摘要：把煤矿独立的主扇控制设备集中起来，统一调配。通过PLC编程控制系统将这些控制设备与几个主扇电机之间的电源线路进行切换，解决目前煤矿的主扇风机“一对一”控制方式在遇到交叉故障时难以快速处理的弊病，使煤矿主扇风机的自身备用系数得到提高，进一步确保矿井通风的安全可靠性。
关键词：主扇风机；集中控制；安全切换；备用系数。
1 概述
目前，我国煤矿地面使用的主扇风机大多数都是矿用防爆轴流式对旋通风机，对旋主扇由两台电机组成，每台电机轴伸端安装叶轮，两叶轮相对互为反向旋转，组成两级叶轮对旋结构。在现有煤矿设计、使用中，为满足矿井井下通风的需求，一套主扇的两台电机同时运行，两台电机分别各由一台启动柜独立固定一对一启动、控制。
2 问题分析
《煤矿安全规程》规定：“煤矿必须安装两套同等能力的主扇风机，其中一台备用，备用主扇必须能在10分钟内开动”。但在实际使用中，难免会出现电动机、控制柜、轴承、叶轮、等电气或机械上的故障，导致主扇风机停止运转，影响矿井通风安全，如果上述故障出现在同一套主扇里，可以立即启动备用主扇，若是两套主扇各分别出现了电气或者机械的交错故障（如I号主扇的一台电机故障、II号主扇的一台启动控制柜出现故障），将会导致两套主扇处于瘫痪状态，矿井通风安全得不到保证。在现有“一对一”控制方式下出现这种情况后，通常用会采取调换电动机电源电缆的办法来解决，把能正常工作的两台控制柜的馈出线分别接到完好的那套主扇的两级电机上，让一套主扇先运行起来。但要执行这种方案，主扇司机一人无法完成，需要有专业电工来配合才能实现，且不能保证在《规程》规定的10分钟内完成。为此，我们通过对现有的主扇控制进行技术革新，只要任意一套主扇风机完好，任意两台独立的启动控制柜完好，便能迅速完成主扇的切换工作，确保矿井的正常通风。在本文中以变频器控制柜为例，现有的自耦降压启动柜、星－三角降压启动柜同样能实现，其原理一致。
3 实施方案
3．1 PLC控制系统简介
我们把矿井的两套主扇分别编号为I号和II号，I号主扇的两级电机分别为I1号、I2号电机，对应启动控制这两台电机的变频器控制柜分别为1号、2号柜；同理，II号主扇的两级电机分别为II1号、II2号电机，对应启动控制这两台电机的变频器控制柜分别为3号、4号柜。革新后的控制系统在每一台变频控制柜电源输出侧增加三只（共12只）交流接触器（交流接触器的选择根据实际使用的风机电机功率大小确定）和一台PLC控制柜，柜内设置两套相同PLC编程控制系统热备用，一个触摸屏集中控制操作四台启动柜，实现自动采集信号、多重电气闭锁等功能。
控制系统具备三种控制模式：正常情况下使用控制模式一（见图一），即一对一的实现单台变频器控制对应的主扇风机的电机；出现特殊故障（两套主扇风机的机械及电气出现交错故障）的情况下使用控制模式二（见图二），即由主扇风机司机人为选定两台完好的变频器分别启动控制一套完好的主扇风机的两台电机；出现PLC控制柜故障的情况下，使用控制模式三，由主扇风机司机选择控制模式三或者切断PLC控制柜的控制电源，通过按钮操作，分别让1KM、2KM或者3KM、4KM动作吸合，然后在变频柜上单台启动主扇风机的电机。三种控制模式的切换、启动、停止，由主扇风机司机一人便能独立操作完成，且需用的时间不会超过5分钟。
3.2 PLC控制系统操作实例简介
3.2．1 进入PLC主扇控制系统的触摸屏主界面：
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3.2．2 正常情况下，使用控制模式一。如图一所示：
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I号主扇：
1号变频控制柜――→1KM交流接触器――→I1号电机
2号变频控制柜――→2KM交流接触器――→I2号电机
II号主扇：
3号变频控制柜――→3KM交流接触器――→II1号电机
4号变频控制柜――→4KM交流接触器――→II2号电机
控制模式一，PLC控制柜触摸屏上出现的操作界面示意图如下：
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注：1、当模式一的第1页界面PLC控制系统自动检测各设备正常，可点击进入下一页，根据需要进行选择对某台主扇的启动控制操作。
2、当处于模式一的第1页界面时，如PLC控制系统检测到哪个设备有故障，其对应的设备显示就会变成红色，提醒操作司机选择另外的模式去启动控制主扇风机。
3.2．3 如遇特殊故障情况，使用控制模式二。
