煤礦主扇風(fēng)機自動化控制與監(jiān)控

廉原原

(開灤東歡坨礦業(yè)公司，河北唐山 064002)

煤礦主扇風(fēng)機自動化控制與監(jiān)控

廉原原

(開灤東歡坨礦業(yè)公司，河北唐山 064002)

為了滿足礦井300萬噸擴建后的用風(fēng)需求，對主扇風(fēng)機進行改造，達到節(jié)能、安全、無人值守(或減少人員)的目的，實現(xiàn)了自動化控制與監(jiān)控。

煤礦;主扇風(fēng)機;自動化;控制與監(jiān)控

1.前言

東歡坨礦主通風(fēng)系統(tǒng)為風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)，為了滿足礦井300萬噸擴建后的用風(fēng)需求，對主扇風(fēng)機進行改造，采用兩臺對旋軸流風(fēng)機，每臺風(fēng)機配置兩臺6KV、800KW電機。通風(fēng)機改造的總體方案是采用高壓變頻技術(shù)+PLC控制技術(shù)+遠程監(jiān)控技術(shù)實現(xiàn)風(fēng)機的自動化。

2.設(shè)計方案

2.1 主要技術(shù)參數(shù)

2.1.1 風(fēng)機主要參數(shù)

配用功率800KW×2制造廠家

2.1.2 電機主要參數(shù)

電 壓6000V功 率 800KW×2(臺)×2(套)

2.2 控制模式

使用KY－ASCS－CS型礦井主通風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)采用“高壓變頻器+PLC控制+遠程監(jiān)控”的模式，實現(xiàn)對礦井地面主扇的自動控制。

3.系統(tǒng)的組成部分

3.1 供電部分

3.1.1 高壓供電

重新配置高壓柜，高壓供電部分的要求如下：

(1)配置16臺高壓柜：3進線，1聯(lián)絡(luò)，2PT，2臺電抗器柜，2臺電抗器啟動柜，2臺變頻出線柜，2臺輔變出線柜，2臺備用。

(2)每臺高壓柜都至少具備遠程操作接口和標準電量輸出的測量單元。并配置有智能綜保。

(3)高壓柜無須外供操作電源，利用進線柜內(nèi)置操作電源或PT柜電源作為操作電源。

(4)高壓柜性能符合國家有關(guān)規(guī)定。采用手車式KYN28－1A系列高壓柜。

3.1.2 低壓供電

低壓供電系統(tǒng)的要求如下：

(1)備置至少四臺低壓柜，冗余設(shè)計，能實現(xiàn)雙回路自動投切。

(2)供電容量不小于300A。

(3)電壓等級為AC380V和AC220V

(4)包括如下供電回路：風(fēng)門電機電源、PLC柜電源、空調(diào)及照明、備用等。

(5)所有空開及接觸器均需具備電動機構(gòu)，并能實現(xiàn)遠程控制

3.1.3 輔助變壓器

采用干式變壓器，功率 200KVA，電壓：6KV/380V，帶溫度監(jiān)測單元。

3.1.4 高壓變頻器部分

根據(jù)電機額定電壓6.3kV，額定功率800*2kW，同時驅(qū)動兩臺電機，選用風(fēng)機專用變頻器，電壓6KV、功率1800KW

3.2 PLC 控制部分

PLC控制系統(tǒng)是風(fēng)機系統(tǒng)的核心，其主控單元和各測量裝置的好壞直接關(guān)系到控制功能和控制效果的實現(xiàn)。利用當(dāng)前先進的計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和軟件技術(shù)對主扇風(fēng)機系統(tǒng)進行實時監(jiān)控和綜合管理，將對各電氣、機械設(shè)備的運行參數(shù)進行檢測和監(jiān)控，實現(xiàn)遠程控制達到無人值守，提高礦井生產(chǎn)自動化工作的科學(xué)性和可靠性。實現(xiàn)主扇風(fēng)機設(shè)備真正意義上的“五遙”(遙信、遙測、遙控、遙調(diào)、遙視)功能。

3.2.1 PLC控制系統(tǒng)主要功能

(1)控制和檢測高壓配電系統(tǒng)的開關(guān)狀態(tài)，通過485總線通訊，利用系統(tǒng)設(shè)置的綜保單元，實現(xiàn)對高壓配電系統(tǒng)電氣參數(shù)的采集;

(2)控制和檢測低壓配電系統(tǒng)的開關(guān)狀態(tài)，實現(xiàn)對低壓配電系統(tǒng)電氣參數(shù)的采集;

(3)實時檢測風(fēng)機電機的溫度和振動參數(shù)，利用電機定子線圈預(yù)埋的溫度傳感器和電機上裝設(shè)的振動傳感器，實現(xiàn)電機工況參數(shù)的實時監(jiān)測;

(4)為系統(tǒng)控制算法的快速處理，提供可靠的平臺;

(5)完成系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)的以太網(wǎng)發(fā)布，為遠程監(jiān)控系統(tǒng)提供實時數(shù)據(jù);

