節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

周繼松

摘 要：我國(guó)煤礦的風(fēng)機(jī)主要是防爆軸流礦用大型主扇通風(fēng)機(jī)，功率大，耗電多，其控制方式多為現(xiàn)場(chǎng)人工起?？刂疲斯び^察運(yùn)行狀況，特別是煤礦下面通道的風(fēng)量風(fēng)壓等參數(shù)的監(jiān)測(cè)許多用戶還是現(xiàn)場(chǎng)人工監(jiān)測(cè)，地面控制室不能實(shí)時(shí)監(jiān)控。文章通過實(shí)例說明節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的原理、優(yōu)點(diǎn)、實(shí)際應(yīng)用及產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，并推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：煤礦風(fēng)機(jī)；監(jiān)控系統(tǒng)；節(jié)能

1 概述

我國(guó)煤礦的風(fēng)機(jī)主要是防爆軸流礦用大型主扇通風(fēng)機(jī)，功率大，在工程設(shè)計(jì)時(shí)出于安全考慮，以及根據(jù)反風(fēng)及開采后期風(fēng)量加大等運(yùn)行工況，所設(shè)計(jì)的通風(fēng)量及拖動(dòng)的電動(dòng)機(jī)的功率，通常遠(yuǎn)大于煤礦正常生產(chǎn)所需的運(yùn)行功率，即選用過大的安全裕量，耗電多，其耗電量通常占企業(yè)用電量的17%左右。其控制方式多為現(xiàn)場(chǎng)人工起停控制，人工觀察運(yùn)行狀況，特別是煤礦下面通道的風(fēng)量風(fēng)壓等參數(shù)的監(jiān)測(cè)大多還是現(xiàn)場(chǎng)人工監(jiān)測(cè)，地面控制室不能實(shí)時(shí)監(jiān)控，因此在節(jié)能的同時(shí)推廣采用監(jiān)控系統(tǒng)，可以完美解決這些問題，實(shí)現(xiàn)控制自動(dòng)化，同時(shí)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

2 煤礦風(fēng)機(jī)的節(jié)能原理

風(fēng)機(jī)在管路特性曲線工作時(shí)，所需的功率正比于壓力與流量的乘積。由于工藝要求需減小風(fēng)量，實(shí)際上通過增加管網(wǎng)管阻，使風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)移動(dòng)，風(fēng)壓增大。這種調(diào)節(jié)方式控制雖然簡(jiǎn)單、但功率消耗大，不利于節(jié)能，是以高運(yùn)行成本換取簡(jiǎn)單控制方式。此類風(fēng)機(jī)電機(jī)耗電功率與其轉(zhuǎn)速的三次方成正比（即與電源頻率的三次方成正比）。因此，改變其轉(zhuǎn)速就可改變耗電量。若采用變頻調(diào)速，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由n1下降到n2，流量和壓力下降很少，而功率降低很多，非常明顯。

3 節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦風(fēng)機(jī)上應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)

（1）節(jié)約大量電能，一般節(jié)電率20-40%左右。（2）由于節(jié)約大量電能，因此減少了CO2的排放量，減緩地球的溫室效應(yīng)，為保護(hù)環(huán)境做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。（3）由于節(jié)約大量電能，為企業(yè)降低了運(yùn)營(yíng)成本，增強(qiáng)了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。（4）設(shè)備的自動(dòng)化程度提高，實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)，軟停止，沒有電流和機(jī)械沖擊，減少磨損，降低電流，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。（5）采用監(jiān)控系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)運(yùn)行的各項(xiàng)參數(shù)，比如：井下通道內(nèi)的風(fēng)量和風(fēng)壓及風(fēng)向，風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的電流和電壓及運(yùn)轉(zhuǎn)方向，風(fēng)機(jī)上各個(gè)軸承的溫度等，都可在中央控制室實(shí)時(shí)監(jiān)控，為安全生產(chǎn)提供有力保障。

