變頻調(diào)速技術(shù)在煤礦通風(fēng)機(jī)自動(dòng)化控制中的應(yīng)用研究

摘 要：隨著電子控制技術(shù)的全面發(fā)展，可以合理應(yīng)用交流變頻調(diào)速技術(shù)，通過此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用，能實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速，對(duì)風(fēng)量傳遞實(shí)現(xiàn)有效控制，實(shí)現(xiàn)礦井生產(chǎn)節(jié)支降耗的發(fā)展目標(biāo)。本文主要探討變頻調(diào)速技術(shù)在煤礦通風(fēng)機(jī)自動(dòng)化控制中的應(yīng)用，以期更好的控制煤礦企業(yè)生產(chǎn)成本，擴(kuò)大企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速;煤礦;通風(fēng)機(jī);自動(dòng)化控制

在礦井開采中，通風(fēng)機(jī)必須做到全年不間斷運(yùn)轉(zhuǎn)，功率大、耗電量大。通風(fēng)機(jī)的總耗電量在礦井總耗電量中約占15%～20%，在有些礦井甚至占到30%以上。傳統(tǒng)通風(fēng)機(jī)多為異步電機(jī)拖動(dòng)，通過恒轉(zhuǎn)速來進(jìn)行控制，利用風(fēng)門或蝶閥節(jié)流耗能降低風(fēng)量，這樣的操作在很大程度上造成能量浪費(fèi)，利用率低下。因此，設(shè)計(jì)出一套安全高效節(jié)能的通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)是確保礦井安全高效開采的重要任務(wù)。

一、變頻器對(duì)煤礦通風(fēng)機(jī)的作用

（一）穩(wěn)定通風(fēng)機(jī)電壓頻率

變頻器是通過將電機(jī)電流頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使通風(fēng)機(jī)電流處于一個(gè)穩(wěn)定的安全區(qū)間之內(nèi)，通過穩(wěn)定電源電壓使通風(fēng)機(jī)避免井下電壓的波動(dòng)而產(chǎn)生停轉(zhuǎn)、燒毀等故障，對(duì)通風(fēng)機(jī)電壓和頻率的穩(wěn)定與調(diào)節(jié)，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)的控制而且還可以實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行功率與消耗電能相匹配，不僅節(jié)省了能源耗費(fèi)，而且大大提高了井下生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

（二）擴(kuò)大通風(fēng)機(jī)調(diào)速區(qū)間

煤礦井下通風(fēng)機(jī)傳統(tǒng)的調(diào)速模式是通過對(duì)通風(fēng)機(jī)的風(fēng)速調(diào)節(jié)閥門來實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)風(fēng)速的調(diào)節(jié)，但是這種利用縮小通風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)風(fēng)速調(diào)節(jié)的模式對(duì)通風(fēng)機(jī)電機(jī)有著極大的損害，在額定電壓通風(fēng)機(jī)電機(jī)工作狀態(tài)下，如果單憑縮小通風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的方法容易使通風(fēng)機(jī)電機(jī)在運(yùn)行過程中極度發(fā)熱，甚至引起電機(jī)的燒毀。由于通風(fēng)機(jī)在一定的電壓區(qū)間內(nèi)都可以運(yùn)轉(zhuǎn)，因此這樣的裝置也可以加大通風(fēng)機(jī)的調(diào)速區(qū)間，而不僅僅是傳統(tǒng)意義上通風(fēng)機(jī)的三到五個(gè)擋位的風(fēng)速調(diào)節(jié)區(qū)間。

（三）輔助通風(fēng)機(jī)節(jié)能降耗

通風(fēng)機(jī)電機(jī)在未設(shè)置變頻器的情況下，啟動(dòng)瞬間電流的增大對(duì)通風(fēng)機(jī)電機(jī)產(chǎn)生巨大的影響，甚至發(fā)生電機(jī)燒毀的嚴(yán)重故障，對(duì)電機(jī)壽命帶來不利影響，同時(shí)，瞬間電流的增大也對(duì)煤礦井下局域電網(wǎng)產(chǎn)生較大的沖擊力，甚至造成電路短路、燒毀等嚴(yán)重現(xiàn)象。變頻器的安裝與使用可以有效調(diào)節(jié)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的瞬間電流，啟動(dòng)時(shí)的電流也不會(huì)超過通風(fēng)機(jī)電機(jī)的額定電流，有效保護(hù)了通風(fēng)機(jī)電機(jī)的運(yùn)行安全，延長(zhǎng)通風(fēng)機(jī)使用壽命，同時(shí)，變頻器對(duì)通風(fēng)機(jī)啟動(dòng)電流的控制和調(diào)節(jié)也可以緩解局部電網(wǎng)壓力，避免線路故障的發(fā)生。

