煤矿压风机变频调速系统的设计.pdf

2 0 0 3年第 l 2期 煤 矿 机 械 时设 计 计 算铂 文 章 编 号 1 0 0 3 - 0 7 9 4 2 0 0 3 1 2 - 0 0 0 1 - 0 3 煤 矿 压 风 机 变 频 调 速 系统 的设 计 姚 福强 ‘ 。高正 中‘ 。孙 惠 民 。商正 商 1 ． 山东 科技 大学 信 息与 电气 工程 学院 ，山东 济 南 2 5 0 0 3 1 ；2 ． 新 汶矿 业集 团 ，山东 新 泰 2 7 l 2 3 3 摘要 针对 多数煤矿 压风机 能力过 剩 ， 存在“ 大马拉 小车” 现 象， 为 了实现 压风机 的节能运行 和 恒压供 风 ， 介 绍一种 P L C控制 的煤矿压风机 变频调速 系统 。论述 了系统 的结构、 工作原 理、 软 硬 件 配 置及 其 在 实 际运 行 中的 节 能 效 果 。 关键 词 压 风 机 ；P L C ； 变频 调 速 中 图 号 T P 2 7 4 文 献 标 识 码 A 1 前 言 压风机是 煤矿的主要动力设备 之一 ， 是风钻 、 喷 浆机 、 井上下 操 车 设备 、 锻 钎 机等 风 动 设备 的 动力 源 ， 其耗 电量 约 占全 矿 总耗 电量 的 8 ％ 1 1 ％。随 着矿井 的延 伸 ， 需要 提高风压 ， 压风机 的耗 电量还将 进一 步增 大 ， 采取措施 降低压风机的耗 电量 ， 将会产 生 巨大的经济效益 。 龙 口矿业 集团某煤矿压风机房 有 3台 4 卜 2 0 ， 8 型 L型 双 缸 二 段 复 动式 水 冷 压 风 机 ， 压 风 量 2 1 ． 5 f n 3 ／ m i n ， 额定压力 为 0 ． 8 MP a ， 轴功率 1 1 8 k W， 配套 电 机为 J R l 2 7 8型同步 电动机 ， 功 率 1 3 0 k W， 启动方 式 为转 子绕 组 串频敏 变阻器启 动。在正 常情况下 ， 3 台压风机基本上是 1台检修 ， 另 2台交替使用 ， 同时 使用 2台压风 机 的几率 较小 ， 压风 机 的风压 调节是 通 过 电 接 点 压 力 表 控 制 的 。 当风 包 压力 超 过 设 定 的 上 限值 时 ， 电接点压力 表控制压风机卸荷 ， 压风机基 本上处 于空 转状态 ， 电动机电流为 5 0 A左右 。当风 包压力低 于设定 的下 限值 时 ， 电接 点压 力表 控制压 风机 载荷 ， 电动机满负荷运转 ， 电流为 2 2 0 A左右 。 2原 压 风 机 系统 存 在 的 问题 1 压风机 系统采用 开环控 制 ， 不能保证控制精 度 。 2 电接点 压力表 高 、 低 限值 范围过小 ， 压风机 放 空， 载 荷 过于 频繁 ， 对 电气设 备 造成较 大的 冲击 ， 缩短 电气设备寿命 ， 范围过大 ， 会严 重影 响风 动设备 的工作效率 。 3 压风机 放空 时 ， 压风 机空 转 ， 电动机 电流 为 5 0 A左 右 ， 严重浪 费能源。 4 压风机及 电动机长期全速运行 ， 影响输送带 及其 他机械传动部件 的寿命 。 5 长期应用证 明压 风机频繁 的放空， 载荷造成 空 压机效率降低 ， 使本来低效 的风动机械效率更低 ， 严 重 影 响 了巷 道 的掘 进 速 度 、 质 量 。 3变频调 速改造方案确定 在压 风机 电控 系统 中采用 变频调 速技 术 ， 将 原 来靠放空， 载荷来 调节 风压 方式 变 为变 频器 自动 调 节压风机转速来调节 风 压 ， 不仅 可 以科 学地 调节 用 风量和供风量的最佳 配 合 ， 同时 实现 了压风 机 的经 济运行 ， 降低 了压气成本 ， 提高了风 动设 备的工作效 率 。 1 压风系统是煤矿生产重要 动力来 源 ， 它 的某 一 环节出现故障都将 给煤 矿带 来 巨大 的经 济损 失。 为了保证压风 系统 的正 常运行 ， 决 定 采用 3台压风 机各 自既能够变频运行 ， 又能工频运行 ， 但同时只有 一 台变频运行 的方案 。在正 常情况下 由一 台压风机 变频调速运行 ， 保 持压力稳定 ， 当一 台压风机变频满 负荷运行而不能满 足风 量要求 使压力 降 低 时 ， 可 以 自动工频启动另外一 台压风机来满 足风量要求 。