压风机恒压供风系统设计.pdf

第 1 O期 2 01 2年 1 0月 工矿 自 动化 I n du s t r y a nd M i n e Aut o ma t i on NO ．1 0 Oc t ． 2 01 2 文章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 2 1 0 0 0 9 8 0 3 陈定永 ， 宋炳雷， 李尊龙． 压风机恒压供风系统设计[ J ] ． 工矿 自动化， 2 0 1 2 1 0 9 8 1 0 0 ． 压风机恒压供风系统设计 陈定永 ， 宋炳 雷 ， 李尊龙 1 ． 上海 大 屯能源 股份 有 限责 任公 司孔 庄煤 矿 ，江苏 徐州 2 2 1 6 1 1 ； 2 ． 上 海大 屯能 源股 份有 限责任公 司龙东煤 矿 ， 江 苏 徐 州 2 2 1 6 1 7 摘 要 针 对 某矿压 风机 往 井下输 送 高压 空气时存 在输 气总 管压 力波动 大且调 节 困难 的 问题 ， 设计 了一 种 基 于变频调 速和 闭环 负反馈 控 制的压 风机 恒压供 风 系统 。该 系统通过 输 气总 管上 的压 力 传感 器采 集 实时压 力信 号 ， 与输入 压 力信 号 比较后 得 到偏差信 号 ， P L C对 偏差信 号 进行 分析 和 处理 ， 并输 出相 应 的 变频 器调 节 信 号 ， 使 变频 器改 变压风 机 电动机 的 电源频 率 ， 从 而达 到调 节输 气总 管压 力 的 目的 。 实际应 用表 明 ， 该 系统 运行稳 定 、 可 靠 ， 实现 了输 气 总管 高压 空气的 恒压输 送 。 关键 词 压 风机 ；恒压供 风 ；输 气总 管 ；变频调 速 ；闭环 负反馈 ； P I C 中 图分类号 TD 6 3 7 文献 标志 码 A 网络 出版 时间 2 0 1 2 0 9 2 5 1 4 3 8 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ www ． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 2 0 9 2 5 ． 1 4 3 8 ． 0 2 7 ． h t ml De s i g n o f Co ns t a nt Pr e s s u r e Ai r Su p pl y Sy s t e m o f Ai r Co mp r e s s o r CHEN Di n g ～ y on g ， S ONG Bi n g l e i ，LI Zu n l o ng 。 1． Ko n gz hu a ng Coa l M i n e o f Sha n gh a i Da t un En e r g y Co．，Lt d．，Xu z ho u 22 1 61 1，Chi n a 2． I o ng do n g Coa l M i ne o f Sha n g ha i Da t un En e r g y Co． ，Lt d． ，Xuz ho u 2 21 6 1 7，Chi n a Ab s t r a c t I n v i e w o f p r o b l e ms o f b i g p r e s s u r e f l u c t u a t i o n a n d d i f f i c u l t a d j u s t me n t i n ma i n p i p e o f a i r d e l i v e r y whe n a i r c o mpr e s s o r of a Co a l M i ne t r a ns po r t s h i g h p r e s s ur e a i r f r o m i nt e r f a c e t o und e r g r ou nd，a c on s t a nt pr e s s ur e a i r s u ppl y s y s t e m o f a i r c o mpr e s s o r b a s e d o n f r e qu e n c y c o nv e r s i o n s pe e d r e g ul a t i o n a n d c l o s e l oo p ne g a t i v e f e e db a c k c o nt r o l wa s d e s i g ne d．