回風(fēng)立井通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)研究與應(yīng)用

尹承山 龐振華

（1.新汶礦業(yè)集團(tuán)翟鎮(zhèn)煤礦，山東 新泰 271200； 2.華北電力大學(xué)，北京 102200）

1 回風(fēng)立井系統(tǒng)概況

山東泰山能源有限責(zé)任公司翟鎮(zhèn)煤礦于1993年投產(chǎn)，核定生產(chǎn)能力1.7 Mt/a。礦井采用立井開(kāi)拓，主井直徑5.0 m，落底標(biāo)高-400 m，裝備一對(duì)箕斗擔(dān)負(fù)礦井原煤提升任務(wù)；副井直徑6.5 m，落底標(biāo)高-400 m，裝備一對(duì)雙層雙車罐籠擔(dān)負(fù)礦井物料和人員提升任務(wù)；風(fēng)井直徑6.0 m，落底標(biāo)高-290 m，安裝一套軸流式通風(fēng)機(jī)擔(dān)負(fù)礦井回風(fēng)任務(wù)。

風(fēng)井使用的原主通風(fēng)機(jī)配套供電設(shè)備自動(dòng)化運(yùn)行程度低，在反風(fēng)及倒機(jī)時(shí)操作程序復(fù)雜，需人員參與，容易出現(xiàn)人為操作失誤，從而造成重大事故。鑒于以上情況，對(duì)設(shè)備運(yùn)行自動(dòng)化程度進(jìn)行改造，提高自動(dòng)化運(yùn)行水平。對(duì)回風(fēng)立井設(shè)備按照遠(yuǎn)程控制自動(dòng)化運(yùn)行進(jìn)行設(shè)計(jì)安裝，安裝一套FBCDZNO32/2×500 型防爆抽出式對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)2 臺(tái)（一用一備），生產(chǎn)廠家為臥龍電氣南陽(yáng)防爆集團(tuán)股份有限公司；風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)采用風(fēng)機(jī)專用隔爆型三相異步變頻電機(jī)，型號(hào)為YBF630M2-10，功率500 kW，額定電壓6 kV；配電室安裝高壓開(kāi)關(guān)柜12 臺(tái)，山東泰開(kāi)成套電器有限公司生產(chǎn)，型號(hào)為KYN28A-12(Z)。

2 硬件系統(tǒng)組成

新建設(shè)備安裝控制機(jī)房，機(jī)房分為風(fēng)機(jī)安裝運(yùn)行室、風(fēng)機(jī)控制室。控制室分為高壓配電室、低壓配電室、變頻器室、風(fēng)機(jī)運(yùn)輸監(jiān)控室。

高壓配電室安裝高壓開(kāi)關(guān)柜12 臺(tái)，型號(hào)為KYN28A-12，電壓等級(jí)為6 kV。供電系統(tǒng)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(kāi)關(guān)柜分別為電源進(jìn)線柜2 臺(tái)、聯(lián)絡(luò)柜1 臺(tái)、隔離柜1 臺(tái)、PT 柜2 臺(tái)、所用變壓器柜2 臺(tái)、變頻柜4 臺(tái)。開(kāi)關(guān)柜保護(hù)采用微機(jī)綜合保護(hù)裝置，對(duì)開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行控制、測(cè)量、保護(hù)及數(shù)據(jù)、信號(hào)的提供。開(kāi)關(guān)柜主要電器元件都有其獨(dú)立的隔室，開(kāi)關(guān)柜內(nèi)裝有安全可靠的聯(lián)鎖裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)“五防”功能。

低壓配電室安裝4 臺(tái)低壓開(kāi)關(guān)柜、2 臺(tái)直流屏。低壓開(kāi)關(guān)柜型號(hào)為GGD 型，采用雙回路供電，為風(fēng)機(jī)附屬設(shè)備、站內(nèi)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(tái)所用變壓器開(kāi)關(guān)柜，并且聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)具備自動(dòng)切換功能。各進(jìn)線和饋出線均采用電動(dòng)分合閘。低壓開(kāi)關(guān)柜采用微機(jī)綜合保護(hù)裝置，通訊方式為RS485，各功能單元可與主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙信、遙控、遙脈功能。

變頻器室安裝4 臺(tái)變頻器，每臺(tái)主通風(fēng)機(jī)采用兩臺(tái)變頻器進(jìn)行控制。變頻器電壓等級(jí)為6 kV，采用新型IGBT 功率器件，全數(shù)字化DSP+FPGA+ARM 微機(jī)控制。該變頻器為“高-高”結(jié)構(gòu)，6 kV 直接輸出，不需輸出升壓變壓器，輸出為單元串聯(lián)移相式PWM 方式。該變頻器采用一體化設(shè)計(jì)，不需要考慮輸入干式隔離變壓器、變頻器等所有部件及內(nèi)部連線，只需連接高壓輸入、輸出、地壓控制電源、控制信號(hào)即可。