同 样 ， 当变频运行 的压风机转 速降低到一定值 。 而压力 仍然超过设定值 ， 可以 自动停止工频运行 的压 风机。 2 保 留原 系统 的压力调节 环节 ， 保证 当变频调 速系统 由于某种原 因 出现压力 超过 高 限值 时 ， 自动 控 制压风机卸荷 。 3 具有 与外部其他压风机监 控设 备联锁功 能 ， 当压风机的压力 、 温度 等参数 超 限或 出现 断水 信号 时， 自动停止该压风机运行 。 4系统 配 置 由于原压风机 系统 已经有一套 完善的状态检测 系统 ， 变频调速 系统没 有必 要再 参 与压风 机 的状态 检测 ， 只需 接收 原状 态 检 测 系统 的 报警 信 号 即可。 因此 ， 从变频调速系统的可靠性 和经济性考 虑 ， 系统 不再考虑 压风机保护部分 的检测 。 控制 系统 采用 西 门 子公 司 的 s 7 2 0 o 一2 l 6可 编程控制器 ， 该可编程控制器具有 2个通信接 口， 一 个可 以与变频器 通信 ， 另外 一个 接 口可 以连接 人 机 界 面 。 操 作界 面选用 台湾 中达 公 司的触摸 屏 ， 通过 它 工作人 员可以随时修 改系统的各种参数 。 维普资讯 2 煤矿压风机变频调速 系统 的设计 姚 福强 ， 等 2 0 0 3年第 l 2期 变 频 器 选 用 AB B 公 司 的 A C S 6 0 4 -- 0 1 4 0变 频 器 。该 变频 器 具 有 4 2 0 m A模 拟 量 输 入 接 口和 R s _ _ 4 8 5通信 接 口， P L C可 以通 过 与变 频器 通信 而 读取 包括 压力 、 电压 、 电流 、 功率 等各种 参数。而借 用 变频器的模 拟量输 入接 口， 不 再需要 为 P L C添加 模拟量采集模 块 。 5系统 接 线方 式 及 控 制 功 能 1 压 风 机 投 入 运 行 的方 式 任选 如 图 l 所 示 ， 每 台压 风 机 既 可 以 变频 运 行 ， 也 可 以工 频 运行 。 同时 每 台压 风 机 的变 频 接 触 器和 工 频 接 触 器 又具 有 电 气 上 和 机 械 上 的 互 锁 功 能 ， 不 能 同 时吸合 ， 保证变 频器 和压 风机 的安全 。运送人 员可 以根据设备状 态 和用风 量及 其变化 率 的实际情 况 ， 对投入运行 的压风机 的数量 或启用 哪台压风机 变频 运行 作 出科 学 的选 择 。 如 3 。 压 风 机 需 要 维 修 ， 可 以 通过 触摸屏参数设置界面 ， 将 3 。 压风 机切除 出运行 系统 ， 可以将 2 。 压风 机设 置为 变频运 行 ， l 。 压风机 处 于备 用 状 态 ， 可 随 时 工 频 启 动 投 入 运 行 ， 反 之 亦 可 。 图 1 压 风 机 变 频 调 速 系 统 主 电 路 图 Fi g． T M a i n ci r c u i t o f f r e qu en c y c onv e r t e r s y s t e m f o r a i r c ompr e s s o r 2 手动， 自动切换 如图 2所 示 ， 手 动， 自动 的切 换 靠 转换 开关 与 P L C软件配合 实现 ， 其优点 是减少 P L C的 I ／ 0点 数 ， 降低成本 ， 并可增 强 系统可 靠性。一旦 P L C出现故 障 ， 脱离 P L C也能进行手动操作 。 3 在线修改工作参 数 当需 要修改 系统工作 参数时不需要停 止压风机 工作 ， 可直接在触摸屏上修改保存后 ， 系统 自动按 照 新参数运行 。 4 定 时倒换 风机 为 了防 止 某 台压 风 机 长 期 工 作 大 型 电 机 长 期 低频工作 ， 发 热 比较严 重 ， 长期 高 温 工 作 会影 响寿 命 ， 而另外 2台压 风机 又长期 未投 入工 作 ， 为 均衡 压风机负荷和防止运 行 压风机 出现 故 障 ， 需 要定 时 倒换风机 ， 倒换 时间可根 据实际情 况随时设定 。 1 - 工糍 2 ‘ 工鞭 3 ‘ 工鞭 1 ‘ 麦舞2 l 变期 3 ‘ 奎鞭 图 2压 风 机 变 频 调 速 系 统 控 制 图 F i g． 