回風立井通風機控制系統自動化技術研究與應用

尹承山 龐振華

（1.新汶礦業集團翟鎮煤礦，山東 新泰 271200； 2.華北電力大學，北京 102200）

1 回風立井系統概況

山東泰山能源有限責任公司翟鎮煤礦于1993年投產，核定生產能力1.7 Mt/a。礦井采用立井開拓，主井直徑5.0 m，落底標高-400 m，裝備一對箕斗擔負礦井原煤提升任務；副井直徑6.5 m，落底標高-400 m，裝備一對雙層雙車罐籠擔負礦井物料和人員提升任務；風井直徑6.0 m，落底標高-290 m，安裝一套軸流式通風機擔負礦井回風任務。

風井使用的原主通風機配套供電設備自動化運行程度低，在反風及倒機時操作程序復雜，需人員參與，容易出現人為操作失誤，從而造成重大事故。鑒于以上情況，對設備運行自動化程度進行改造，提高自動化運行水平。對回風立井設備按照遠程控制自動化運行進行設計安裝，安裝一套FBCDZNO32/2×500 型防爆抽出式對旋軸流通風機2 臺（一用一備），生產廠家為臥龍電氣南陽防爆集團股份有限公司；風機電動機采用風機專用隔爆型三相異步變頻電機，型號為YBF630M2-10，功率500 kW，額定電壓6 kV；配電室安裝高壓開關柜12 臺，山東泰開成套電器有限公司生產，型號為KYN28A-12(Z)。

2 硬件系統組成

新建設備安裝控制機房，機房分為風機安裝運行室、風機控制室。控制室分為高壓配電室、低壓配電室、變頻器室、風機運輸監控室。

高壓配電室安裝高壓開關柜12 臺，型號為KYN28A-12，電壓等級為6 kV。供電系統采用單母線分段接線，雙回路供電，額定工作電流為630 A。高壓開關柜分別為電源進線柜2 臺、聯絡柜1 臺、隔離柜1 臺、PT 柜2 臺、所用變壓器柜2 臺、變頻柜4 臺。開關柜保護采用微機綜合保護裝置，對開關柜進行控制、測量、保護及數據、信號的提供。開關柜主要電器元件都有其獨立的隔室，開關柜內裝有安全可靠的聯鎖裝置，能夠實現“五防”功能。

低壓配電室安裝4 臺低壓開關柜、2 臺直流屏。低壓開關柜型號為GGD 型，采用雙回路供電，為風機附屬設備、站內照明燈提供380/220 V 電源。兩回路交流380 V 電源分別引自兩臺所用變壓器開關柜，并且聯絡開關具備自動切換功能。各進線和饋出線均采用電動分合閘。低壓開關柜采用微機綜合保護裝置，通訊方式為RS485，各功能單元可與主控計算機進行通訊，實現遙測、遙信、遙控、遙脈功能。

變頻器室安裝4 臺變頻器，每臺主通風機采用兩臺變頻器進行控制。變頻器電壓等級為6 kV，采用新型IGBT 功率器件，全數字化DSP+FPGA+ARM 微機控制。該變頻器為“高-高”結構，6 kV 直接輸出，不需輸出升壓變壓器，輸出為單元串聯移相式PWM 方式。該變頻器采用一體化設計，不需要考慮輸入干式隔離變壓器、變頻器等所有部件及內部連線，只需連接高壓輸入、輸出、地壓控制電源、控制信號即可。

3 風機運行監控系統組成

監控系統包括PLC 運行監測監控系統、上位電腦主機操作、界面顯示系統、高清視頻監控系統，可對風機的運行過程進行時時監控監測，對當前各項數據進行顯示，對主通風機進行時時控制，對各類異常情況進行報警，并實現所有運行參數的記錄及管理，最終實現主通風機運行全過程的自動化控制、監視與管理。

PLC 控制系統安裝2 套西門子1500 系列PLC，通過控制臺相應操作按鈕對通風機進行各類操作。為保證系統安全運行，安裝2套PLC控制系統，從而達到控制系統冗余，并且保證兩套系統時時處于熱備形式當中。當系統發生特定故障時，系統可以實現主備切換，備站接替主站繼續運行。上位電腦主機時時對通風機運行各類參數進行采集分析并作出判斷，針對不同情況下的各類故障提出處理建議，對所有故障提前發出報警，直至做出相應的控制，確保風機更加安全可靠的運轉。I/O 模塊具有熱插拔功能。風機在線監控系統數據上傳通過PLC的以太網口接入通風機房環網交換機。數據通過以太網以TCP/IP 協議進行傳輸，接口采用RJ45 接口。要求上位機支持OPC SERVER，可通過軟件的OPC通訊方式與調度中心數據采集服務器進行通訊。

4 監控系統主要功能

（1）控制系統能夠實現在兩臺風機停止情況下一鍵啟動任意一臺風機，可實現一鍵反風功能；（2）能夠設置立式掛網風門或立式檢修風門作為主通風門參與不停風倒機；（3）采集通風系統電氣參數和設備運行狀態參數等，并實現通風機及其輔機設備的聯鎖控制；（4）對主通風機各項運行參數進行采集，通過分析對負壓、風量、風速等進行監測監控，最終對應控制；（5）對通風機電機各部位的溫度參數進行采集，并作相應的控制；（6）采集高壓進線柜的電壓、電流，高壓出線柜的電流、功率、頻率數據；（7）實現對風機的起停控制，并監測其運行狀態、輕重故障；（8）在操作臺控制顯示界面顯示通風系統運行圖、控制流程圖、高低壓供電系統圖、各類電氣設備運行參數及運行狀態以及相應報警參數等；（9）該控制系統自動建立運行數據庫，對于重要參數自動生成曲線圖；（10）對風機運行的負壓、風量、電機功率、電機電壓進行監測分析，并自動生成通風機運行曲線圖等。

5 結 語

主通風機安裝遠程監控自動化控制運行系統后，全部操作程序均實現一鍵化運行操作，各控制系統均具備遠程操作功能，在集控中心即可實現對主通風機的各種操作，提高了礦井自動化管理水平，達到了礦井減人提效的目標。尤為重要的是實現了主通風機的一鍵反風和不停風倒機功能，當礦井發生緊急情況需進行反風操作或倒機操作時，往往由于操作人員緊張等造成操作失誤，對礦井造成不可估量的損失。自動控制操作運行系統的應用杜絕了因人工操作程序復雜造成誤操作引發事故的隱患，同時使操作時間大大降低，提高操作可靠性，進而保證礦井安全生產，提高了礦井抗災能力。