(6)控制風(fēng)門電機的啟停，并與風(fēng)機電機實現(xiàn)邏輯閉鎖，防止誤操作;

(7)為遠程監(jiān)控系統(tǒng)提供以太網(wǎng)通訊;(8)實現(xiàn)對變頻器變頻或風(fēng)量的給定;(9)實現(xiàn)風(fēng)機啟停時的加速及減速過程的自動控制;

(10)實現(xiàn)主備風(fēng)機的故障自動化切換;

(11)實現(xiàn)井下火災(zāi)等情況下的自動反風(fēng)，或按預(yù)設(shè)方案進行自動或手動反風(fēng)。

3.2.2 控制軟件編制

考慮到礦井主風(fēng)機運行工況的特殊性(是不間斷運行系統(tǒng))，程序的設(shè)計按控制方式的不同分三個部分：自動，手動，遠控。此處還有自診斷技術(shù)等。

3.2.2.1 自動方式

在此種方式下，完全由PLC進行智能檢測控制;若運行時出現(xiàn)問題，風(fēng)機即能自動的調(diào)節(jié)風(fēng)量切換到另一臺風(fēng)機;并提示相關(guān)的工作人員進行現(xiàn)場維護。

3.2.2.2 遠控方式

在中央集控室的上位機上進行控制，此時，自動方式失效，只能由集控室的工作人員進行相應(yīng)的控制;工作人員必須按照正確的操作規(guī)程進行控制，在上位機軟件上進行了相關(guān)的控制閉鎖，若操作出錯時，會進行相應(yīng)的警告或提示。

3.2.2.3 手動方式

所有控制均在觸摸屏上進行控制，控制的優(yōu)先級最高，但是在此種方式下進行操作時，因為觸摸屏是直接改寫PLC的內(nèi)部寄存器，所以操作人員要嚴格按照規(guī)程來進行操作。

3.2.2.4 自診斷技術(shù)

在程序中進行了設(shè)備的自診斷，在起動設(shè)備前，依靠高可靠的檢測裝置，可以在程序中對設(shè)備運行條件進行檢測，若某一運行條件不滿足，就給出相應(yīng)的運行警告，提示工作人員迅速檢查設(shè)備，并進行相應(yīng)的操作，沿路進行工況的需求。

3.2.3 風(fēng)機啟?？刂?/p>

根據(jù)檢測到的風(fēng)機參數(shù)是否正常，若不正常，則給出相應(yīng)的提示，風(fēng)機不能正常起動，若正常，則進入風(fēng)機起動流程，開始起動風(fēng)機。

變頻控制時，風(fēng)機啟動按既定的加速度自動完成啟動過程，達到設(shè)定頻率時，進行風(fēng)量閉環(huán)控制。

工頻啟動時采用直接啟動。

3.2.3.1 運行參數(shù)監(jiān)測

通過傳感器和變送器，可檢測風(fēng)機風(fēng)量、軸溫、振動、電機溫度、電流、功率等風(fēng)機與電機的工作參數(shù)，以監(jiān)測風(fēng)機系統(tǒng)的運行狀況，并適時對其進行調(diào)節(jié)。

3.2.3.2 瓦斯聯(lián)動

為了更好的發(fā)揮通風(fēng)機的作用，風(fēng)機運行系統(tǒng)與井下的瓦斯檢測系統(tǒng)進行了聯(lián)動，當(dāng)井下的瓦斯含量偏高時，若風(fēng)機運行在自動方式，則PLC程序自動的發(fā)出相應(yīng)的指令，提高變頻器輸出頻率，來提高通風(fēng)量，緩解瓦斯的濃度，達到安全生產(chǎn)的目的。此過程也可手動進行，即當(dāng)監(jiān)測到瓦斯含量偏高時，發(fā)出警報，通知監(jiān)護人員，監(jiān)護人員可通過就地觸摸屏或遠程監(jiān)控終端，對風(fēng)量進行重新設(shè)定，以提高通風(fēng)能力。

3.2.3.3 自動切換風(fēng)機

當(dāng)監(jiān)測系統(tǒng)檢測到一組風(fēng)機的運行參數(shù)出現(xiàn)故障時，風(fēng)機故障系統(tǒng)進行相應(yīng)的報警提示，并自動切換到備用的另一臺風(fēng)機，同時完成風(fēng)門控制、風(fēng)機加速啟動、風(fēng)量調(diào)節(jié)過程，保證風(fēng)機的切換過程在6分鐘以內(nèi)完成。

3.2.3.4 自動反風(fēng)

風(fēng)機反風(fēng)運行是受嚴格控制的，當(dāng)井下發(fā)生大的火災(zāi)時，需要進行反風(fēng)運行，系統(tǒng)可提供兩種模式的反風(fēng)運行，一是自動反風(fēng)，為實現(xiàn)自動反風(fēng)不能運行在手動方式，必須在PLC控制的模式下，并需要與火災(zāi)束管系統(tǒng)進行通訊，以便能及時獲得火災(zāi)信息。二是手動反風(fēng)，即需要進行反風(fēng)操作時，操作人員可通過就地觸摸屏或遠程監(jiān)控終端進行有權(quán)限的發(fā)出反風(fēng)命令，系統(tǒng)降會自動停止運行中的風(fēng)機并轉(zhuǎn)入反正運行狀態(tài)。