4 結(jié)合實(shí)例闡述節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用

4.1 該礦煤礦風(fēng)機(jī)的基本情況

山西長(zhǎng)治雄山礦其中一個(gè)礦區(qū)的煤礦風(fēng)機(jī)，采用的是防爆軸流礦用BDK系列大型主扇通風(fēng)機(jī)，共兩組（每組兩臺(tái)電機(jī)，一用一備），功率為132KW*2臺(tái)和75KW*2臺(tái)，電壓為660V，原來是自藕降壓起動(dòng)。根據(jù)實(shí)際需要，有時(shí)開兩組，有時(shí)開一組。由于四季的交替，冷熱的變化，以及開采的不斷延伸和其它情況所帶來的變化，所需的風(fēng)量也將不斷調(diào)節(jié)。但煤礦原根據(jù)反風(fēng)及開采后期運(yùn)行工況所設(shè)計(jì)的通風(fēng)及拖動(dòng)的電動(dòng)機(jī)的功率，遠(yuǎn)大于煤礦正常生產(chǎn)所需的運(yùn)行功率。針對(duì)礦井實(shí)際的風(fēng)量需求，采用調(diào)節(jié)垂直風(fēng)門開啟度實(shí)現(xiàn)風(fēng)量調(diào)整，造成能源浪費(fèi)。另外，該礦區(qū)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行為現(xiàn)場(chǎng)人工起?？刂疲斯び^察運(yùn)行狀況，風(fēng)量風(fēng)壓等參數(shù)的監(jiān)測(cè)還是現(xiàn)場(chǎng)人工監(jiān)測(cè)。

4.2 該礦煤礦風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能監(jiān)控改造的框圖

4.3 1#風(fēng)機(jī)節(jié)能控制柜介紹

4.3.1 具有節(jié)電市電轉(zhuǎn)換功能：因?yàn)槊旱V風(fēng)機(jī)能否正常運(yùn)行直接關(guān)系到煤礦的安全生產(chǎn)。然而任何設(shè)備都會(huì)可能出現(xiàn)故障，所以要求在節(jié)電出現(xiàn)故障時(shí)能夠快速切換到市電運(yùn)行。在這里，我們采用兩種方式進(jìn)行節(jié)電和市電的轉(zhuǎn)換。

4.3.2 就地正向起停和反向起停功能。

4.3.3 就地加速和減速功能，方便現(xiàn)場(chǎng)調(diào)速。

4.3.4 與PLC柜的各種接口：采用無源干接點(diǎn)隔離信號(hào)，包括去PLC柜的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)（電源、節(jié)電、市電、故障、運(yùn)行、停止等），以及接收來自PLC柜的信號(hào)（遠(yuǎn)程起動(dòng)、停止、復(fù)位、加速、減速、正反向等）。

4.3.5 去原控制柜的連鎖信號(hào)，保證在正確選擇運(yùn)行方式（節(jié)電或市電及遠(yuǎn)程或近控）后才能起動(dòng)風(fēng)機(jī)。

4.3.6 去2#風(fēng)機(jī)節(jié)能控制柜的連鎖信號(hào)：根據(jù)該礦區(qū)的實(shí)際情況，在原工程設(shè)計(jì)時(shí)要求，如果兩組風(fēng)機(jī)都開必須同時(shí)加速或減速。

4.3.7 控制電源的轉(zhuǎn)換：將AC660V轉(zhuǎn)換為AC220V。

4.3.8 變頻節(jié)能單元的選擇：選擇AC660V級(jí)別的，同時(shí)配有相應(yīng)的輸出電抗器。

4.4 2#風(fēng)機(jī)節(jié)能控制柜介紹

2#風(fēng)機(jī)節(jié)能控制柜控制75KW風(fēng)機(jī)，其主要功能與1#風(fēng)機(jī)節(jié)能控制柜基本相同。不同的是，在與1#風(fēng)機(jī)節(jié)能控制柜進(jìn)行連鎖時(shí)，為了同步，它只接收來自1#柜的連鎖信號(hào)（加速或減速）。

