通风机电气控制系统的改造.pdf

实践与应用 实践与应用 D0110.16525/0110.16525/j. .cnki. .cnl4-1134/4-1134/th.2020.10.092.2020.10.092 通风机电气控制系统的改造 刘伟峰 阳 煤 寺 家 庄 有 限 责 任 公 司 机 运 部 修 配 队 ， 山 西 昔 阳045300 摘要 为进一步提升通风机电气控制系统可靠性和安全性， 降低通风机的运行成本， 在分析某矿通风机运行 现状的基础上， 采用变频调速技术和PLC控制技术完成对通风机电气控制系统的改造， 并对改造后的经济效 益和技术效益进行验证。 关键词 通 风 机PLC控 制 器 变 频 器 节 能 生 产 可 靠 性 中图分类号TD528.1 文献标识码A 文章编号 1003-773X202010-0210-02 1某矿通风机运行现状分析 某煤矿属于高瓦斯矿井，在实际生产中所需通 风量较大， 其对应的耗电量也较大。 目前， 应用于工 作面的通风设备主要有通风机和局部通风机。在设 计前期， 所选型通风机的容量较大， 而且在实际生产 过程中工作面瓦斯涌出量不均匀，加之工作面当前 生产能力还未达到设计水平，导致通风机和局部通 风机的通风能力存在极大的富裕量，从而导致大量 电能的浪费。 经现场测定可知， 三条通风线路中通风 机运行的最高效率仅为8 1 , 最低效率仅为62。 而且， 现场通风机系统不具备调速功能， 综合与具备 变频调速功能的通风机相比较， 其耗能极为严重。 因 此 ， 随着煤矿工作面的进一步推进， 原通风系统及其 电气控制系统已无法满足实际生产的需求，急需对 原通风系统的电气控制系统进行改造。 2通风机电气系统的改造方案 传统煤矿通风机控制的方式为继电-接触控制 系统， 在该控制系统下通风机电机的转速恒定， 仅通 过调节风门的大小实现对风量的调节。当通风机系 统在低负荷运行状态下运行时，会造成大量电能的 浪费。因此， 针对上述问题， 本方案拟通过变频调速 技术根据工作面负荷对通风机电机转速进行控制。 此外， 传统煤矿缺乏对通风机运行状态监测的系 统 ， 使得工作人员无法精确、 及时地掌握通风机的运 行状态， 影响通风机的维护效率， 增加其维护成本。 因 此,本方案将为通风机运行设计一套在线监控系统。 综上所述，通风机电气控制系统总体改造设计 思路如图1所不。 2 . 1 通风机P L C控制系统的改造 本矿井通风系统所采用P L C控制器的型号为 S7-300。基于P L C控制系统能够实现对通风机运行 收稿日期收稿日期2020-07-03 作者简介作者简介 刘伟峰（ 1970） ， 男 ， 毕业于山西煤炭职工联合大学 矿山机电专业， 机电助理工程师。 图 1通风机电气控制系统总体改造思路 状态、 电机轴承温度、 风门位置等参数进行控制。为 实现变频调速控制的功能，P L C控制系统与变频调速 控制系统之间基于M O D B U S通信协议实现通信[ 1 _ 2 ] 。 基于P L C控制器的选型结果，结合工作面工作环境 特征,为其配置辅助元器件， 如 表 1所 示 。 表 1 PLC控制系统元器件选型 2 . 2 通风机变频调速系统的改造 变频调速控制系统配置的主要任务是完成变频 器的选型。变频器选型时需综合考虑通风机的额定 电流、通风机电机的额定电压与变频器的电压等级 相符以及通风机的额定电流等[ 3 ] 。综合分析， 最终选 择M M430变频器其关键参数如下页表2 所示。 由于本通风系统含有两个通风机，每台通风机 设有两台电机，故为通风系统配置四台可独立运行 的变频器。由于上位机控制对变频器运行时需要采 用R P O F I B U S-D P协议， 所以在本系统中采用D P通 - 组 态 监 控 风 机 FXPLC变 频 器管 道 分 流除 尘 装 置报 警 电 路 元器件类型型号备注 电源模块PS307供直流5 V和直流24 V电压 CPU模块315-2DPRAM可扩充至64 M B 数字量输人模块SM321开关量信号 数字量输出模块SM322用于对电磁阀、 小电机、 报警等的控制 模拟量输入模块SM331用于采集温度、 压力以及风量等信号 模拟量输出模块SM332用于对执行机构的控制 通信模块 CP341实 现PLC控制分系统与其他系统的通信 总第2 1 0期 机械管理开发 Total 210 2020 年第 10 期 MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT No. 10, 2020 触摸屏 2020年 第1 0期刘伟峰通风机电气控制系统的改造211 图 2变 频 器 与图 2变 频 器 与PLC控制器连接示意图控制器连接示意图 2 . 32 . 