煤礦井下通風機變頻調控方案的應用研究

班耀武

（陽泉煤業集團翼城東溝煤業有限公司， 山西 臨汾 041000）

引言

由于井下地質環境復雜，在綜采作業過程中的風阻特性變化大，而傳統通風控制系統的控制反應滯后，無法滿足通風系統快速調整的需求，導致在實際運行過程中風機常常設定在最大功率運行，雖然在一定程度上確保了井下通風的安全性，但也給礦井通風系統的運行經濟性造成了極為不利的影響。因此本文研究一種將傳統的以井下定轉速通風控制為基礎的通風控制方案，改為采用通風風量和井下瓦斯濃度為反饋信號的礦井通風變頻調速方案。

1 礦井通風變頻調速方案

根據煤礦井下通風控制需求，該礦井通風變頻調速系統主要由PLC 控制模塊、BP 神經網絡模塊、變頻調速模塊、多傳感器監測模塊等構成，各個控制模塊之間采用了現場數據總線模式[1]，構成了監測—反饋—計算—調節的閉環調控系統，設置在井下巷道內不同區域的風速、瓦斯濃度傳感器等對井下的通風情況進行實時監測，將監測結果傳輸到控制中心內進行數據分析和計算，然后根據計算結果輸出通風機的變頻調速信號，進而實現對通風系統轉速和風量的調整，該變頻調速控制系統整體結構如圖1 所示。

由圖1 可知，該變頻調速系統中，該PLC 控制中心主要由PLC 控制模塊和BP 神經網絡控制模塊兩個部分構成，BP 神經網絡主要用于對多類別傳感器的監測情況進行對比分析，構建通風機運行狀態和井下風量、瓦斯濃度之間的非線性映射關系，降低煤礦井下復雜地質環境下風阻變化對通風穩定性和安全性的影響，滿足礦井通風安全性和穩定性的需求。

圖1 變頻調速控制系統整體結構示意圖

多傳感器監測模塊是礦井通風控制系統的眼睛，主要用于對煤礦井下巷道內的風速和瓦斯濃度等進行實時監測，將監測結果經過初步篩選后傳輸到PLC 控制中心進行進一步的分析，是通風調控系統的調控基礎，直接影響調控系統的運行穩定性和經濟性。

2 通風系統的變頻控制結構

通風系統的變頻控制是通風系統的執行機構，用于輸出變頻調節信號，滿足通風機在不同工況下的變頻控制需求，以某礦井通風系統為例，其采用了兩組90 kW 的通風機，一備一用，采用了一拖一的控制模式，為了確保對該通風系統的控制效果，在系統中增加了MM430 型變頻控制器[2]，變頻器和控制中心的通信采用了現場總線結構。通風機在運行過程中的轉速和輸出功率是成正比的，因此在控制系統中通過設定值接口輸入神經網絡系統的調節控制頻率信號，然后利用調節模塊RL1、RL2、RL3設定通風機運行時的工作頻率的上限值和下限值，從而實現在設定的頻率范圍內對通風機運行轉速和功率的靈活調整，當井下的瓦斯濃度低時適當的降低通風機運行功率，當井下瓦斯濃度升高時則及時增加通風機的運行轉速，提升通風系統的通風量，確保井下巷道內瓦斯濃度維持在一個合理的范圍，提高井下綜采作業安全性和通風機運行的經濟性、靈活性，該通風系統的變頻控制結構如圖2 所示[3]。

圖2 礦井通風系統變頻控制電路示意圖

3 風量自動控制系統結構

為了實現對風機運行狀態的控制，同時便于對現有老舊通風系統進行經濟性改造，根據實際驗證，采用在現有通風系統基礎上，將原有控制器和變頻控制電路進行并聯，形成一個簡易的、具有工頻和變頻雙回路控制的風量控制系統，為了避免控制過程中原有通風機的風門對風量控制的影響，選擇將風門控制回路切斷，直接采用控制中心集中控制的方案。

對通風系統運行情況的控制，則主要是通過上位機組態軟件控制之下，通過集控系統進行集中控制，實現對井下風機運行情況的遠程監測，該系統能夠對變頻器輸出變頻功率情況和風機運行情況進行不間斷監測和對比，并對通風機運行狀態進行修正，能夠滿足自動和手動控制下的井下通風控制需求，在系統中設置有過電流、過電壓、聲光報警等功能，滿足故障時的及時報警需求。根據實際應用表明該變頻調控系統抗干擾能力強、穩定性高，通風機工作時能耗比傳統運行情況可降低27.5%，該通風系統的反饋回路控制系統如圖3 所示[4]。

圖3 通風反饋回路控制系統結構示意圖

4 結論

1）該礦井通風變頻調速系統主要由PLC 控制模塊、BP 神經網絡模塊、變頻調速模塊、多傳感器監測模塊等構成，各個控制模塊之間采用了現場數據總線模式，構成了監測——反饋——計算——調節的閉環調控系統，結構監控，控制靈活性高；

2）通風系統的風量控制采用了反饋變頻控制方案，能夠滿足自動和手動控制下的井下通風控制需求，并及時對通風情況進行反饋修正，當出現運行故障時及時報警；

3）該變頻調控系統抗干擾能力強、穩定性高，通風機工作時能耗比傳統運行情況可降低27.5%。