煤矿主扇风机自动化控制与监控

廉原原

(开滦东欢坨矿业公司，河北唐山 064002)

煤矿主扇风机自动化控制与监控

廉原原

(开滦东欢坨矿业公司，河北唐山 064002)

为了满足矿井300万吨扩建后的用风需求，对主扇风机进行改造，达到节能、安全、无人值守(或减少人员)的目的，实现了自动化控制与监控。

煤矿;主扇风机;自动化;控制与监控

1.前言

东欢坨矿主通风系统为风井通风系统，为了满足矿井300万吨扩建后的用风需求，对主扇风机进行改造，采用两台对旋轴流风机，每台风机配置两台6KV、800KW电机。通风机改造的总体方案是采用高压变频技术+PLC控制技术+远程监控技术实现风机的自动化。

2.设计方案

2.1 主要技术参数

2.1.1 风机主要参数

配用功率800KW×2制造厂家

2.1.2 电机主要参数

电 压6000V功 率 800KW×2(台)×2(套)

2.2 控制模式

使用KY－ASCS－CS型矿井主通风机变频控制系统采用“高压变频器+PLC控制+远程监控”的模式，实现对矿井地面主扇的自动控制。

3.系统的组成部分

3.1 供电部分

3.1.1 高压供电

重新配置高压柜，高压供电部分的要求如下：

(1)配置16台高压柜：3进线，1联络，2PT，2台电抗器柜，2台电抗器启动柜，2台变频出线柜，2台辅变出线柜，2台备用。

(2)每台高压柜都至少具备远程操作接口和标准电量输出的测量单元。并配置有智能综保。

(3)高压柜无须外供操作电源，利用进线柜内置操作电源或PT柜电源作为操作电源。

(4)高压柜性能符合国家有关规定。采用手车式KYN28－1A系列高压柜。

3.1.2 低压供电

低压供电系统的要求如下：

(1)备置至少四台低压柜，冗余设计，能实现双回路自动投切。

(2)供电容量不小于300A。

(3)电压等级为AC380V和AC220V

(4)包括如下供电回路：风门电机电源、PLC柜电源、空调及照明、备用等。

(5)所有空开及接触器均需具备电动机构，并能实现远程控制

3.1.3 辅助变压器

采用干式变压器，功率 200KVA，电压：6KV/380V，带温度监测单元。

3.1.4 高压变频器部分

根据电机额定电压6.3kV，额定功率800*2kW，同时驱动两台电机，选用风机专用变频器，电压6KV、功率1800KW

3.2 PLC 控制部分

PLC控制系统是风机系统的核心，其主控单元和各测量装置的好坏直接关系到控制功能和控制效果的实现。利用当前先进的计算机网络技术和软件技术对主扇风机系统进行实时监控和综合管理，将对各电气、机械设备的运行参数进行检测和监控，实现远程控制达到无人值守，提高矿井生产自动化工作的科学性和可靠性。实现主扇风机设备真正意义上的“五遥”(遥信、遥测、遥控、遥调、遥视)功能。

3.2.1 PLC控制系统主要功能

(1)控制和检测高压配电系统的开关状态，通过485总线通讯，利用系统设置的综保单元，实现对高压配电系统电气参数的采集;

(2)控制和检测低压配电系统的开关状态，实现对低压配电系统电气参数的采集;

(3)实时检测风机电机的温度和振动参数，利用电机定子线圈预埋的温度传感器和电机上装设的振动传感器，实现电机工况参数的实时监测;

(4)为系统控制算法的快速处理，提供可靠的平台;

(5)完成系统实时数据的以太网发布，为远程监控系统提供实时数据;

(6)控制风门电机的启停，并与风机电机实现逻辑闭锁，防止误操作;

(7)为远程监控系统提供以太网通讯;(8)实现对变频器变频或风量的给定;(9)实现风机启停时的加速及减速过程的自动控制;

(10)实现主备风机的故障自动化切换;

(11)实现井下火灾等情况下的自动反风，或按预设方案进行自动或手动反风。

3.2.2 控制软件编制

考虑到矿井主风机运行工况的特殊性(是不间断运行系统)，程序的设计按控制方式的不同分三个部分：自动，手动，远控。此处还有自诊断技术等。

3.2.2.1 自动方式

在此种方式下，完全由PLC进行智能检测控制;若运行时出现问题，风机即能自动的调节风量切换到另一台风机;并提示相关的工作人员进行现场维护。

3.2.2.2 远控方式

在中央集控室的上位机上进行控制，此时，自动方式失效，只能由集控室的工作人员进行相应的控制;工作人员必须按照正确的操作规程进行控制，在上位机软件上进行了相关的控制闭锁，若操作出错时，会进行相应的警告或提示。

3.2.2.3 手动方式

所有控制均在触摸屏上进行控制，控制的优先级最高，但是在此种方式下进行操作时，因为触摸屏是直接改写PLC的内部寄存器，所以操作人员要严格按照规程来进行操作。

3.2.2.4 自诊断技术

在程序中进行了设备的自诊断，在起动设备前，依靠高可靠的检测装置，可以在程序中对设备运行条件进行检测，若某一运行条件不满足，就给出相应的运行警告，提示工作人员迅速检查设备，并进行相应的操作，沿路进行工况的需求。

