[PLC控制在煤矿通风机变频调速中的应用] 变频调速电机通风机接线

　　摘 要:通风机是煤矿的主要固定设备之一，其工作的好坏将直接影响着矿井的生产安全，本文主要分析了矿井主要通风机的运行及选型，从而保证矿井的安全运行及自动化管理。　　关键词: PLC 通风机 变频调速
　　主通风机手机矿井的四大固定设备之一，素有 “煤矿肺之称”，它担负向井下输送新鲜空气，排出粉尘和污浊空气，确保矿井安全生产的重任，近年来随着国家对安全生产和经济效益的日益重视，煤矿机电的运行控制和自动化管理尤为重要，因此加强通风管理，防止安全事故的发生，提高风机运行效率，确保其安全、高效、经济运行势在必行。
　　山西煤销集团长治公司下属的矿大部分为整合改造矿井，元通风系统存在以下问题：系统过于简单，风机耗电量大。部分关键参数监测精度较低，监测内容不全面，未与调度中心信息系统集成。经过多年运转，部分设备老化，参数仪表损坏。监控系统处于半瘫痪状态，已构成严重的安全隐患。因此必须对原有系统进行全面改造，建立完善合理的监控系统，以改变矿落后的管理局面，提高矿井通风设备自动化和科学化的管理水平。
　　一、 系统状况
　　针对山西煤销长治有限公司煤业公司（三元煤业）赵屋煤业原来使用的通风机的性能以及在使用过程中的问题，需对其进行改造，采用对旋轴流风机变频器调速系统，变频调速系统接于双回路380V电压等级的主动力电源系统，用于电动机的变频调速。变频调速系统由现场或远方进行控制，根据运行工况按设定程序，实现对电动机转速控制。
　　电机以及负载参数:
　　二、系统方案
　　1、系统配置说明
　　该系统由两段进线柜,两个控制电源柜、两个旁路柜和两台变频器及一台联络柜构成，变频系统具有自动旁路切换功能。通过控制对旋轴流风机的两台电动机(其中另两台电机处于热备份状态)的转速。以达到控制风量的目的。
　　2、系统工作原理
　　为了适应矿井发展，满足通风网络变化的要求，通风机及其拖动电机在设计选型时都应有一定的余量，煤矿主通风机传统的控制方式都是全速运行，通过调节风叶安装角度或风门开启度调整所需风量。这种运行方式能耗大，约占煤矿能耗的15%-20%，并且调节不方便，采用变频调速，可根据矿井生产需要调整电机转速来调节风量，既节约大量电能，又减少机械和风的噪音。
　　系统工作原理见上图，图中左边的Ⅰ段380V的母线电压经过负荷开关（或断路器）和隔离开关组成的进线柜，供给变频柜、控制电源柜； Ⅰ﹑Ⅱ段母线通过联络柜连接。控制电源柜主要是供风机的蝶阀，动力照明，在线监控系统的工作电源，另外还备了两路备用电源，以供检修设备或其它设备使用。在线监控系统用电由两路在线监控系统电源的输出通过双电源自动切换装置后提供，以保证监控系统的连续监控。在线监控系统检测到监测点的风压，把该信号经过计算后转换成需要的转速信号(4～20mA电流信号或与频率相对应的数字信号)，传送到变频器，控制变频器的输出频率，从而控制风机的输出以满足生产需要的风量和风压。两台变频互为对方的热备用机，当在运行的变频所带风机出现故障后，PLC在线监测系统发出指令，自动切换到备用系统。如果运行过程中变频器出现故障，该变频的旁路柜自动把风机切换到工频运行，以保证风机的连续运转，同时发出故障信号到中控室，以便值班人员安排检修变频器，实现生产无人值守状态。变频器的相关信息可以通过485接口传到在线监控系统中，在中控室可以监控到变频器的各项运行数据。变频系统必须与风机厂家安运公司提供的AYJC-Ⅳ高智能矿井通风在线监控系统实现通讯匹配，满足无人值守。
