自动化控制系统在矿井通风机中的应用

　　【摘要】：根据建设现代化综合自动化矿井和降低能耗的要求，需要建设节能、高效、安全、先进的综合自动化控制系统，本文介绍了我矿2800kw主要通风机自动控制系统，它能够实现自动化倒台、监控、数字采集等一系列功能。
　　关键词：通风机，自动化控制，应用
　　
　　0引言
　　在煤矿生产中，通风机属一级保安负荷，直接关系到井下工作人员的人身安全以及煤矿的安全生产。所以，对通风机运行的可靠性要求很高，另外，根据建设现代化综合自动化矿井和降低能耗的要求，需要建设节能、高效、安全、先进的综合自动化控制系统。这就要求矿井各主要生产环节都将实现计算机控制。
　　平煤股份六矿随着生产的不断发展，在平煤股份六矿北山通风机安装了2800KW大功率通风机，实现通风机自动化控制，并在自动控制方式下可以实现遥控，达到了安全、可靠、高效、先进性综合自动化控制的要求。本文主要对平煤股份六矿大功率通通风机自动化电控系统进行介绍。
　　1通风机电控系统简介
　　平煤股份六矿北山新通风机是2台ANN-3600/2000N型矿井动叶可调轴流通风机，一用一备。通风机配套电机为异步电动机，额定电压为：6kV，额定功率：2800kW，每台通风机配一套润滑油站和液压泵站。由六矿北山35kV变电站馈出6kV电源直接供电，采用双回路供电方式。
　　2通风机电控系统组成
　　2.1通风机启动装置
　　通风机直接启动冲击电流很大，给电网造成很大波动。而且这样对电机本身绝缘不好，会使电机受到冲击，降低电机寿命。而新通风机是“零角度”启动，而且配有软启动装置。这样可以大大减小启动电流，减少对电网的冲击，而且对电机和通风机没有冲击，有利于延长设备寿命。
　　通风机电机启动方式采用大功率软启
　　
　　
　　动装置来减少通风机电机的启动电流，高压软起动装置在结构上分为：主回路、旁路、反馈回路和控制回路等几个部分。其中主回路由三路晶闸管系统组成，每一路包括输入接线端子（接电源）和输出接线端子（接负载）。旁路主要部件是高压真空接触器，输入和输出端子分别跨接在三路晶闸管的电源和负载之间。反馈回路主要部件是分压电阻总成和反馈板，为控制器提供反馈信号。
　　2.2通风机监控系统
　　本系统由PLC低压控制柜、润滑油、液压泵站就地控制箱、UPS不间断电源，以及2套控制操作台组成，采用工控界最为成熟和典型的互备冗余的PLC监控模式，能够对高压起动柜的电量实现遥测、遥控功能，每套控制装置采用RS－485通讯协议实现与远程模块的现场控制总线联网。在通风机房控制室设二台监控管理计算机，采用工业以太网通讯方式采集各控制装置的信号，并进行集中控制和管理，可以通过工业以太网与矿调度室或机电设备管理服务器进行通讯，实现两者数据交换和共享，同时，接受矿调度室或机电设备管理服务器的控制、调度指令。具有极大的先进性、可靠性、安全性。
　　新通风机监控系统对于不同的故障都有不同形式的报警。对这些故障报警，监控系统有不同形式的响应。比如，对一些不影响通风机正常运行的故障，监控系统只作用于报警，不作用于通风机的控制。对于那些影响通风机正常运行的故障，监控系统先发出预警，经过一段延时之后作用于跳闸。另外，监控系统还可以对通风机的一些故障作出判断后，可以自动消除故障。比如瞬时失电故障，实现自动恢复功能。当油站运行油泵发生故障时，另外一台油泵可以开启。而这些操作都不需要操作人员的干预，监控系统可以自动完成。
　　2.3通风机监控系统核心
　　系统采用公司的S7-300系列PLC作为每个子控系统的控制核心，辅之以著名的工业监测、监视、控制软件MCGS(网络功能)，
　　为保证本控制系统的先进性，我们机房内的所有设备均采用PLC控制，每个子控系统的控制核心，辅之以著名的工业监测、监视、控制软件MCGS,为保证扇通风机运行的可靠性，PLC选用日本西门子S系列作为控制核心。
　　2.4通风机监控系统供电保证方式
