速技術(shù)根據(jù)工作面負(fù)荷對(duì)通風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。

此外，傳統(tǒng)煤礦缺乏對(duì)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)，使得工作人員無法精確、及時(shí)地掌握通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，影響通風(fēng)機(jī)的維護(hù)效率，增加其維護(hù)成本。因此，本方案將為通風(fēng)機(jī)運(yùn)行設(shè)計(jì)一套在線監(jiān)控系統(tǒng)。

綜上所述，通風(fēng)機(jī)電氣控制系統(tǒng)總體改造設(shè)計(jì)思路如圖1 所示。

2.1 通風(fēng)機(jī)PLC 控制系統(tǒng)的改造

圖1 通風(fēng)機(jī)電氣控制系統(tǒng)總體改造思路

本礦井通風(fēng)系統(tǒng)所采用PLC 控制器的型號(hào)為S7-300。基于PLC 控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、電機(jī)軸承溫度、風(fēng)門位置等參數(shù)進(jìn)行控制。為實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速控制的功能，PLC 控制系統(tǒng)與變頻調(diào)速控制系統(tǒng)之間基于MODBUS 通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)通信[1-2]。基于PLC 控制器的選型結(jié)果，結(jié)合工作面工作環(huán)境特征，為其配置輔助元器件，如表1 所示。

表1 PLC 控制系統(tǒng)元器件選型

2.2 通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的改造

變頻調(diào)速控制系統(tǒng)配置的主要任務(wù)是完成變頻器的選型。變頻器選型時(shí)需綜合考慮通風(fēng)機(jī)的額定電流、通風(fēng)機(jī)電機(jī)的額定電壓與變頻器的電壓等級(jí)相符以及通風(fēng)機(jī)的額定電流等[3]。綜合分析，最終選擇MM430 變頻器其關(guān)鍵參數(shù)如下頁表2 所示。

由于本通風(fēng)系統(tǒng)含有兩個(gè)通風(fēng)機(jī)，每臺(tái)通風(fēng)機(jī)設(shè)有兩臺(tái)電機(jī)，故為通風(fēng)系統(tǒng)配置四臺(tái)可獨(dú)立運(yùn)行的變頻器。由于上位機(jī)控制對(duì)變頻器運(yùn)行時(shí)需要采用RPOFIBUS-DP 協(xié)議，所以在本系統(tǒng)中采用DP 通訊端口。DP 通訊端口要求有純凈的輸入特性、高功率的因素和穩(wěn)定的正弦波輸出等。PLC 控制器與變頻器的連接示意如圖2 所示。

表2 MM430 變頻器關(guān)鍵參數(shù)

圖2 變頻器與PLC 控制器連接示意圖

2.3 通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的改造及傳感器選型

為實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)電機(jī)的精準(zhǔn)控制，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行控制，需為通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)并配置合理的傳感器。通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由傳感器、控制主機(jī)、信息交換組織和PLC 協(xié)議組成，可以實(shí)現(xiàn)井下的實(shí)時(shí)監(jiān)控，為控制系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用PLC 技術(shù)，所以有精度高、抗干擾和穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合通風(fēng)機(jī)電氣控制系統(tǒng)的性能，為其配置如表2 所示的傳感器。

表2 傳感器參數(shù)

系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是對(duì)井下通風(fēng)數(shù)據(jù)和通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，包括井下的壓力、有害氣體濃度、風(fēng)壓和風(fēng)量等。同時(shí)也對(duì)控制系統(tǒng)的各個(gè)硬件和軟件運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控，包括電機(jī)溫度、控制后的風(fēng)壓風(fēng)量和電機(jī)運(yùn)行參數(shù)。監(jiān)控系統(tǒng)采用觸摸屏和計(jì)算機(jī)的狀態(tài)軟件來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)具有存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)初步分析的功能，其功能結(jié)構(gòu)圖如下圖3 所示。

圖3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 改造效果分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

本文以三條通風(fēng)線路中的某個(gè)通風(fēng)機(jī)為例對(duì)其經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如表3 所示：

表3 通風(fēng)機(jī)電氣控制系統(tǒng)改造前后經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比

3.2 技術(shù)效益

經(jīng)對(duì)工作面通風(fēng)機(jī)電氣系統(tǒng)改造后，實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速控制，可實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)的軟啟動(dòng)，從而減小電流對(duì)工作面電網(wǎng)的沖擊，延長(zhǎng)工作面電氣設(shè)備的使用壽命，減小其維護(hù)周期和費(fèi)用；經(jīng)改造后，可實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié)的自動(dòng)化控制，且降低設(shè)備運(yùn)行的噪聲，改善工作環(huán)境。