3.2.3.5 應(yīng)急情況處理

此處所指的緊急狀態(tài)是指可能影響到風(fēng)機正常運轉(zhuǎn)、并有可能導(dǎo)致風(fēng)機停機的狀態(tài)，至于普通的警告信息，在風(fēng)機的運行規(guī)范中進行了詳細說明。

在自動方式時，若程序檢測到風(fēng)機停止運行，或電壓電流等出現(xiàn)過大的波動，則自動切換到另一臺風(fēng)機并發(fā)出緊急報警信號，提示維護人員進行緊急維護，同時，在上位機和觸摸屏的組態(tài)界面上會給出相應(yīng)的故障信息。

手動或遠控方式時，風(fēng)機不能自動停機或切換風(fēng)機，只給出相應(yīng)的緊急報警信息，提示維護人員進行緊急維護。

此外，若風(fēng)機的三種操作方式同時失效的情況下，采用預(yù)備方案，操作人員進行現(xiàn)場高壓柜的手動控制。此情況只是一種預(yù)設(shè)，出現(xiàn)的幾率幾乎為零，但是考慮風(fēng)機運行時的特殊工況要求，仍然給出此種情況下的處理方案作為可靠性的保證。此種情況一般只是進行現(xiàn)場設(shè)備調(diào)試時的一種應(yīng)緊措施。進行現(xiàn)場高壓柜的手動控制時，要嚴格按照操作規(guī)程來進行操作，此時沒有任何的安全閉鎖存在，要求操作人員要具有較高的素質(zhì)，對系統(tǒng)要有較完善的了解。正常運行時若在自動方式狀態(tài)，除了停電這樣的非常規(guī)故障外，風(fēng)機的自動控制系統(tǒng)能夠滿足各種故障情況下的不間斷通風(fēng)運行。從而達到自動控制的目的。

3.3 監(jiān)控部分

監(jiān)控部分分為兩部分，一是安裝在風(fēng)機房的監(jiān)控終端，二是遠程監(jiān)控系統(tǒng)。

3.3.1 風(fēng)機房監(jiān)控終端

采用一體化工業(yè)監(jiān)控終端(硬件、組態(tài)軟件)，作為現(xiàn)場最高優(yōu)先級的控制工具，在對其軟件的組態(tài)時，充分考慮了其相關(guān)的安全問題，考慮到現(xiàn)場工作人員的方便操作，組態(tài)界面對現(xiàn)場設(shè)備進行了很好的模擬，使得工作人員可以一目了然的看懂其操作，同時，為了防止越限操作的發(fā)生，對各個操作按鈕進行了權(quán)限處理，只有相應(yīng)的工作人員才有權(quán)限進行相應(yīng)級別的操作。同時觸摸屏還集成了故障報警功能，實時顯示系統(tǒng)運行中出現(xiàn)的各類報警信息。

3.3.2 遠程監(jiān)控

遠程監(jiān)控軟件采用先進的組態(tài)軟件即“組態(tài)王”進行界面組態(tài)，界面的可讀性強，性能穩(wěn)定，功能強大，有很大的后備擴展空間。

遠程軟件還進行了權(quán)限設(shè)置，只有相應(yīng)的工作人員才有權(quán)限進行操作。當(dāng)越限操作時，軟件會進行相應(yīng)的提示，但所有的設(shè)備并不接受其操作指令，保護了設(shè)備的安全可靠運行。在上位機軟件組態(tài)中，建立了故障數(shù)據(jù)庫，并集成報表打印功能，實時的記錄運行過程的各種開關(guān)動作信號和報警信息。

4.結(jié)束語

系統(tǒng)改造后，通過檢測風(fēng)機風(fēng)量及風(fēng)機的各運行參數(shù)，并依據(jù)風(fēng)機的運行規(guī)程，實現(xiàn)風(fēng)機的合理調(diào)度運行，實現(xiàn)風(fēng)機系統(tǒng)的無人值守遠程控制，大大提高了煤礦生產(chǎn)通風(fēng)質(zhì)量，為煤礦安全生產(chǎn)提供了可靠的保障。

The Coal Mine＇s Main Fan Automation Control and Monitoring

LIAN Yuan－yuan
(Kailuan Donghuantuo Mining Company，Tangshan Hebei，064002，China)

In order to meet the ventilation needs of the expanded coal mine with 3 million tons per year，the main fan was transformed and has achieved the goals of energy conservation，security，and nobody watch(or reduce watch personnel)，realized the automation control and monitoring.

coal mine;main fan;automation;control and monitoring

TD823 < class="emphasis_bold">文獻標識碼：A

A

1671－3974(2012)02－0059－03

2012－04－12

廉原原(1981－)，男，大學(xué)，開灤東歡坨礦業(yè)公司助理工程師，從事礦山機電工作。