摘要：采用先进、可靠的传感器和计算机技术来实现主扇风机性能及状态的在线实时监测，以便能够在生产过程中掌握主通风机运行参数和状态，是矿井通风机控制系统的发展方向。为了改变传统的设备管理方式，提高矿井主扇风机设备的自动化管理水平，有力地保证风机设备的经济、可靠运行，为设备的管理和维修提供了可靠的科学依据。高可靠性的，工控PLC越来越多的应用到风机自动化监控系统中，通过与中央控制室工业控制计算机联网，实现主扇风机的远程三遥，从而达到主通风机无人值守的生产要求。
关键词：主扇风机；高压变频器；PLC
1 主扇供电系统的主要设备
1.1高压电机：两台10kV高压异步电动机。
1.2高压变频器：两台10kV高压变频器。
1.3进线柜：两台进线柜。
1.4联络柜：实现风机供电系统的母线联络。
2 矿井主扇风机自动控制系统功能设计
煤矿主扇风机在煤矿生产中有着重要的作用，因此必须保证风机自动监控系统的安全可靠。
控制系统分为风机变电站的监控、风机各种参数的测量及变频器控制三个部分。
2.1风机变电站
变电站继电保护和自动装置均按国家标准配置。继电保护采用微机型保护装置，对两台10kV系统运行控制和监视。变电站采用分散式微机保护监控装置，对电机回路、变压器回路、进线回路、母联柜、PT柜分别装设电机保护型、变压器保护型、线路保护型、母线分段保护型和PT保护型微机保护监控装置，并设通信总控单元，该装置具有通信接口，与控制室通过电缆连接，实现控制室对变电所遥信、遥测、遥控。系统设有RS485接口，与智能电表、直流电源屏等装置通信。将每台开关柜的信息通过综保装置可靠的传输到控制中心。
2.2系统的主要功能有
（1）实现风机运行参数的实时监测与风机主辅设备控制的一体化。
（2）实时监测：风机电机的电流、电压、功率、定子电流超过上下限报警。。
（3）实时监测：电机和风机前后轴承温度、振动参数以及超限报警。
（4）实时监测：风机的负压、流量、全（静）压、全（静）压效率、轴功率。
（5）上述监测参数通过通信线路传送到监控室上位机，经上位机接入矿局域网。
3 矿井主扇风机自动化监控系统的整体结构
系统采用集中管理、分散控制的系统结构。整个系统分为三层，即现场测量控制层，中央管理层和远程监控层。
3.1现场测量层
现场测量层主要实现风机变量参数的测量，采用的是开关柜的综保装置和测温仪和传感器装置。
3.2中央控制层
中央控制层由带有以太网接口的S7-300系列PLC组成，通过PLC完成对风机系统的实时监控、数据采集和数据处理，以及与控制中心的实时通信。
3.3远程监控层
远程监控层直接接入矿调度室，上位监控软件选择Wincc，通过监控软件完成功能块之间的连接，实现风机系统的集中监控管理。在运行过程中，实时监测风机的运行状况，实现对风机的控制，同时还实现报警、曲线和报表功能。
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4 控制系统主要特点
4.1采用西门子S7-300PLC作为中央逻辑控制单元，具有可靠性、稳定性、快速性和准确性等特点；
4.2高压开关采用综保装置，可以实现电量参数的采集和线路的保护，可靠性高、安全稳定；
4.3 PLC电源采用双回路供电，同时采用UPS作为后备电源；
4.4对于非电量，采用8路温度巡检，振动传感器及差压传感器来实时监测；
4.5选用了可靠性好、精度高的流量、压力、温度传感（变送）器；
4.6 PLC与集控室通信采用光纤作为传输媒介，可靠性高，抗干扰能力强；
5 低压供电控制方法
5.1低压的各个开关进行了逻辑闭锁，合闸顺序为：进线一四个并列的开关。其中的UPS进线开关实行逻辑闭锁，只能合一个，防止出现两个进线的电流短路。
5.2若进线中的一个出现故障，可以开另一条进线，然后合上母联开关，进行如上的操作。
5.3每个风门电机有正反转两种运行方式，两种方式进行了闭锁，一次只能合一种方式。
6 风机自动化监控系统运行方式设计
本系统共有三种运行方式可供选择，即“就地”，“远控”，“自动”，在触摸屏上我们可以选择就地或远控两种方式。