3 風(fēng)機(jī)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)組成

監(jiān)控系統(tǒng)包括PLC 運(yùn)行監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)、上位電腦主機(jī)操作、界面顯示系統(tǒng)、高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可對(duì)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行時(shí)時(shí)監(jiān)控監(jiān)測(cè)，對(duì)當(dāng)前各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，對(duì)主通風(fēng)機(jī)進(jìn)行時(shí)時(shí)控制，對(duì)各類異常情況進(jìn)行報(bào)警，并實(shí)現(xiàn)所有運(yùn)行參數(shù)的記錄及管理，最終實(shí)現(xiàn)主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行全過(guò)程的自動(dòng)化控制、監(jiān)視與管理。

PLC 控制系統(tǒng)安裝2 套西門子1500 系列PLC，通過(guò)控制臺(tái)相應(yīng)操作按鈕對(duì)通風(fēng)機(jī)進(jìn)行各類操作。為保證系統(tǒng)安全運(yùn)行，安裝2套PLC控制系統(tǒng)，從而達(dá)到控制系統(tǒng)冗余，并且保證兩套系統(tǒng)時(shí)時(shí)處于熱備形式當(dāng)中。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生特定故障時(shí)，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)主備切換，備站接替主站繼續(xù)運(yùn)行。上位電腦主機(jī)時(shí)時(shí)對(duì)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行各類參數(shù)進(jìn)行采集分析并作出判斷，針對(duì)不同情況下的各類故障提出處理建議，對(duì)所有故障提前發(fā)出報(bào)警，直至做出相應(yīng)的控制，確保風(fēng)機(jī)更加安全可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)。I/O 模塊具有熱插拔功能。風(fēng)機(jī)在線監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)上傳通過(guò)PLC的以太網(wǎng)口接入通風(fēng)機(jī)房環(huán)網(wǎng)交換機(jī)。數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)以TCP/IP 協(xié)議進(jìn)行傳輸，接口采用RJ45 接口。要求上位機(jī)支持OPC SERVER，可通過(guò)軟件的OPC通訊方式與調(diào)度中心數(shù)據(jù)采集服務(wù)器進(jìn)行通訊。

4 監(jiān)控系統(tǒng)主要功能

（1）控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在兩臺(tái)風(fēng)機(jī)停止情況下一鍵啟動(dòng)任意一臺(tái)風(fēng)機(jī)，可實(shí)現(xiàn)一鍵反風(fēng)功能；（2）能夠設(shè)置立式掛網(wǎng)風(fēng)門或立式檢修風(fēng)門作為主通風(fēng)門參與不停風(fēng)倒機(jī)；（3）采集通風(fēng)系統(tǒng)電氣參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)等，并實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)及其輔機(jī)設(shè)備的聯(lián)鎖控制；（4）對(duì)主通風(fēng)機(jī)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集，通過(guò)分析對(duì)負(fù)壓、風(fēng)量、風(fēng)速等進(jìn)行監(jiān)測(cè)監(jiān)控，最終對(duì)應(yīng)控制；（5）對(duì)通風(fēng)機(jī)電機(jī)各部位的溫度參數(shù)進(jìn)行采集，并作相應(yīng)的控制；（6）采集高壓進(jìn)線柜的電壓、電流，高壓出線柜的電流、功率、頻率數(shù)據(jù)；（7）實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)的起停控制，并監(jiān)測(cè)其運(yùn)行狀態(tài)、輕重故障；（8）在操作臺(tái)控制顯示界面顯示通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行圖、控制流程圖、高低壓供電系統(tǒng)圖、各類電氣設(shè)備運(yùn)行參數(shù)及運(yùn)行狀態(tài)以及相應(yīng)報(bào)警參數(shù)等；（9）該控制系統(tǒng)自動(dòng)建立運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)于重要參數(shù)自動(dòng)生成曲線圖；（10）對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行的負(fù)壓、風(fēng)量、電機(jī)功率、電機(jī)電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，并自動(dòng)生成通風(fēng)機(jī)運(yùn)行曲線圖等。

5 結(jié) 語(yǔ)

主通風(fēng)機(jī)安裝遠(yuǎn)程監(jiān)控自動(dòng)化控制運(yùn)行系統(tǒng)后，全部操作程序均實(shí)現(xiàn)一鍵化運(yùn)行操作，各控制系統(tǒng)均具備遠(yuǎn)程操作功能，在集控中心即可實(shí)現(xiàn)對(duì)主通風(fēng)機(jī)的各種操作，提高了礦井自動(dòng)化管理水平，達(dá)到了礦井減人提效的目標(biāo)。尤為重要的是實(shí)現(xiàn)了主通風(fēng)機(jī)的一鍵反風(fēng)和不停風(fēng)倒機(jī)功能，當(dāng)?shù)V井發(fā)生緊急情況需進(jìn)行反風(fēng)操作或倒機(jī)操作時(shí)，往往由于操作人員緊張等造成操作失誤，對(duì)礦井造成不可估量的損失。自動(dòng)控制操作運(yùn)行系統(tǒng)的應(yīng)用杜絕了因人工操作程序復(fù)雜造成誤操作引發(fā)事故的隱患，同時(shí)使操作時(shí)間大大降低，提高操作可靠性，進(jìn)而保證礦井安全生產(chǎn)，提高了礦井抗災(zāi)能力。