4.5 PLC控制柜介紹

關(guān)于PLC控制柜，我們選用西門子PLC，其中包括：1個(gè)主模塊和3個(gè)擴(kuò)展模塊。

其輸入信號(hào)包括：1#柜的運(yùn)行信號(hào)、停止信號(hào)、節(jié)電信號(hào)、故障信號(hào)、給定轉(zhuǎn)速信號(hào)、實(shí)際轉(zhuǎn)速信號(hào)，2#柜的運(yùn)行信號(hào)、停止信號(hào)、節(jié)電信號(hào)、故障信號(hào)、給定轉(zhuǎn)速信號(hào)、實(shí)際轉(zhuǎn)速信號(hào)，風(fēng)量傳感器信號(hào)，風(fēng)速傳感器信號(hào)，正壓傳感器信號(hào)，負(fù)壓傳感器信號(hào)，各類溫度傳感器信號(hào)等。

其輸出信號(hào)包括：起動(dòng)信號(hào)、停止信號(hào)、正向信號(hào)、反向信號(hào)、加速信號(hào)、減速信號(hào)、復(fù)位信號(hào)等。

另外，根據(jù)用戶的實(shí)際情況，為了供電的可靠性和減少干擾，我們沒有選擇由AC660V變換來的AC220V電源，而是選擇單獨(dú)的另外一路AC220V電源作為PLC柜的供電電源。

4.6 主要傳感器介紹及選擇要求

主要傳感器包括：風(fēng)量傳感器信號(hào)，風(fēng)速傳感器信號(hào)，正壓傳感器信號(hào)，負(fù)壓傳感器信號(hào)，溫度傳感器信號(hào)等。其中溫度傳感器包括：監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)的各個(gè)軸承的溫度傳感器8個(gè)，井下通風(fēng)道內(nèi)的溫度傳感器2個(gè)。

在選擇各類傳感器時(shí)，必須選用符合煤礦安全要求的防爆型傳感器，且質(zhì)量必須可靠。

4.7 監(jiān)控系統(tǒng)介紹

4.7.1 硬件選擇：該項(xiàng)目的監(jiān)控系統(tǒng)使用的工控機(jī)為研華610工控機(jī)，同時(shí)配備研華ADAM4520轉(zhuǎn)換接口。

4.7.2 監(jiān)控軟件：選擇北京昆侖軟件，64點(diǎn)。

4.7.3 通訊方式：通訊距離大約800米，選擇485串口通信方式。

4.7.4 監(jiān)控界面設(shè)置：

顯示界面：顯示風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)（電源、節(jié)電、市電、故障、運(yùn)行、給定轉(zhuǎn)速、實(shí)際轉(zhuǎn)速、風(fēng)量、風(fēng)速、正壓、負(fù)壓、各類溫度等。）

控制界面：遠(yuǎn)程起動(dòng)、停止、復(fù)位、加速、減速、正向、反向等按鈕）。

文檔界面：包括各項(xiàng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的歷史記錄等。

5 節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用成果及推廣

該節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)在安裝調(diào)試正常運(yùn)行后，設(shè)備的自動(dòng)化程度得到提高，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，加強(qiáng)了煤礦的安全生產(chǎn)，同時(shí)節(jié)約大量電能。客戶自己通過電表對(duì)132KW風(fēng)機(jī)的市電及節(jié)電運(yùn)行的實(shí)際用電檢測(cè)，平均節(jié)電率為30%，每年為國(guó)家節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤大約100噸（3000 kwh =1噸標(biāo)準(zhǔn)煤）。因此建議煤礦行業(yè)或者其它行業(yè)對(duì)還沒有改造的風(fēng)機(jī)用戶進(jìn)行推廣，從而產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]吳民強(qiáng).泵與風(fēng)機(jī)節(jié)能技術(shù)問答[M].北京：中國(guó)電力出版社，1998.