矿山通风机数字化PLC工变频控制方案.doc

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风机PLC变频控制系统方案
一、系统概述
煤矿矿井通风系统是煤矿矿井安全生产的重要组成 部分, 煤矿矿井通风系统能否正常工作与矿井内工作环 境条件、生产效率、安全生产密切相关。主扇风机是通 风系统的主要组成部分，是矿山主要动力设备之一，要 求 24 小时连续运行， 并且必须安装两台同型号风机， 一 台工作，一台备用。备用风机必须能在 10min 内正常启 动。作为机械化程度不高的乡镇地方煤矿，主扇风机的 耗电量约占全矿总电耗的 20-40%，随着矿井的延深，生 产规模的扩大，耗电量还将进一步增大。
目前在煤矿矿井通风系统中 , 大多仍采用继电接触 器控制系统 , 但这种控制系统存在着体积大、机械触点 多、接线复杂、 可靠性低、排除故障困难等很多的缺陷。 针对这一系列问题，本系统采用可靠性高的 PLC变频 器对系统进行改造， 提高了风机运行的稳定性和安全性、
节约了能源。本系统以PLC为控制核心，采用先进、可
靠的传感器和信号检测装置实现对主扇风机的变频控 制，对煤矿的安全生产将起到十分重大的作用。
二、主扇风机运行现状及改造思路
为了降低煤矿生产成本，满足生产需要，又适应扩 大再生产的要求，必须对新风机进行调节控制，现有的 风机调节措施有以下几种：
1 节流调节
就是利用调整闸板的开度而改变流量的调节法。这 种方法最简单，但对轴流风机的运行稳定性影响很大， 并有可能出现“喘振”现象，更谈不上节能要求。
2 更换、削短叶片及改变叶片角度调节
削短叶片或频繁更换叶片对小型矿山来说是不现实 的，而改变叶片角度调节风量的范围受到一定限制，满 足不了煤矿风机能大范围调节的要求。
3 改变转速调节
变速调节，风量的减少是靠降低风机转速而使风机 压力特性降低来达到的，调节范围可达 20%-100％，流 量与转速的关系为：
n2 /n 1 = Q2 / Q 1 这种调节方法没有附加阻力而引起的能量消耗，所 以效率较高，转速调节又分为几种：
(1) 选用变速电机，EK6 0—N。13风机选用4 5KW四极电机，额定电流达8 0A左右，用变速电机 是不可能的。
(2) 采用大范围减速装置传动，这种方法虽可变速， 但电机并不节能， 并且整机效率降低， 更满足不了灵活、 调速之要求。
(3) 固定电阻调速，EK60—N °13A风机选用
的是鼠笼式异步电机，更换绕线式电机需更大投资，外 加固定电阻器，虽然满足调速要求，但电能过多的消耗 在固定电阻上，不能节能，更谈不上节约投资，并且整 套设备庞大，技术落后。
(4) 变频调速，交流变频调速是上世纪末迅速发展起 来的一种新型电力传动调速技术，由于它是通过改变电 源频率而调速，所以无需改造风机的机械部分，是鼠笼
式电机调速效率最高的一种方式。变频调速作为一种新 型的电力调速装置，已成熟地应用于工业生产的各个方 面。它不但技术先进，调速平稳，启动容易，节能效果 显著，而且容易操作，维护简单，而且保护功能齐全， 与原控制系统互为备用，可方便的实现变频 / 工频切换。 另外，利用我们山东科技大学雄厚的技术力量，将两台 风机、四台电机用一套变频装置集中控制，既保证了矿 山生产的安全，降低了生产成本，也大大提高了矿山的 自动化水平。
风机变频调速装置的工作原理：对于交流电动机， 转速n与频率f成正比[n=60f(1-S)/p S 为转差率，P
为电机磁极对数 ] ，连续调节电源的频率， 便能方便地改 变电机转速，并实现无级调速(平滑调速)整个变频调 速装置由电源控制柜、半导体电子元器件构成的电力变 换器和三相交流电流机组成。由于转速 n 与频率 f 成正 比，而电机功率P与转速n的立方成正比，即n x f、 Px n3，所以能实现f-n-P的动态匹配，自动调节能耗， 达到节约用电的目的，而整个电子调频装置的耗能可以
忽略不计
风机变频调速节能原理：对风机进行调速控制属于 减少空气动力节能方法，比常用的调节风门开度控制风 量的方式有着明显的节电效果，主要利用风机的轴功率 与转速的三次方成正比原理。在保证矿井通风可靠性基 础上，系统节能效果预计可达 50%；井下六组局部扇风 设备进行智能化工、变频技术改造，采用先进、可靠的 监控基站和防爆变频装置实现对局部通风机的智能控 制，系统运行节能率可达 30%。
风机采用变频调速器的特点：
a 节电效果明显：
据经验数据推算，以4极 45KW电机现阶段以 20HZ、58 0 r/min转速左右运行，电机实际功率是 P2二Pi*N23/Ni3=45*5803/14503=2