煤礦井下通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)控方案的應(yīng)用研究

班耀武

（陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán)翼城東溝煤業(yè)有限公司， 山西 臨汾 041000）

引言

由于井下地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，在綜采作業(yè)過(guò)程中的風(fēng)阻特性變化大，而傳統(tǒng)通風(fēng)控制系統(tǒng)的控制反應(yīng)滯后，無(wú)法滿足通風(fēng)系統(tǒng)快速調(diào)整的需求，導(dǎo)致在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中風(fēng)機(jī)常常設(shè)定在最大功率運(yùn)行，雖然在一定程度上確保了井下通風(fēng)的安全性，但也給礦井通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性造成了極為不利的影響。因此本文研究一種將傳統(tǒng)的以井下定轉(zhuǎn)速通風(fēng)控制為基礎(chǔ)的通風(fēng)控制方案，改為采用通風(fēng)風(fēng)量和井下瓦斯?jié)舛葹榉答佇盘?hào)的礦井通風(fēng)變頻調(diào)速方案。

1 礦井通風(fēng)變頻調(diào)速方案

根據(jù)煤礦井下通風(fēng)控制需求，該礦井通風(fēng)變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由PLC 控制模塊、BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊、變頻調(diào)速模塊、多傳感器監(jiān)測(cè)模塊等構(gòu)成，各個(gè)控制模塊之間采用了現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)總線模式[1]，構(gòu)成了監(jiān)測(cè)—反饋—計(jì)算—調(diào)節(jié)的閉環(huán)調(diào)控系統(tǒng)，設(shè)置在井下巷道內(nèi)不同區(qū)域的風(fēng)速、瓦斯?jié)舛葌鞲衅鞯葘?duì)井下的通風(fēng)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，將監(jiān)測(cè)結(jié)果傳輸?shù)娇刂浦行膬?nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和計(jì)算，然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果輸出通風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速信號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速和風(fēng)量的調(diào)整，該變頻調(diào)速控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

由圖1 可知，該變頻調(diào)速系統(tǒng)中，該P(yáng)LC 控制中心主要由PLC 控制模塊和BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊兩個(gè)部分構(gòu)成，BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要用于對(duì)多類(lèi)別傳感器的監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行對(duì)比分析，構(gòu)建通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和井下風(fēng)量、瓦斯?jié)舛戎g的非線性映射關(guān)系，降低煤礦井下復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下風(fēng)阻變化對(duì)通風(fēng)穩(wěn)定性和安全性的影響，滿足礦井通風(fēng)安全性和穩(wěn)定性的需求。

圖1 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖

多傳感器監(jiān)測(cè)模塊是礦井通風(fēng)控制系統(tǒng)的眼睛，主要用于對(duì)煤礦井下巷道內(nèi)的風(fēng)速和瓦斯?jié)舛鹊冗M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，將監(jiān)測(cè)結(jié)果經(jīng)過(guò)初步篩選后傳輸?shù)絇LC 控制中心進(jìn)行進(jìn)一步的分析，是通風(fēng)調(diào)控系統(tǒng)的調(diào)控基礎(chǔ)，直接影響調(diào)控系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。

2 通風(fēng)系統(tǒng)的變頻控制結(jié)構(gòu)

通風(fēng)系統(tǒng)的變頻控制是通風(fēng)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用于輸出變頻調(diào)節(jié)信號(hào)，滿足通風(fēng)機(jī)在不同工況下的變頻控制需求，以某礦井通風(fēng)系統(tǒng)為例，其采用了兩組90 kW 的通風(fēng)機(jī)，一備一用，采用了一拖一的控制模式，為了確保對(duì)該通風(fēng)系統(tǒng)的控制效果，在系統(tǒng)中增加了MM430 型變頻控制器[2]，變頻器和控制中心的通信采用了現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)。通風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的轉(zhuǎn)速和輸出功率是成正比的，因此在控制系統(tǒng)中通過(guò)設(shè)定值接口輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制頻率信號(hào)，然后利用調(diào)節(jié)模塊RL1、RL2、RL3設(shè)定通風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的工作頻率的上限值和下限值，從而實(shí)現(xiàn)在設(shè)定的頻率范圍內(nèi)對(duì)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速和功率的靈活調(diào)整，當(dāng)井下的瓦斯?jié)舛鹊蜁r(shí)適當(dāng)?shù)慕档屯L(fēng)機(jī)運(yùn)行功率，當(dāng)井下瓦斯?jié)舛壬邥r(shí)則及時(shí)增加通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，提升通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)量，確保井下巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛染S持在一個(gè)合理的范圍，提高井下綜采作業(yè)安全性和通風(fēng)機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、靈活性，該通風(fēng)系統(tǒng)的變頻控制結(jié)構(gòu)如圖2 所示[3]。

圖2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)變頻控制電路示意圖

3 風(fēng)量自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的控制，同時(shí)便于對(duì)現(xiàn)有老舊通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性改造，根據(jù)實(shí)際驗(yàn)證，采用在現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，將原有控制器和變頻控制電路進(jìn)行并聯(lián)，形成一個(gè)簡(jiǎn)易的、具有工頻和變頻雙回路控制的風(fēng)量控制系統(tǒng)，為了避免控制過(guò)程中原有通風(fēng)機(jī)的風(fēng)門(mén)對(duì)風(fēng)量控制的影響，選擇將風(fēng)門(mén)控制回路切斷，直接采用控制中心集中控制的方案。

對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行情況的控制，則主要是通過(guò)上位機(jī)組態(tài)軟件控制之下，通過(guò)集控系統(tǒng)進(jìn)行集中控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，該系統(tǒng)能夠?qū)ψ冾l器輸出變頻功率情況和風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況進(jìn)行不間斷監(jiān)測(cè)和對(duì)比，并對(duì)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行修正，能夠滿足自動(dòng)和手動(dòng)控制下的井下通風(fēng)控制需求，在系統(tǒng)中設(shè)置有過(guò)電流、過(guò)電壓、聲光報(bào)警等功能，滿足故障時(shí)的及時(shí)報(bào)警需求。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明該變頻調(diào)控系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性高，通風(fēng)機(jī)工作時(shí)能耗比傳統(tǒng)運(yùn)行情況可降低27.5%，該通風(fēng)系統(tǒng)的反饋回路控制系統(tǒng)如圖3 所示[4]。

圖3 通風(fēng)反饋回路控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)論

1）該礦井通風(fēng)變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由PLC 控制模塊、BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊、變頻調(diào)速模塊、多傳感器監(jiān)測(cè)模塊等構(gòu)成，各個(gè)控制模塊之間采用了現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)總線模式，構(gòu)成了監(jiān)測(cè)——反饋——計(jì)算——調(diào)節(jié)的閉環(huán)調(diào)控系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)監(jiān)控，控制靈活性高；

2）通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量控制采用了反饋?zhàn)冾l控制方案，能夠滿足自動(dòng)和手動(dòng)控制下的井下通風(fēng)控制需求，并及時(shí)對(duì)通風(fēng)情況進(jìn)行反饋修正，當(dāng)出現(xiàn)運(yùn)行故障時(shí)及時(shí)報(bào)警；

3）該變頻調(diào)控系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性高，通風(fēng)機(jī)工作時(shí)能耗比傳統(tǒng)運(yùn)行情況可降低27.5%。