Th e s ys t e m c ol l e c t s r e a l t i me pr e s s u r e s i gn a l t hr o ug h p r e s s ur e s e ns o r i n ma i n pi pe o f a i r de l i ve r y，t he pr e s s ur e s i g n a l i s c omp a r e d wi t h i np ut pr e s s u r e s i g na l t o g e t d e v i a t i o n s i g n a 1 ．P LC a n a l y z e s a n d p r o c e s s e s t h e d e v i a t i o n s i g n a l a n d o u t p u t s r e l a t i v e a d j u s t i n g s i g n a l o f f r e q ue nc y c o nv e r t e r t o ma ke t he f r e q ue nc y c o nv e r t e r c ha n ge po we r f r e q ue nc y o f mot or o f a i r c o mp r e s s o r ，S O a s t O a d j u s t p r e s s u r e o f ma i n p i p e o f a i r d e l i v e r y ．Th e a c t u a l a p p l i c a t i o n s h o ws t h a t t h e s y s t e m r e a l i z e s c o ns t a nt p r e s s ur e t r a n s mi s s i o n o f hi g h pr e s s u r e a i r i n m a i n pi p e o f a i r d e l i v e r y wi t h s t a b l e a n d r e l i a b l e r u nni n g． Ke y wo r d sa i r c o m p r e s s o r ， c o ns t a n t p r e s s u r e a i r s u pp l y， ma i n p i pe of a i r de l i ve r y， f r e qu e nc y c on v e r s i o n s p e e d r e gu l a t i on，c l os e l o op n e g a t i v e f e e db a c k，PLC 0 引言 煤 矿 地 面 压 风 机 产 生 的压 缩 空 气 被 输 送 到井 下 ， 作为井下风动设备 的主要 动力来源。由于在井 下工作的风动设备用风 的不同步性和间断性 ， 使得 存储 在输 气总 管 地 面往 井 下 输送 压 缩 空 气 的 汇 总 输送 管道 中的压缩 空气 的压力 波 动非 常大 ， 难 以恒 定在 要求 范 围内 。而且 ， 随着矿 井 开采 面的延 伸 ， 输 气总管不断增长， 线路上损耗的高压空气也呈正 比 增加 。因此， 地面压风机能够提供持续、 恒定的压缩 收 稿 日期 2 0 1 2 ～0 7 3 1 作者简介 陈定永 1 9 7 4 一 ， 男 ， 江苏沛县人 ， 工程师 ， 主要从事煤矿机 电运行技术工作。E ma i l l e i me n g n i e e 1 6 3 ． c o rn 2 0 1 2年 第 1 0期 陈定 永等 压风 机 恒压供 风 系统 设计 9 9 气体是煤矿高效 、 持续和安全生产的重要保障。 某 矿 压风机 房 内安 装 了 4台新 型压 风机 。正 常 情 况下 3台 投 入 运 行 ， 1台 备 用 。工 作 在 工 频 电 压 下 的压 风机 的排 气 压力 恒定 而不 可调 。在一般 情 况 下 ， 当 3台 压 风 机 工 作 时 ， 输 气 总 管 压 力 维 持 在 0 ． 7 4 MP a左右 ； 当 2台 压 风机 工 作 时 ， 输 气 总 管 压 力 维 持 在 0 ． 5 5 MP a左 右 ； 而 井 下 用 风 设 备所 需 的 理想风压为 0 ． 6 3 MP a 。为满足井下用风 的需求 ， 该 矿 工作 人 员让 2台压 风 机 长 期 运 行 ， 对 另 一 台 压 风 机 进行 频 繁开停 。这种 调节 方式 不仅 增加 了操 作 人 员 的工 作 强度及 工 作 难 度 ， 同时 输 出 的输 气 总 管 压 力 非常 不稳 定 。 