回风立井通风机控制系统自动化技术研究与应用

尹承山 庞振华

（1.新汶矿业集团翟镇煤矿，山东 新泰 271200； 2.华北电力大学，北京 102200）

1 回风立井系统概况

山东泰山能源有限责任公司翟镇煤矿于1993年投产，核定生产能力1.7 Mt/a。矿井采用立井开拓，主井直径5.0 m，落底标高-400 m，装备一对箕斗担负矿井原煤提升任务；副井直径6.5 m，落底标高-400 m，装备一对双层双车罐笼担负矿井物料和人员提升任务；风井直径6.0 m，落底标高-290 m，安装一套轴流式通风机担负矿井回风任务。

风井使用的原主通风机配套供电设备自动化运行程度低，在反风及倒机时操作程序复杂，需人员参与，容易出现人为操作失误，从而造成重大事故。鉴于以上情况，对设备运行自动化程度进行改造，提高自动化运行水平。对回风立井设备按照远程控制自动化运行进行设计安装，安装一套FBCDZNO32/2×500 型防爆抽出式对旋轴流通风机2 台（一用一备），生产厂家为卧龙电气南阳防爆集团股份有限公司；风机电动机采用风机专用隔爆型三相异步变频电机，型号为YBF630M2-10，功率500 kW，额定电压6 kV；配电室安装高压开关柜12 台，山东泰开成套电器有限公司生产，型号为KYN28A-12(Z)。

2 硬件系统组成

新建设备安装控制机房，机房分为风机安装运行室、风机控制室。控制室分为高压配电室、低压配电室、变频器室、风机运输监控室。

高压配电室安装高压开关柜12 台，型号为KYN28A-12，电压等级为6 kV。供电系统采用单母线分段接线，双回路供电，额定工作电流为630 A。高压开关柜分别为电源进线柜2 台、联络柜1 台、隔离柜1 台、PT 柜2 台、所用变压器柜2 台、变频柜4 台。开关柜保护采用微机综合保护装置，对开关柜进行控制、测量、保护及数据、信号的提供。开关柜主要电器元件都有其独立的隔室，开关柜内装有安全可靠的联锁装置，能够实现“五防”功能。

低压配电室安装4 台低压开关柜、2 台直流屏。低压开关柜型号为GGD 型，采用双回路供电，为风机附属设备、站内照明灯提供380/220 V 电源。两回路交流380 V 电源分别引自两台所用变压器开关柜，并且联络开关具备自动切换功能。各进线和馈出线均采用电动分合闸。低压开关柜采用微机综合保护装置，通讯方式为RS485，各功能单元可与主控计算机进行通讯，实现遥测、遥信、遥控、遥脉功能。

变频器室安装4 台变频器，每台主通风机采用两台变频器进行控制。变频器电压等级为6 kV，采用新型IGBT 功率器件，全数字化DSP+FPGA+ARM 微机控制。该变频器为“高-高”结构，6 kV 直接输出，不需输出升压变压器，输出为单元串联移相式PWM 方式。该变频器采用一体化设计，不需要考虑输入干式隔离变压器、变频器等所有部件及内部连线，只需连接高压输入、输出、地压控制电源、控制信号即可。

3 风机运行监控系统组成

监控系统包括PLC 运行监测监控系统、上位电脑主机操作、界面显示系统、高清视频监控系统，可对风机的运行过程进行时时监控监测，对当前各项数据进行显示，对主通风机进行时时控制，对各类异常情况进行报警，并实现所有运行参数的记录及管理，最终实现主通风机运行全过程的自动化控制、监视与管理。

PLC 控制系统安装2 套西门子1500 系列PLC，通过控制台相应操作按钮对通风机进行各类操作。为保证系统安全运行，安装2套PLC控制系统，从而达到控制系统冗余，并且保证两套系统时时处于热备形式当中。当系统发生特定故障时，系统可以实现主备切换，备站接替主站继续运行。上位电脑主机时时对通风机运行各类参数进行采集分析并作出判断，针对不同情况下的各类故障提出处理建议，对所有故障提前发出报警，直至做出相应的控制，确保风机更加安全可靠的运转。I/O 模块具有热插拔功能。风机在线监控系统数据上传通过PLC的以太网口接入通风机房环网交换机。数据通过以太网以TCP/IP 协议进行传输，接口采用RJ45 接口。要求上位机支持OPC SERVER，可通过软件的OPC通讯方式与调度中心数据采集服务器进行通讯。

4 监控系统主要功能

（1）控制系统能够实现在两台风机停止情况下一键启动任意一台风机，可实现一键反风功能；（2）能够设置立式挂网风门或立式检修风门作为主通风门参与不停风倒机；（3）采集通风系统电气参数和设备运行状态参数等，并实现通风机及其辅机设备的联锁控制；（4）对主通风机各项运行参数进行采集，通过分析对负压、风量、风速等进行监测监控，最终对应控制；（5）对通风机电机各部位的温度参数进行采集，并作相应的控制；（6）采集高压进线柜的电压、电流，高压出线柜的电流、功率、频率数据；（7）实现对风机的起停控制，并监测其运行状态、轻重故障；（8）在操作台控制显示界面显示通风系统运行图、控制流程图、高低压供电系统图、各类电气设备运行参数及运行状态以及相应报警参数等；（9）该控制系统自动建立运行数据库，对于重要参数自动生成曲线图；（10）对风机运行的负压、风量、电机功率、电机电压进行监测分析，并自动生成通风机运行曲线图等。

5 结 语

主通风机安装远程监控自动化控制运行系统后，全部操作程序均实现一键化运行操作，各控制系统均具备远程操作功能，在集控中心即可实现对主通风机的各种操作，提高了矿井自动化管理水平，达到了矿井减人提效的目标。尤为重要的是实现了主通风机的一键反风和不停风倒机功能，当矿井发生紧急情况需进行反风操作或倒机操作时，往往由于操作人员紧张等造成操作失误，对矿井造成不可估量的损失。自动控制操作运行系统的应用杜绝了因人工操作程序复杂造成误操作引发事故的隐患，同时使操作时间大大降低，提高操作可靠性，进而保证矿井安全生产，提高了矿井抗灾能力。