3.2.3 风机启停控制

根据检测到的风机参数是否正常，若不正常，则给出相应的提示，风机不能正常起动，若正常，则进入风机起动流程，开始起动风机。

变频控制时，风机启动按既定的加速度自动完成启动过程，达到设定频率时，进行风量闭环控制。

工频启动时采用直接启动。

3.2.3.1 运行参数监测

通过传感器和变送器，可检测风机风量、轴温、振动、电机温度、电流、功率等风机与电机的工作参数，以监测风机系统的运行状况，并适时对其进行调节。

3.2.3.2 瓦斯联动

为了更好的发挥通风机的作用，风机运行系统与井下的瓦斯检测系统进行了联动，当井下的瓦斯含量偏高时，若风机运行在自动方式，则PLC程序自动的发出相应的指令，提高变频器输出频率，来提高通风量，缓解瓦斯的浓度，达到安全生产的目的。此过程也可手动进行，即当监测到瓦斯含量偏高时，发出警报，通知监护人员，监护人员可通过就地触摸屏或远程监控终端，对风量进行重新设定，以提高通风能力。

3.2.3.3 自动切换风机

当监测系统检测到一组风机的运行参数出现故障时，风机故障系统进行相应的报警提示，并自动切换到备用的另一台风机，同时完成风门控制、风机加速启动、风量调节过程，保证风机的切换过程在6分钟以内完成。

3.2.3.4 自动反风

风机反风运行是受严格控制的，当井下发生大的火灾时，需要进行反风运行，系统可提供两种模式的反风运行，一是自动反风，为实现自动反风不能运行在手动方式，必须在PLC控制的模式下，并需要与火灾束管系统进行通讯，以便能及时获得火灾信息。二是手动反风，即需要进行反风操作时，操作人员可通过就地触摸屏或远程监控终端进行有权限的发出反风命令，系统降会自动停止运行中的风机并转入反正运行状态。

3.2.3.5 应急情况处理

此处所指的紧急状态是指可能影响到风机正常运转、并有可能导致风机停机的状态，至于普通的警告信息，在风机的运行规范中进行了详细说明。

在自动方式时，若程序检测到风机停止运行，或电压电流等出现过大的波动，则自动切换到另一台风机并发出紧急报警信号，提示维护人员进行紧急维护，同时，在上位机和触摸屏的组态界面上会给出相应的故障信息。

手动或远控方式时，风机不能自动停机或切换风机，只给出相应的紧急报警信息，提示维护人员进行紧急维护。

此外，若风机的三种操作方式同时失效的情况下，采用预备方案，操作人员进行现场高压柜的手动控制。此情况只是一种预设，出现的几率几乎为零，但是考虑风机运行时的特殊工况要求，仍然给出此种情况下的处理方案作为可靠性的保证。此种情况一般只是进行现场设备调试时的一种应紧措施。进行现场高压柜的手动控制时，要严格按照操作规程来进行操作，此时没有任何的安全闭锁存在，要求操作人员要具有较高的素质，对系统要有较完善的了解。正常运行时若在自动方式状态，除了停电这样的非常规故障外，风机的自动控制系统能够满足各种故障情况下的不间断通风运行。从而达到自动控制的目的。

3.3 监控部分

监控部分分为两部分，一是安装在风机房的监控终端，二是远程监控系统。

3.3.1 风机房监控终端

采用一体化工业监控终端(硬件、组态软件)，作为现场最高优先级的控制工具，在对其软件的组态时，充分考虑了其相关的安全问题，考虑到现场工作人员的方便操作，组态界面对现场设备进行了很好的模拟，使得工作人员可以一目了然的看懂其操作，同时，为了防止越限操作的发生，对各个操作按钮进行了权限处理，只有相应的工作人员才有权限进行相应级别的操作。同时触摸屏还集成了故障报警功能，实时显示系统运行中出现的各类报警信息。

3.3.2 远程监控

远程监控软件采用先进的组态软件即“组态王”进行界面组态，界面的可读性强，性能稳定，功能强大，有很大的后备扩展空间。

远程软件还进行了权限设置，只有相应的工作人员才有权限进行操作。当越限操作时，软件会进行相应的提示，但所有的设备并不接受其操作指令，保护了设备的安全可靠运行。在上位机软件组态中，建立了故障数据库，并集成报表打印功能，实时的记录运行过程的各种开关动作信号和报警信息。

4.结束语

系统改造后，通过检测风机风量及风机的各运行参数，并依据风机的运行规程，实现风机的合理调度运行，实现风机系统的无人值守远程控制，大大提高了煤矿生产通风质量，为煤矿安全生产提供了可靠的保障。

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">文献标识码：A

A

1671－3974(2012)02－0059－03

2012－04－12

廉原原(1981－)，男，大学，开滦东欢坨矿业公司助理工程师，从事矿山机电工作。