2 C o n t r o l d i a g r a m o f f r e qu e n c y c o n v e r t e r s y s t e m f o r a i r c o mpr e s s or 5 报 警 自锁 功 能 由于压风机系统 已经安装 了一套 比较 健全 的检 测系统 ， 需要将 一些故 障预 警信 号和 故障停 机 信号 提供给本 系统 。当 P L C检 测 到 某 台压 风 机 的 故 障 预警信号或故障停 机信 号 时， 能 够 自动停 止该 压风 机工作或将该压 风机切 除 出运 行 系统 ， 直 到报 警信 号解 除 ， 由运行 人员通 过触 摸屏 设置 界面将 该 压风 机 添 加 到 运行 系统 。 6 双重保 护功能 保 留原 系统 的压 力调节环 节 ， 当变 频调 速系统 由于某种原 因出现压力 超过 高限 值时 ， 自动控 制压 风机卸荷运行 ， 保证系统不会 出现压力过 高现象。 6 P L C软 件 设 计 西门子 s 7 2 O o _ - 2 1 6 P L C具有 l 4个 I ／ 0输 入 点 、 l 0个 输 出点和 2个通 讯 口。在 本系统 中一个 通 讯 口连接触摸屏 ， 读取参数设定数值 ， 另一个通讯 口 连接变频器 ， 读取实 际压力值 和变频 器的其他参数 。 软件设计流程如图 3所 示。 系统上 电后 ， 首先进行 自检 ， 读取 I ／ 0输 入 口的 数据 。若无故障输入 ， 则 读取设定的参数 ， 启 动变频 运行 ， 从变频器读 取压力 、 频率等数据 。若 变频器输 出频率小 于 5 0 H z ， 风包 压力稳 定在 设定 压力 上 ， 系 统继续运行 。若变频器输 出频率 等于 5 0 H z ， 风包压 力低 于设定 的低 限值 ， 则 P L C控 制 另一 台压风 机工 频启 动 ， 变频器 自动调节输 出频率 ， 使风包压力稳定 在设定值 上。若 风包 压力仍低 于设定 的低 限值 ，则 维普资讯 2 0 0 3年第 1 2期 煤 矿 机 械 3 文 章编号 1 0 0 3 0 7 9 4 2 0 0 3 1 2 0 0 0 3 0 3 采用插装阀的Z D 4 8 0 0 ／ 1 8 ． 5 ／ 2 ． 9 型液压支架液压系统设计 侯波 。汪 选 要 安徽 理 工大学 ，安徽 淮南 2 3 2 0 0 1 摘 要 对 Z I M8 0 0 ／ 1 8 ． 5 ／ 2 ． 9型液压 支架的液压 系统进行 了采 用插装 阀的改进设计 ， 分析 了其 工作 原理和性 能。结论认 为 采 用插装 阀的液压 支架液 压 系统 具有抗 污染 能力强 、 阀的寿命 长、 工 作可靠性 高、 泄漏和压力损 失小、 系统效率高、 便 于设计 、 制造 。 维护 、 使 用、 通 流能力强、 能适应 快速 移架的 需要 ， 满足某 些特殊工 况的要求 。 具有推 广应用价值 。 关 键 词 液 压 系统 ；插 装 阀 ；设 计 中 图 号 T D 3 5 5 文 献 标 识 码 A 1 前 言 ． 目前 使 用 的 支 架 的 液 压 系 统 采 用 的 均 是 管 式 阀 ， 而 管 式 阀存 在 许 多 固 有 缺 陷 如 通 流 能 力 差 ， 密 封性不好 ， 抗污染力 差等 。若 只是靠增大 阀的通径 等措施来适 应高压 大流 量的工 作要 求 ， 势必会 导致 输 出低 限报警 信 息 。若 变 频器 输 出频 率降 低 至 2 5 H z时 ， 风包 压力仍 高于 设定 的 高 限值 。 则 P L C控制 停止工频运 行的压 风机工 作 ， 变频 器 自动调节 输 出 频率 ， 使风包 压力稳定 在设定值 上。 图 3系统框 图 F i g． 3 Th e s y s t e m f l o w c h a r 7结 语 经 过 l a多 的实 际运 行 ， 空 压机 变 频 调 速 改 造 阀的体积增大 ， 工作性 能变坏 ， 压力损失和 内泄漏增 加 ， 操 纵困难 操纵 阻 力大 等 负面 效应 。又 由于支 架 的工作环境恶劣 。 介质污染较严重 ， 使阀芯 的磨损 严重 ， 大大缩短了阀的正常使用 寿命 ， 由此也导致 了 支架 的各种故 障 。工作 可靠性 降低 ，增加 了维护 时 的优越性充分表现 出来 。 