因此 ， 非 常 有 必 要 开 发 一 套适 用 于 压 风机 房 的智 能恒 压供 风 系统 。根据 该 矿压 风机 房 的特殊 环境 ， 笔 者 以输 气 总管 压 力 恒 定 在 理 想 风 压 为 最终 目标 ， 设 计 了一套 压风 机 恒压供 风 系统 。 1 系统硬 件设 计 压 风 机恒 压 供 风 系 统硬 件 结 构 如 图 1 所 示 ， 主 要 由 P I C系统 、 人机 界面 HMI 、 变频 器 、 压 风机 系 统 、 信号采集输入 部分和控 制信号输 出部分组成 。 其 中 P L C采 用西 门子 S 7 3 0 0系列 P L C _ 】 ] ， 其 主要 由电源模 块 、 C P U、 数 字 量 输 入输 出模 块 、 模 拟 量输 入模 块 以及 通信 模 块 组 成 ； 信 号 采 集 输入 部 分 主要 是采 集 总管 气压 、 各 压风 机 的排气 压力 、 压 风机 的 电 压 电流 频 率 等 模 拟 量 输 入 信 号 和 系 统 控 制 方 式 选 择 、 压风 机 的运行 状 态 、 控 制按 钮 、 继 电 器 和其 他 保 护等数字量输入信号 ； 控制信号输出部分 主要是控 制指 示灯 、 故 障报 警 、 继 电器 等数字 量输 出信 号 。 图 1 压 风 机 恒 压 供 风 系统 硬 件 结 构 P L C是整个系统 的控制核心， 它通过压力传感 器检 测到 输气 总管 压力 ， 经 过综 合处 理 和分 析后 ， 作 出优化调节决策； 然后下达命令 给变频器来间接控 制压 风机 输 出 ， 从 而达 到调 整输 气 总管压 力 的 目的 。 同 时 把 实 时 数 据 上 传 至 上 位 机 ， 利 用 组 态 软 件 W i n C 来 编写监 控 画 面 ， 显示 实 时数 据 。在 必 要 的情况 下 ， 可 以增设 交换 机 与外 网相 连 ， 实现调 度 室 的统 一管 理或 超远 距离 监控 。结 合 P I C程 序 ， 该 系 统可 自动运行 ， 从而实现无人值守功能。 2系统软 件 设计 压 风 机 恒 压供 风 系 统 的 实 际要 求 当输 气 总管 压 力大 于输 入压 力 时 ， 通 过 降 低 压 风 机 的供 电频 率 来降低压风机电动机的转速 ， 从而降低压风机 的排 气 压力 ， 降低输 气 总管压 力 ； 当输 气总 管压 力小 于输 入 压力 时 ， 则 升 高压 风 机 的供 电频 率 j 。根 据 该 要 求 ， 设计的系统软件程序流程如图 2 所示 。 图 2压 风机 恒 压 供 风 系 统 软 件 程 序 流 程 3系统采 用 的技术 由于设 计 的压风 机恒 压供 风 系统必 须是 一套 抗 干扰 能力 强 的 自适 应 智 能 控 制 系统 。 因此 ， 该 系 统 采用 变频 器 变频 调速 、 闭 环 负反 馈 等 技 术 实 现 智 能 监 控功 能 。 3 ． 1 变频 器 变频调 速调 节风 压 交流异步电动机的同步转速公式 为 一 二 P 式 中 为 电 动 机 转 速 ； f 为 电 源 的 供 电 频 率 ； s 为 转差 频率 ； p为 电动 机磁 极对 数 。 由于压 风机 的排气 压力 正好 与压 风 机 内的异 步 电动 机转 速成 正 比。 因此 ， 可 以通 过 控 制 异 步 电 动 机 的供 电频率 来实 现 变 频 调 速 ， 从 而 实 现对 排 气压 力 的平 稳 调节 。 3 ． 2 闭环 负反 馈控 制稳 定 总 管压 力 压风 机恒 压供 风 系统 闭 环 负 反 馈 控 制 结 构 如 图 3所 示 。 图 3 压风机恒压供风 系统 闭环负反馈 控制结构 第 1 O期 2 0 1 2年 1 O月 工矿 自 动化 I n dus t r y a nd M i n e Aut o ma t i on NO ． 1 0 Oc t ． 2 0 1 2 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 2 1 0 0 1 0 0 0 3 李天俊， 王勇． K J 9 5 N型煤矿安全监控系统在红会一矿的应用I- J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 2 1 0 1 0 0 1 0 2 ． KJ 9 5 N 型煤矿安全监控系统在红会一矿的应用 李天俊 ， 王 勇 1 ． 靖远 煤业 集 团有 限责任公 司红 会一 矿 ，甘肃 白银7 3 0 9 1 8 ； 2 ． 