　　为了确保PLC工控机的安全和可靠运行，为系统提供纯净稳定的控制电源，选用山特公司的型号为C10KS的在线式不间断电源（UPS）一个，另配24Ah电池20个。可以保证通风机监控系统在掉电状态下可靠运行2小时以上，从而保证了通风机的可靠运行。
　　2.5通风机监控系统采集的数据
　　2.5.1采集通风机的数据
　　对通风机主要采集通风机运行的风量和负压数据，通风机轴承温度，电机两端轴承和定子温度双重检测以及通风机振动，喘振失速，叶片角度等参数。这些参数的实时监测可以保证通风机的安全可靠运行。
　　2.5.2采集电气参数的数据
　　对于通风机电气部分采集高压进线柜检测电压、电流信号，高压电机起动柜检测主电机电压、电流、有功功率、无功功率和功率因数等参数。
　　高、低压柜部分提供所需检测电参量的（4～20mA）信号及各开关（隔离开关、断路器、储能机构、以及故障保护动作）动作的非电量接点信号，并通过系统与高压综保的通信接口（RS-485）协议代码进行通讯，实现对高压部分进行监测。
　　2.5.3采集润滑油站和液压站的数据
　　监控系统对于两台油泵的运行状态、两个油箱加热器状态及监控油站工艺参数：出油管油温、流量、油压、油箱油温、油位、过滤器差压、冷却水管流量、动叶执行器状态等数据进行监测。
　　2.5.4采集风门等电气设备的数据
　　监控系统还对通风机的风门、检修门状态及电机制动装置状态等通风机辅助设备进行在线监控。
　　3监控系统控制方式
　　3.1通风机系统工作方式
　　通风机系统设有自动、手动、检修三种控制方式。在自动方式运行下，是按预先编制的程序进行集中控制。手动方式是当监控管理计算机和控制PLC全部瘫痪时，通过硬件设备起停按钮紧急开车方式。主要的保护通过继电器起作用，确保通风机及相关设备不出安全事故。当通风机检修方式下运行是用于另一台通风机在运行，本台通风机检修完成后的短时试运行或通风机调试方式，过程类似自动方式，只是进风由检修门进风。
　　
　　图1：通风机启动流程
　　以上各种不同运行方式是满足通风机在不同状态下生产的需要所做的。在不同的运行方式下，采用不同的运行状态。通风机具体启动流程如图1所示。
　　根据采集的数据和信息，建立各类信息库。根据工艺要求编程，自动进行通风机所属设备的顺序起动、停止和各类保护。通风机叶片根据稳定风量和通风机运行的状况进行叶片角度的自动调节。操作站以人机对话方式指导操作，在自动状态下，可用键盘或鼠标器实现通风机受控设备的起停操作。
　　4.调试运行情况
　　通过二个月的调试，可以看到在操作站彩色屏幕上可显示通通风机房平面图及工艺流程的剖面图，剖面图上有动态的实时参数值显示、设备状态显示和事故报警信息显示等几十幅可切换的动态画面；实时显示、记录所检测的各个数据，绘制实时曲线和历史曲线，并提供历史数据的查询。显示系统的实时报警信息，实时报警打印，并提供历史报警信息的查询；打印班、日报表，设备运行时刻表，定时或随机打印时、天、月、年的统计报表。
　　该通风机自2008年7月中旬安装调试结束后投入运行至今，通风机运行稳定可靠，没有出现异常情况，通风机各项运行参数均在正常范围之内。在通风机的试运行中，对通风机的“一键倒机”、“正常倒机”等功能均进行了测试，通风机倒机顺序可靠有效，没有出现异常情况。我们还对新加设的就地集中控制装置和通风机瞬时失电自动恢复功能均进行了测试，都动作稳定可靠。监控系统详细的监测数据和有效的保护措施，保证了通风机的安全可靠运行，极大的减少了事故发生。
　　5.结论
　　新通风机自动化系统安装后通风能力由原来的152m/s增加到395m/s，倒台时间由原来的7分钟降低到3分钟，为六矿增产计划（以风定产）提供了科学依据，还提高了矿井的安全系数和工人作业环境，因为通风机叶片角度可以根据负荷情况，进行调节。这样我们可以做到根据矿井实际需要风量进行调节，可以避免矿井用风的损失，从而节能，提高企业经济效益.