變頻器在礦井通風(fēng)機(jī)上的節(jié)能應(yīng)用

1、礦井通風(fēng)機(jī)

　　礦井通風(fēng)機(jī)是煤礦生產(chǎn)的重要固定設(shè)備，其運(yùn)行情況直接關(guān)系到煤礦生產(chǎn)的安全。在煤礦生產(chǎn)設(shè)備中，通風(fēng)機(jī)設(shè)備主要用于通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)井下輸送新鮮空氣，增加井下氧氣濃度并排除井下有害氣體。通風(fēng)系統(tǒng)通常是根據(jù)生產(chǎn)需要對(duì)壓力、風(fēng)速、風(fēng)量、溫度指標(biāo)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)以適應(yīng)工藝需求和運(yùn)行工況，而最常用的控制手段則是調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)、擋板開(kāi)度的大小來(lái)調(diào)整受控對(duì)象。這樣，不論生產(chǎn)的需求大小，通風(fēng)機(jī)都要全速運(yùn)轉(zhuǎn)，而運(yùn)行工況的變化則使得能量以風(fēng)門(mén)、擋板的節(jié)流損失掉了。這種調(diào)節(jié)方式，不僅控制精度受到限制，而且還造成大量的能源浪費(fèi)和設(shè)備損耗，進(jìn)而導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加，設(shè)備使用壽命縮短，設(shè)備維護(hù)、維修費(fèi)用高居不下。

　　風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)過(guò)程中很難計(jì)算管網(wǎng)管的阻力，更不易考慮到長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生的各種問(wèn)題，因此，通?？偸前严到y(tǒng)的最大風(fēng)量和風(fēng)壓裕度作為選型的依據(jù)，同時(shí)風(fēng)機(jī)的型號(hào)和系列分級(jí)是有限的，所以往往在選取不到合適的風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)就往上靠，使得裕度大于20%-30%的選型較為常見(jiàn)。這些過(guò)大裕度的風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，只有靠調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)或風(fēng)道擋板的開(kāi)度來(lái)滿足生產(chǎn)工藝對(duì)風(fēng)量的要求。

　　采用調(diào)速控制裝置，通過(guò)改變通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而改變風(fēng)機(jī)風(fēng)量以適應(yīng)生產(chǎn)工藝的需要，這種調(diào)節(jié)方式稱(chēng)為風(fēng)機(jī)的調(diào)速控制。風(fēng)機(jī)以調(diào)速控制方式運(yùn)行能耗最省，綜合效益最高。交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方式有多種，變頻調(diào)速是高效的最佳調(diào)速方案，它可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，并可方便地組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)恒壓、恒溫或恒風(fēng)量控制。

　　2、礦井通風(fēng)機(jī)用變頻器的選擇

　　變頻器在礦井通風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用，其作用主要是兩方面，一是在礦井通風(fēng)機(jī)上應(yīng)用變頻器可以提升通風(fēng)機(jī)的使用效率，即有節(jié)能的作用。二是提升了礦井通風(fēng)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制程度，采用閉環(huán)控制方式可以有效提高通風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制程度并提高節(jié)能效果。那么，礦井通風(fēng)機(jī)該如何選用變頻器呢？

　　首先來(lái)說(shuō)，要考慮的是風(fēng)機(jī)在現(xiàn)在的運(yùn)行工況下，是否還有節(jié)能的潛力，如果現(xiàn)在運(yùn)行時(shí)風(fēng)門(mén)已經(jīng)接近全部打開(kāi)才能滿足礦井需要的風(fēng)量，那么這臺(tái)風(fēng)機(jī)就沒(méi)有了安裝變頻的必要；反之，則可以考慮選用變頻器來(lái)調(diào)速。其次，礦井通風(fēng)機(jī)屬于平方轉(zhuǎn)矩類(lèi)負(fù)載，應(yīng)選用適合于通風(fēng)機(jī)使用的通用型變頻器，一般根據(jù)主扇風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的額定電流選用變頻器，變頻器的電壓等級(jí)應(yīng)符合電源與電動(dòng)機(jī)的額定電壓要求，額定輸出電流大于主扇風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的額定電流，另外要注意變頻器經(jīng)常運(yùn)行頻率不能太低，防止電動(dòng)機(jī)溫升過(guò)高。最后，要選用正規(guī)廠家、經(jīng)過(guò)運(yùn)行證明質(zhì)量可靠、售后服務(wù)好的變頻器產(chǎn)品。

　　3、礦井通風(fēng)機(jī)的變頻閉環(huán)控制系統(tǒng)

　　閉環(huán)控制是控制論的一個(gè)基本概念。指作為被控的輸出以一定方式返回到作為控制的輸入端，并對(duì)輸入端施加控制影響的一種控制關(guān)系。在控制論中，閉環(huán)通常指輸出端通過(guò)“旁鏈”方式回饋到輸入。輸出端回饋到輸入端并參與對(duì)輸出端再控制，這才是閉環(huán)控制的目的，這種目的是通過(guò)反饋來(lái)實(shí)現(xiàn)的。閉環(huán)控制是根據(jù)控制對(duì)象輸出反饋來(lái)進(jìn)行校正的控制方式，它是在測(cè)量出實(shí)際與計(jì)劃發(fā)生偏差時(shí)，按定額或標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行糾正的。閉環(huán)控制，從輸出量變化取出控制信號(hào)作為比較量反饋給輸入端控制輸入量，一般這個(gè)取出量和輸入量相位相反，所以叫負(fù)反饋控制，自動(dòng)控制通常是閉環(huán)控制。閉環(huán)控制有反饋環(huán)節(jié)，通過(guò)反饋系統(tǒng)使系統(tǒng)的精確度提高，響應(yīng)時(shí)間縮短，適合于對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，穩(wěn)定性要求高的系統(tǒng)。

