煤礦通風機智能變頻調速控制系統設計

賀慧龍

（山西蘭花科創玉溪煤礦有限責任公司，山西晉城048000）

由于提升了井下綜采作業的有關技術，增加了巷道的長度與綜采作業的深度，井下的氣流沒有較好的流通性，就會對綜采作業是否安全有很大影響。礦井通風系統的作用就是將新鮮空氣不間斷地輸送到井下，并排除所有有害氣體與粉塵，井下綜采作業是否安全也是由礦井通風系統是否可靠與安全所決定的?，F在，礦井通風系統使用的運行模式是不間斷、連續的模式，可是因為控制模式一點也不先進，所實施的控制也不是智能化的，反應速度比較慢、有比較高的功耗、調速性能比較差，不能使安全通風這一要求得到滿足。在本文中，將新型礦井通風機智能變頻控制系統提出來，并分析了其控制邏輯、通風系統的布置結構等。

1 分析礦井通風系統的布置結構

由于要對礦井通風系統可靠通風的需求進行滿足，第一步要做的就是調整其結構，將閉環監測系統進行增加，可以很好的判斷與智能監測井下的空氣情況，進而自動將數據方面的信息進行分析與更新，第二步就是將變頻控制器加設到系統中，變頻控制器可以靈活控制通風機正常運行時的狀態，可以對情況不同時靈活通風方面的有關需求進行滿足，圖1就是變頻通風系統結構示意圖。

圖1 變頻通風系統結構示意圖

從圖1中能夠發現，使用到通風機智能控制系統中的控制結構是模塊化的，直接把其輸送至控制中心，并且控制中心與巷道中氣體情況相結合，來判斷風機運行狀況。進而將轉換信息發出來，直接把調整信號輸送至變頻器中，在對變頻器的輸出進行控制，就可以很好的調整通風機的運行情況的動態。

2 監測邏輯與控制

由于要對礦井通風系統可靠通風的需求進行滿足，而對操作臺控制、就地控制、上位機控制進行了設置，可以在情況不同時，就控制方式進行選用，使系統控制更加靈活。通常用上位機控制來將系統運行進行完成，使用到調試系統階段的是操作臺控制，在有緊急狀況出現在井下時，所使用的控制就是就近控制。

由于要對固有控制方案在風門對風量進行調節降低了控制準確度的問題進行解決，而將變頻器調節引入進來，使所調整的風量更加準確與自動。當運行控制階段時，傳感器設備會收集現場和風機的所有信息，進而把所收集到的信息輸送至PLC 控制中心，充分利用控制邏輯來分析，且控制邏輯是之前就進行設置好的，這樣就可以把井下通風所處的環境與風機的運行情況直接在控制中心上進行顯示，對人員的監控有很大幫助；還可以預警和標示數據中的異常部分，對工作人員充分了解與分析煤礦的通風系統通風與運行狀況有很大幫助，使通風系統更加可靠與穩定。

因為井下環境變化比較大，所以，為了確保準確調整其通風情況，而對PID閉環控制邏輯進行了引入，圖2就是其通風系統閉環控制邏輯示意圖。

圖2 通風系統閉環控制邏輯示意圖

在控制定值被PLC控制系統所給出之后，讓PID控制模塊來分析。繼而在和通風機數據監測系統進行監測所得出的結果相結合，并對比這2種數據，偏差量就可以獲取了，在按照已設置好的修整邏輯，來修正數據的狀態，將已經優化的調節控制邏輯直接輸出至變頻器，這樣使其調節的更加準確。

3 通風機變頻調速的硬件控制

由于煤礦的通風系統正常運行的環境不簡單，在穩定性的控制方面有很高的要求，所以，為了將通風機智能變頻控制在安全方面的要求進行滿足，對可編程控制器進行了使用，且可編程控制器的型號是S7-412-5H，其所使用的設計特征是冗余的CPU 結構，可靠性非常高，若有故障出現在運行中，那么其有關數據就會被系統自動傳輸至控制器中，且控制器是備用的，并由該控制器來將主CPU的有關工作進行接替，確保其控制更加穩定。圖3就是通風機變頻調速硬件控制流程圖。

圖3 通風機變頻調速硬件控制流程圖

在此通風控制系統中，最主要的就是變頻控制器，主要是對通風機運行情況進行控制，進而來智能調整井下的風壓、風速、風量。由于要對其操作臺控制、就地控制與上位機控制中的有關需求進行適應，并選取工業以太網高速數據通信系統來控制通信模塊與變頻器，該系統可以對數據傳輸的有關需求得到滿足，數據的傳輸是大容量與高速的，將DP通信接口使用到所有數據接口位置，所具有的優點是比較高的通信效率、較大的數據傳輸量。

所使用的變頻器是無諧波變頻器且是西門子的，可以與數據控制中心連通、較高的可靠性、可以自動調整電機的運行參數的有關需求進行滿足，能夠將變頻控制時的不利轉矩脈動與諧波進行消除，使其控制更加可靠與穩定。

4 通風監測系統的結構

在該通風系統中，其運行具有可靠性的中心就是檢測井下通風情況與風機的運行情況所具有的可靠性，所以，將傳感器檢測結構設置在此通風機智能變頻控制系統內，且傳感器檢測結構是比較完善的，可以實時監測井下巷道所處環境、通風機、上位機、通風系統。此監測系統可以自動分析與調整接收的所有數據信息，并把所有數據用柱狀圖、曲線圖、圖表等形式進行顯示，且將顯示到上位機中的控制中心中，并以所顯示的數據，來促進操作人員對其運行狀態進行判斷，更具有直觀性。

由于要對可靠性的監測的有關需求進行滿足，最大程度地將監測時所產生的誤差降低，使所布置的所有傳感器的具體的分析更加準確，就決定將電壓、電流傳感器，振動、溫度傳感器等設置到驅動電機中，可以實時監測驅動電機所處的運行情況，將一氧化碳濃度傳感器、粉塵傳感器、瓦斯濃度傳感器等設置在綜采面中沒有較強空氣流動的位置，可以使所監測的所有信息更加準確。服務器可以將監測系統所接收的所有數據信息進行儲存，使數據的查詢更加方便，若有異常出現，那么數據系統就會報警并自動調整異常的狀態，經過優化風機的運轉速度，來使井下通風更加安全。圖4就是通風監測系統結構示意圖。

圖4 通風監測系統結構示意圖

現在，不少煤礦中都使用了通風機智能變頻控制系統，按照監測得知，通風機智能變頻控制系統可以降低調速控制時間，從22.7s 下降到2.6s，大概下降了88.4%。當進行運行時，可以降低每天的平均耗電量，從1149.3kW·h 下降到878.1kW·h，大概降低了23.6%，使其運行更加可靠與穩定。

5 結束語

現在的通風系統中無較快的反應速度、有比較高的功耗、調速性能比較差的問題不能使安全通風這一要求得到滿足。因此，在本文中，將新型礦井通風機智能變頻控制系統提出來了，并分析與研究了其控制邏輯、通風系統的布置結構等，結果發現：

（1）將操作臺控制、就地控制及上位機控制設置在系統中，可以按照情況的不同，來對控制方式進行靈活選用，使系統控制更加靈活；

（2）在系統中，最核心的就是PID 閉環控制與變頻器控制，可以按照巷道中實際環境，來對其通風情況進行靈活調整；

（3）該系統可以降低調速控制時間與運行耗電量，并分別下降了88.4%、23.6%。