6.1就地操作，就是在现场的触摸屏上进行操作；远控就是在集控室中进行风机的操作，采用光缆进行信息的传输；自动控制，就是在无人操作的情况下，若是风机的运行出现了故障，能自动启动另一台风机，并且自动调整风量到设定的值，而不会由于停风而影响到煤矿的正常生产。
6.2触摸屏配置
采用了SIEMENS公司的，它以MPI接口与PLC连接，采用SIEMENS的协议完成通信。
7.信号采集设备
7.1变送器的选用
全部选择高精度的变送器将一次信号转换成标准的4-20mA电流；
7.2软件设计
系统的专用软件主要完成数据的采集、分析等工作，从而实现系统的各项功能。
7.3系统抗干扰措施
所用变送器为电流输出，传输信号采用屏蔽电缆，以减弱电磁祸合平扰；
7.4系统的通讯
通过光纤与中央控制室工业控制计算机联网，实现通风机的远程监视和达到无人值守的目的。
8 PLC控制系统方案设计的确定
矿井主扇风机是通风系统的主要组成部分，要求 24 h 连续不停机运行。本方案主扇风机按照矿井最大需风量选择，随着矿井生产的发展，四季的变化，需要对矿井风量进行调节，确保矿井通风符合矿井风量要求，提高风机运行的稳定性、安全性和节能性。通过PLC和人机界面实时监测矿井负压，实现系统手动/自动调节，工频/变频，1号风机/2号风机，通风 /反风的可靠转换及运行。
为确保通风系统安全运行、检修方便，本方案设计矿井主通风系统采用1号/2号风机，前级/后级，灵活转换方式，系统设分体双电源柜和联络柜。系统采用2台高压变频器实现，具有风机轴承温度、电动机定子温度、负压、电压及电流的数字化监控，超限声光报警功能；操纵系统设置先进的操作台在线显示和集中控制；系统预留数字化网络接口，能够符合矿井信息化要求和自动升级要求。
系统以风机专用高压变频器、PLC、触摸屏为控制核心，通过传感器等检测装置，将电动机定子温度以及风机轴承温度、负压及风量等输入量传送给 PLC，PLC 通过输出量发出控制变频调速器的速度指令，使变频器带动风机按一定的速度运转。
系统中2台风机分别由 2台高压变频电机拖动，风机和电动机轴承、定子上都装有温度传感器，实现多点温度在线监测并上传数据。当出现温度过高的情况时，将信号传给 PLC 或数字温度仪，发出报警信号，报警系统为上位机报警和声光报警。系统设有负压监测传感器及变送器，既能在线监测，显示风机运行负压，又能通过负压用 PLC 计算出风量和风速等，并实现数据上传。变频器既能实现 PID 闭环控制、手动电位调节，又能实现远程网络调节。系统所有数据通过矿山以太网传输，并实现参数网络自动图表功能。变频运行时，变频器调节风机转速，风机运行频率通过数字仪表显示。负压传感器通过变频器自动调节风机运行频率，也可通过电位器人工调节，也可上位机远程控制。
9 控制方法的实现
系统采用 PID 闭环控制，在变频器的作用下，风机可以以最小频率运行（运行时间的长短可以预先定义），然后切断风机电源，如果达到了重新启动的条件，风机将自动再启动。系统中的反馈信息由各传感器传递给 PLC，经过 PID 运算，将信号发给变频器，变频器对风机进行调速控制，形成闭环控制。采用闭环控制可以提高控制精度和平稳度。
PLC 和变频器对风机进行节能控制，将2台风机、2台电动机用变频装置集中控制，不仅大大降低了能源消耗，并且该系统调速范围广，噪声小，改善了工作环境，延长了风机的使用寿命，且启动性能优良，双变频转换灵活，采用闭环控制提高了控制精度和平稳度。既保证了矿山生产的安全，降低了生产成本，也大幅度提高了矿山的自动化水平。
参考文献：
［1］韩银中 韩玉林 矿井主扇风机的改造浅析［J］煤矿开采 2002年1月
［2］李德臣 矿机主扇风机控制系统变频改造设计 煤矿机械 2010年3月
论文作者:韩国军
论文发表刊物:《电力设备》2017年第26期
论文发表时间:2017/12/31
标签：风机论文; 扇风机论文; 矿井论文; 系统论文; 变频器论文; 装置论文; 风量论文; 《电力设备》2017年第26期论文;