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)。