例如I1号电机和3号变频控制柜出现故障，此时，我们可以选择控制模式二：如图二所示，用1号或2号或4号变频控制柜中的任意两台去启动控制II1、II2号电机，保证一套完好的主扇正常运行。
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注：图中红色的设备即为已有现故障。因I1号电机故障，即I号主扇风机已不完好，只能选择运行II号主扇风机，此时只需人为选择控制II1号和II2号电机的变频控制柜即可（在界面上选择变频器实际是在指令该变频器相对应将要控制的那个电机的接触器动作吸合，界面如此设置旨在让操作者更直观、便捷，不易出错）。如果II1号电机选用了1号变频器控制，则1号变频器就不能再被选用控制II2号电机了，PLC编程设置了电气闭锁。
假定操作者选用了1、4号变频器柜分别控制II1、II2号电机，此时界面的状况如下：
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此时只需分别点击启动键便可完成主扇风机的启动了。
3.2．4 当PLC控制系统出现故障的情况下，选择使用控制模式三。
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当PLC控制系统出现故障不能正常工作时，主扇司机可选择控制模式三或者切断PLC控制柜的双回220V控制电源，此时PLC控制系统将退出对整个四台风机变频启动控制柜的集中控制。
主扇司机在需要启动的两台变频器柜上逐个操作，通过按钮分别将两台变频柜内的切换接触器吸合（每个变频控制柜都只有一个接触器设为可手动按钮控制吸合，1、2、3、4号柜分别对应控制1KM、2KM、3KM、4KM），为风机的启动做准备，然后再分别启动两台电机即可完成主扇的启动操作。
4 应当注意的问题：
4．1 模式一和模式二转换时，程序设定为PLC控制系统让工作中的变频器控制柜自动停止，等待下一个指令。
4．2 采用控制模式二时，当任一台变频柜对任一台电机实现控制后，其余变频柜不能再对此电机进行控制的电气闭锁。同理，某个变频柜内的任一个接触器的主触头因故粘结，失电后不能正常分断复位时，控制系统将会显示故障，为防止误操作及短路故障的发生，与之相关联的其余两个接触器因电气闭锁将不会被人为选择而吸合动作。
4．3 整个系统在安装完毕后，必须逐一让每一台变频控制柜对其能控制的所有电机进行一次启动控制操作，确保其控制电机的旋转方向必须正确。
4．4 控制系统在触摸屏上能集中实现主扇风机的正、反转控制，在操作者不选定的情况下，系统自动默认为正转。
4．5 PLC控制柜的AC220V控制电源必须来自主扇风机双回路低压电源的I、II段母线上，且在PLC控制柜内分别对两个控制电源设一小型断路器和两只有电气闭锁可自动切换的交流接触器，保证PLC控制柜随时有可靠的双回路控制电源。
4.6 PLC还必须留有1－2个模拟（数字）控制接口，保证让主扇风机综合监测保护系统传回的信号能通过PLC完成对各个变频器的控制，让各个变频器适时能对风机电机的运行频率进行调整，保证风机运行的安全性及经济性（自耦降压启动柜、星－三角降压启动柜不具备此功能）。
5 结语
通过这个技术革新后，将原本一对一的控制设备集中起来，实现统一调配，在煤矿主扇风机出现特殊故障的情况下，主扇司机一人在短暂的时间内便能完成主扇的非常规切换工作。同时，三种控制模式，两级后备控制方案保障了多种意外情况下均能使主扇能正常运行，让煤矿主扇风机的备用系数从原来的1提高到1.5以上。目前按此方案制作的一套变频控制柜已通过调试验收，即将投用到我司古蔺宏能煤业的两台主扇风机。
为确保煤矿通风更加安全可靠，有推广使用价值。
参考文献
[1]煤矿安全规程，国家安全生产监督管理总局，第121条，北京，煤炭工业出版社
[2]赵永刚，许爱娟，变频器在煤矿主通风机系统中的应用，[J]，煤矿机电2010（2）
[3]何兰萍，基于S7－200 PLC的矿用主通风机自动监控系统，[J]，煤矿机电2010（2）
作者简介：王良涛，（1969年7月22日），男，机电高级工程师。 1992年毕业于重庆工程技术学院机电专业，现在成都地奥矿业能源公司机电部从事煤矿电气技术管理工作。
论文作者:王良涛
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第25期
论文发表时间:2018/12/19
标签：扇风机论文; 电机论文; 接触器论文; 控制柜论文; 变频器论文; 控制系统论文; 模式论文; 《建筑学研究前沿》2018年第25期论文;