二、煤礦通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速的應(yīng)用研究

（一）變頻器與PLC選用

變頻器合理選取對(duì)提升通風(fēng)機(jī)基本運(yùn)行性能以及節(jié)能成效具有重要促進(jìn)作用。目前應(yīng)用較多的變頻器主要能分為交-直-交變頻器與交-交變變頻器兩種。前者是間接式變頻器，基于工頻電流轉(zhuǎn)為直流之后再轉(zhuǎn)為可調(diào)電流，后者是直接式變頻器，是將工頻電流轉(zhuǎn)為可調(diào)電流?，F(xiàn)階段對(duì)礦井生產(chǎn)基本要求以及通風(fēng)機(jī)基本特性提出了更高要求，比如選用CS800-04系列變頻器，此類信號(hào)變頻器實(shí)際輸出功率值能達(dá)到260kW，基本運(yùn)行頻率能保持在0～400Hz，其具有良好的過載、過速、過壓保護(hù)作用。

PLC主要是由電源、存儲(chǔ)器、中央處理器等部分組成，其中，中央處理器能對(duì)數(shù)據(jù)有效控制，存儲(chǔ)多項(xiàng)程序，對(duì)各類故障進(jìn)行精確化判斷，對(duì)錯(cuò)誤信息進(jìn)行有效處理，屬于PLC控制核心部分。結(jié)合實(shí)際應(yīng)用要求可以選取S7-200型PLC，從實(shí)踐應(yīng)用中能得出其運(yùn)行安全性較高，尺寸較小，消耗成本較低，計(jì)算速度較快，便于更換。

（二）PLC變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集，主要采用風(fēng)速傳感器、瓦斯傳感器與震動(dòng)傳感器等。由于井下環(huán)境特殊，所以傳感器均采用本質(zhì)安全型，使用電纜連接。如圖1所示，PLC控制系統(tǒng)中主要有各個(gè)子程序、主程序以及中斷程序等組成，其中主程序中多個(gè)組成程序能對(duì)電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速進(jìn)行有效控制。中斷程序以及子程序能實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的有效保護(hù)，對(duì)啟動(dòng)程序進(jìn)行初始化檢查。

PLC主程序啟用之前，要通過各個(gè)子程序進(jìn)行有效自檢。通過穩(wěn)定啟動(dòng)主程序能對(duì)變動(dòng)機(jī)采取變頻調(diào)速控制，通過對(duì)煤礦施工現(xiàn)場(chǎng)瓦斯現(xiàn)狀進(jìn)行監(jiān)控，保障PLC控制程序能有效啟停。依照相關(guān)規(guī)定要求，在電動(dòng)機(jī)周邊對(duì)瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行有效控制，瓦斯?jié)舛容^高時(shí)需及時(shí)切斷電源。由于煤礦開采現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要素具有多變性，隨著開采面不斷延伸，挖掘區(qū)域瓦斯?jié)舛葧?huì)進(jìn)一步變化，所以要在瓦斯?jié)舛葏^(qū)域設(shè)定對(duì)應(yīng)的電源頻率，依照通風(fēng)量控制對(duì)現(xiàn)場(chǎng)用風(fēng)量進(jìn)行調(diào)控。

三、應(yīng)用成效分析

通風(fēng)機(jī)在未全面應(yīng)用變頻調(diào)速之前月耗電量是12.2萬kWh，而通過實(shí)施變頻調(diào)速之后，經(jīng)實(shí)踐檢測(cè)發(fā)現(xiàn)耗電量有效降低了7萬kWh，其實(shí)際節(jié)約電費(fèi)量較多。由此可得，通過變頻調(diào)速可以全面控制通風(fēng)機(jī)耗費(fèi)的電能，其次應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，能保障通風(fēng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，延長(zhǎng)應(yīng)用壽命，對(duì)控制煤礦生產(chǎn)成本具有重要意義。同時(shí)，應(yīng)用該技術(shù)，能保障煤礦現(xiàn)代化生產(chǎn)效率以及智能化生產(chǎn)水平全面提升，并能對(duì)礦山生產(chǎn)電能資金投入進(jìn)行控制，推動(dòng)現(xiàn)代化煤礦全面發(fā)展。

此外，還應(yīng)根據(jù)風(fēng)壓和風(fēng)量的數(shù)值，對(duì)通風(fēng)機(jī)的葉片位置進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，提高變頻通風(fēng)設(shè)備的使用安全性。在礦井下，還應(yīng)定期地開展反風(fēng)演習(xí)工作，避免出現(xiàn)緊急情況下通風(fēng)機(jī)不能正常工作的情況。

四、結(jié)束語

通過變頻調(diào)速可大幅度節(jié)約通風(fēng)機(jī)所耗電能。另外，通過變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，可有效提高通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性和使用壽命，對(duì)于煤礦節(jié)支降耗具有重要的作用。通過調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)的電流頻率來實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)風(fēng)速、運(yùn)轉(zhuǎn)功率與耗費(fèi)電能相匹配，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)節(jié)能降耗，促進(jìn)煤礦企業(yè)效益的提高。

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作者簡(jiǎn)介：陳春林（1984-1）男，貴州六枝，六枝特區(qū)應(yīng)急管理局，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化（機(jī)電）。