中煤 科工 集 团常州 自动化 研究 院 ，江苏 常 州 2 1 3 0 1 5 摘 要 介 绍 了 K J 9 5 N 型 煤 矿 安 全 监 控 系 统 在 红 会 一 矿 的 安 装 架 构 、 应 用 特 点 及 存 在 的 问题 ， 指 出 KJ 9 5 N 型煤 矿安 全监控 系统 需要从 4个 方 面进 行 改进 ， 即单 通道 向 多通道 方 向发 展 、 由单 一 总 线 向工 业 以 太 网现场 总线 方 向发 展 、 主从 式 向无主 式方 向发 展 、 从 简单 的数 据监 测 向数 据 综合 分析 方 向发展 。 关 键词 煤矿 ；安全监 控 系统 ；安 全生产 ；系统 改造 中图分 类号 T D7 6 文 献标 志码 B 网络 出版 时间 2 0 1 2 0 9 2 5 1 4 3 8 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ ww w． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 2 0 9 2 5 ． 1 4 3 8 ． 0 2 8 ． h t ml 收 稿 日期 2 0 1 2 0 7 2 7 作 者简 介 李 天 俊 1 9 7 2 ， 男 ， 甘 肃 会 宁 人 ， 工 程 师 ， 主 要 从 事 矿 井监 测 监 控 、 人 员 定 位 、 通 信 联 络 系 统 的 技 术 管 理 工 作。 E ma i l l t j O 9 43 6 65 5 O 41 1 2 6 ． c o m 图 3中 ， P L C为 控制 元件 ， 变频 器 为被 控对 象 ， 压风 机 为执行元 件 ， 传感 器 为测量元 件 ， 输 入 压力 为 输入 量 ， 输气 总管压 力为 输 出量 ， 也 是被 控制 量 。压 风机恒压供风系统通过输气总管上 的压力传感器采 集 实时 压力 ， 经反 馈 后 与输 入 压 力作 比较 得 到 偏差 信号， P I c对偏差信号进行分析和处理后 ， 输出相 应的变频器调节信号， 使变频器改变压风机 电动机 的电源 频率 ， 从而 改变 压风 机 的排 气 压力 ， 达 到调 节 输 气 总管压 力 的 目的 。 4系统运 行效 果 压 风 机 恒 压 供 风 系 统 已在 该 矿 压 风 机 房 中应 用 ， 其 中 输 气 总 管 压 力 历 史 曲 线 如 图 4所 示 。从 图 4 可 看 出 ， 输 气 总 管 压 力 并 没 有 一 直 维 持 在 0 ． 6 3 MP a ， 而是在 其上 下 0 ． 2 MP a的范 围 内 波动 。 这是 因为此 时系统 受到 了非 常大 的扰 动 ， 在 P L C快 速 响应并 输 出信号 后 ， 由 于 电动 机 拖 动负 载 并 不 能 突 变 ， 而 使得 输气 总管 压力 出现非 常小 的平稳 改变 。 这 也证 明此 时正是 井 下 用 风 高 峰期 ， 达 到 了煤 矿 井 下用 风 的实 际要求 。 5 结语 压风 机 恒压供 风 系统采 用变 频调 速 和闭环 负反 图 4 输气总管压力历史 曲线 馈控 制有 效解 决 了输气 总管压 力 波动 大且调 节 困难 的问题 ， 实现 了对 压 缩 空气 的恒 压 输 送 ； 同时 ， 该 系 统 反应 迅速 ， 抗 干扰能力 强 ， 具有 一定 的应 用价值 。 参 考 文献 [ 1 ] 西 门子 中国 有 限公 司 自动化 与驱动集 团． 深 人浅 出 西 门子 s 7 3 0 0 P L C [ - M] ． 北京 北京航空航 天大学出 版 社 ， 2 0 0 4 ． [ 2 ] 西 门子 中国 有限公 司 自动化 与驱动 集团． 深入 浅出 西 门子 Wi n C C V6 {- M] ． 北京 北京 航空航 天大学 出版 社 ， 2 0 0 4 ． [ 3 ] 槐利 ， 谭--j J I ， 程玉龙． 基于 P I C的煤 矿压风机 自动控 制 系统 E J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 2 ， 3 8 4 1 3 1 6 ． [ 4 ] 陈伯 时． 电 力拖 动 自动 控 制 系 统 运 行控 制 系统 r M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 3 ． [ 5 ] 胡寿松 ． 自动控制 原理 简明教 程[ M] ． 北京 科学 出版 社 ， 2 0 0 3 ．