3.1礦井通風(fēng)機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　礦井通風(fēng)機(jī)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，其主旨是在于解決現(xiàn)有的通風(fēng)機(jī)不能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行工作狀態(tài)的自我調(diào)節(jié)，存在電能浪費(fèi)及安全隱患的問(wèn)題。礦井通風(fēng)機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)是由包括通風(fēng)機(jī)、變頻器、可編程邏輯控制器來(lái)組成，可編程邏輯控制器配置有反饋信號(hào)采集單元，通風(fēng)機(jī)、變頻器、邏輯控制器和負(fù)反饋采集單元構(gòu)成閉環(huán)控制單元。該系統(tǒng)能實(shí)時(shí)采集礦井瓦斯?jié)舛取L(fēng)機(jī)風(fēng)壓等數(shù)據(jù)對(duì)通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行閉環(huán)控制，提高了智能化程度，有效的節(jié)約了電能，且通風(fēng)機(jī)設(shè)置有過(guò)壓、欠壓、超溫保護(hù)裝置，當(dāng)一臺(tái)通風(fēng)機(jī)單元出現(xiàn)過(guò)壓、欠壓或溫度過(guò)高，可自動(dòng)切換至另一臺(tái)通風(fēng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)了故障情況下智能切換通風(fēng)機(jī)，使得礦井下能夠?qū)崟r(shí)有通風(fēng)機(jī)送風(fēng)，提高了礦井下工作人員的安全系數(shù)。

　　3.2礦井通風(fēng)機(jī)變頻閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成

　　礦井通風(fēng)機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)通常是由通風(fēng)機(jī)、變頻器、可編程邏輯控制器以及負(fù)責(zé)信號(hào)數(shù)據(jù)采集的瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳌毫ψ兯推?、溫度傳感器等組成。(見(jiàn)圖1)礦井通風(fēng)機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)至少包括2套由通風(fēng)機(jī)、變頻器、可編程邏輯控制器以及信號(hào)采集單元構(gòu)成的閉環(huán)控制單元，且每個(gè)閉環(huán)控制電路的可編程邏輯控制器形成互鎖。

　　3.3礦井通風(fēng)機(jī)變頻閉環(huán)控制系統(tǒng)的具體實(shí)施

　　如圖所示，礦井通風(fēng)機(jī)變頻閉環(huán)控制系統(tǒng)包括通風(fēng)機(jī)、控制風(fēng)機(jī)正反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速的變頻器、對(duì)變頻器輸出頻率進(jìn)行控制的可編程邏輯控制器，用于采集反饋信號(hào)的反饋采集單元，包括瓦斯?jié)舛葌鞲衅髋c壓力變送器。

　　可編程邏輯控制器、變頻器風(fēng)機(jī)、瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳂?gòu)成正反饋閉環(huán)C1，且閉環(huán)C1設(shè)為最高優(yōu)先級(jí)，瓦斯?jié)舛葌鞲衅饔糜诓杉c其濃度反饋信號(hào)，當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸^(guò)預(yù)設(shè)值或者上升時(shí)，瓦斯?jié)舛刃盘?hào)就會(huì)反饋給可編程邏輯控制器，可編程邏輯控制器進(jìn)行PID運(yùn)算后控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速加快，即增大通風(fēng)機(jī)的鼓風(fēng)量，降低瓦斯?jié)舛取?

　　可編程邏輯控制器、變頻器、通風(fēng)機(jī)、壓力變送器構(gòu)成負(fù)反饋閉環(huán)C2，且閉環(huán)C2的優(yōu)先級(jí)低于閉環(huán)C1，即當(dāng)瓦斯?jié)舛冗^(guò)高或者是上升的時(shí)候，閉環(huán)C2處于不工作狀態(tài)，只有當(dāng)瓦斯?jié)舛鹊陀陬A(yù)設(shè)值或者是穩(wěn)定不上升的時(shí)候，閉環(huán)C2的壓力變送器將風(fēng)壓信號(hào)傳送給可編程邏輯控制器，如果風(fēng)壓高于預(yù)設(shè)值，那么就下達(dá)指令給變頻器降低通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到節(jié)約電能的目的。通風(fēng)機(jī)與電網(wǎng)之間設(shè)置有緊急啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，當(dāng)閉環(huán)系統(tǒng)如變頻器、可編程控制器、傳感器等出現(xiàn)故障問(wèn)題時(shí)，可以將通風(fēng)機(jī)直接接入電網(wǎng)，進(jìn)行工頻50Hz的直接運(yùn)行。

　　4、結(jié)束語(yǔ)

　　在礦井通風(fēng)機(jī)上應(yīng)用變頻控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)的節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行并通過(guò)由PID或PLC、各類(lèi)傳感器等組成風(fēng)機(jī)變頻閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的綜合自動(dòng)化監(jiān)控。礦井通風(fēng)機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障診斷能力，變頻器控制系統(tǒng)拖動(dòng)通風(fēng)機(jī)可以克服電機(jī)起動(dòng)時(shí)大電流的沖擊，明顯提高通風(fēng)機(jī)的管理水平，保證井下供風(fēng)的安全、合理、穩(wěn)定。