1 操作方便 ， 各个环节的连锁和保护使 系统运 行可靠 ， 提高了系统 的安全 性 ， 降低 了操 作 强度 ， 减 少 了误操作 ， 改善了工作 环境。 2 由于引入 了压力 闭环 控制 ， 系统 的控 制精度 得到 了较大程度 的提高 。 压力稳 定在设定 值 0 ． 0 0 5 MPa 。 3 空压机低速运转且 不再频 繁启动 ， 降低 了对 电气设备的 冲击 和对机 械传 动部件 的磨 损 ， 大 大降 低 了维修工作量和维修 费用 。 4 在生产规模基本相 同的情况 下 ， 变频 改造后 整个压风机系统节电 2 0万 k Wh ／ a ， 价格按 用 电峰谷 平均价 0 ． 4元／ k Wh计算 ， 节 约 电费 8万元／ a ， 1 ． 5 a 左右 即可 回收全部投 资。 作者 简介 姚福强 1 9 7 2一 ， 山 东 巨野 人 ， 工程 师 ， 1 9 9 4年 毕 业 于山东工业 大学 自动化 系 ， 现任 职 于山 东科 技 大学 信 息 与 电气 工程 学 院 ， 主 要从 事 电气控 制和计算 机测 控系统 的研 究 与应 用 工作 ． T e l 05 3l一5 9 03 1 6 5． 收稿 日期 2 0 0 3 0 8 ． 1 9 De s i g n s 0 f f r e q u e n c y c o nv e r t e r s y s t e m f o r m i n i n g a i r c o m pr e s s o r s YAO Fu- qi a n g。。 GAO Zhe n g- z hon g。。 SUN Hul - ml n2- GAO zhe n 乎 s h栅 1 ． S h a n d o n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y I n f o r m a t i o n and E l e c t r i c E n g i n e e r i n g C o l l e g e - J i n a n 2 5 0 0 3 1 - C h i n a ； 2 ． X i n w e n Mi ni n g C o r p o r a t i o n 。 X i n t a i 2 7 1 2 3 3 - C h i n a Abs t r a c t I n man y mi n e s． t h e v e n t i l a t i o n c a p a c i t y o f a i r c o mpr e s s o r s i S o v e r s u p pl i e d a n d i t s WO r k l i k e s a s t r o n g h o r s e dr a ws a s ma l l c a r t ． I n o r d e r t o s a v e e n e r g y i n t h e o p e rat i o n o f a i r c o mp r e s s o r s an d e n s u l a i r s u p p l y wi th c o n s t a nt p r e s ． s u r e ． t h i s p a p e r i n t r o du c e s a c o n t ml s y s t e m f o rⅡ l i n i n g a i r c o mp r e s s o r s i n whi c h f r e qu e n c y c o n v e r t e r i S c o n t r o l l e d b y PLC． S y s t e m s t r u c t u re - wo r ki n g p r i n c i p l e- s o f t wa re a n d ha rd wa re c o n f i g u rat i o n s a n d p o we r s a v i n g res u l t a r e d i s c u s s e d i n the p a p e r Ke y wo r d s a i r c o mp res so r s；PL C；f r e qu e n c y c o n v e rt e r 维普资讯