3通风机监控系统的改造及传感器选型 为实现对通风机电机的精准控制，对现场设备 的运行参数进行控制，需为通风机系统设计对应的 监测系统并配置合理的传感器。通风机变频调速控 制系统的监测系统由传感器、 控制主机、 信息交换组 织和P L C协议组成，可以实现井下的实时监控， 为 控制系统提供数据基础。监测系统采用P L C技术， 所以有精度高、 抗干扰和稳定性高的优点。 结合通风 机电气控制系统的性能，为其配置如表2 所示的传 感器。 表 2传感器参数表 2传感器参数 图 3监测系统结构图图 3监测系统结构图 3 3改造效果分析 3 . 13 . 1经济效益 本文以三条通风线路中的某个通风机为例对其 经济效益进行对比， 对比结果如表3 所示 表 3通风机电气控制系统改造前后经济效益对比表 3通风机电气控制系统改造前后经济效益对比 3 . 23 . 2技术效益 经对工作面通风机电气系统改造后，实现对通 风机的变频调速控制， 可实现通风机的软启动， 从而 减小电流对工作面电网的冲击，延长工作面电气设 备的使用寿命， 减小其维护周期和费用； 经改造后， 可实现对通风机风量调节的自动化控制，且降低设 备运行的噪声， 改善工作环境。 参考文献参考文献 [ 1 ] 王涛.矿井主通风机变频调速控制系统供电技术方案研究[J]. 中国煤炭,200911 81-82. [ 2 ] 冯娟.煤矿通风机变频调速系统设计[J].煤矿开采，2013,18 6171-173. [ 3 ] 胡志强， 王念， 李尊龙.局扇通风机变频调速自动控制系统[J]. 化工矿物与加工,2013,42632-34. 编 辑 贾 娟 ） 系统的监测系统主要是对井下通风数据和通风 机运行状态的实时监测， 包括井下的压力、 有害气体 浓度、 风压和风量等。 同时也对控制系统的各个硬件 和软件运行状况进行监控， 包括电机温度、 控制后的 Modification of Fan Electrical Control System Liu Weifeng Repair Team of the Department of Machine Operations of Sijiazhuang Co., Ltd., Xiyang Shanxi 045300 Abstract In order to further improve the reliability and safety of fan electrical control system and reduce the operating cost of fan, on the basis of analyzing the current situation of fan operation, the transation of fan electrical control system is completed by using frequency conversion speed regulation technology and PLC control technology. The economic and technical benefits after transation are verified to improve the working face environment. Key words ventilator; PLC controller; frequency converter; energy-saving production; reliability 讯端口。D P通讯端口要求有纯净的输人特性、 高功 率的因素和稳定的正弦波输出等。P L C控制器与变 频器的连接示意如图2 所示。 通 讯 管 理 机 表 2 表 2 M I\ \M3 0 变频器关键参数 3 0 变频器关键参数 风压风量和电机运行参数。监控系统采用触摸屏和 计算机的状态软件来实现，同时具有存储和数据初 步分析的功能， 其功能结构图如下图3 所示。 切夺 换勑 器 状 态 参 数 和 运 行 状 态 上 位 机 传 感 器温 度 ， 驱 动 ， 压 力 ） PLC 状态 通风机额定功 单/kW 通风机实际运 行功卓/kw 每月消耗电 量/kWh 每月节约费 角/兀 改造前400 400288 000 改造后 400240172 800115 200 注按照工业用电电价1元/kWh计。 传感器类型型号参数 瓦斯浓度传感器KGS-20 灵敏度 12 mV/lCH4 粉尘浓度传感器GCC-1000 测量范围0.1500mg/m3 压力传感器 HDP802测量精度为满量程的0.5 额定功率/kW额定电压/V额定电流/A适配电机功率/kW 315380600315 风机振动方向 温度 通风数据