　　为了减小变频器对其他设备和电网的干扰，同时防止电网其他干扰源对变频器的干扰，在变频器的输入、输出端均加有滤波电抗器。可以防止噪声等信号引起的干扰。
　　监测监控系统
　　一、方案简介
　　在通风机房配备一套以西门子S7-300PLC为核心、研华工控机为人机界面的AYJC-Ⅳ高智能矿井通风在线监控系统（简称系统），以实现通风机的智能在线监测、故障诊断，并通过预留以太网接口与全矿井综合自动化无逢连接，实现对主通风机房内设备运行远程在线监测、监控。
　　二、系统组成
　　本系统由监控柜、上位机，现场传感器元件等组成。监控柜以西门子S7-300系列高性能PLC为核心元件，上位机采用研华4U工控机（IPC610HP4），配用液晶显示器。利用组态软件实现对主通风机房内设备运行的监测、监控。
　　三、功能与参数
　　1.系统功能
　　1）根据各现场传感元件信号及各电控柜数据、信号，经PLC处理实现对电控柜、变频器、风机及蝶阀运行各项参数进行快速采集、逻辑控制和存储；实现对通风机的运行就地控制与远程控制、手动控制与自动控制，能通过配套系统远程控制风机的正、反转，启动、停止。1#、2#主风机，1#、2#变频器故障自动切换开、停控制。系统根据井下某地点的风量传感器，自动调整变频器的运行频率，对风机实行闭环调速，保证这点风量符合设定值，量程根据甲方实际要求选型。
　　2）能够实现现场RS-485（现场总线技术）和以太网通讯的有机结合实现计算机远程监控、监测与通信，可与变频器、电控柜进行数据通信和信息交换控制，实现监控中心对风机远程监测、监控，闭环或开环调速。系统总体上达到风机房所有设备进行远程监测、监控，风机自动切换不停风，满足无人值守。
　　3）在线测量与处理负压（静压）、全压、风量、风速、风机效率、各电动机所有轴承温度、各电动机定子温度及电流、电压、振动参数，并能记录存档和报警，且能随时从微机中调出一年来风机运行情况。
　　①集中定位显示在线测量与处理的风机运行参数；
　　②以实时图形曲线显示在线测量与处理的风机运行参数；
　　③以历史图形曲线显示测量与处理的风机运行参数，并能查询任意时刻的历史数据。
　　④以报表形式查询、显示在线测量与处理的风机历史运行数据；
　　⑤以多种形式对在线测量与处理的风机运行参数实现越限报警：
　　a监控主画面参数变成红色显示；
　　b报警灯光闪烁提示
　　c声音报警提示
　　4）具有RS485通讯接口，支持MODBUS通讯协议。
　　5）具有以太网RJ45通讯接口，支持OPC通讯协议。
　　6）能通过蝶阀系统远程控制蝶阀的打开、关闭和停止，显示蝶阀的开关状态，并与风机的开、启联动。
　　7）预留变频系统通道，且能通过变频系统远程控制风机的启动、停止、变速控制，以达到风量自动调节，做到生产无人值守。
　　8）各类功能模块至少有10%以上通道预留（最少2个）。
　　四、结束语
　　基于PLC的风机变频驱动系统及风机自动监控系统实现了触摸屏和上位机两级集中监控和控制，为通风系统及时维护和有效调节提供了可靠的依据。监控实时性好、性能可靠、数据准确，达到了节能的预期效果。实践证明，风机自动控制系统有力的保证了通风机经济可靠地运行。提高了矿井的自动化管理水平。
　　参考文献
　　[1]王德明、周福宝:矿井通风安全新技术、徐州中国矿业大学出版社
　　[2]石秋洁：变频器应用基础 北京机械出版社
　　[3]潘彬、汪建文：变频调节在风机节能中的应用的实验研究报告