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变频调速技术在煤矿通风机自动化控制中的应用研究

2020-07-23陈春林

农家科技下旬刊 2020年6期
关键词:变频调速自动化控制煤矿

摘 要:随着电子控制技术的全面发展,可以合理应用交流变频调速技术,通过此项技术应用,能实现通风机电动机无级调速,对风量传递实现有效控制,实现矿井生产节支降耗的发展目标。本文主要探讨变频调速技术在煤矿通风机自动化控制中的应用,以期更好的控制煤矿企业生产成本,扩大企业经济效益。

关键词:变频调速;煤矿;通风机;自动化控制

在矿井开采中,通风机必须做到全年不间断运转,功率大、耗电量大。通风机的总耗电量在矿井总耗电量中约占15%~20%,在有些矿井甚至占到30%以上。传统通风机多为异步电机拖动,通过恒转速来进行控制,利用风门或蝶阀节流耗能降低风量,这样的操作在很大程度上造成能量浪费,利用率低下。因此,设计出一套安全高效节能的通风机控制系统是确保矿井安全高效开采的重要任务。

一、变频器对煤矿通风机的作用

(一)稳定通风机电压频率

变频器是通过将电机电流频率进行转换,使通风机电流处于一个稳定的安全区间之内,通过稳定电源电压使通风机避免井下电压的波动而产生停转、烧毁等故障,对通风机电压和频率的稳定与调节,不仅可以实现对通风机的控制而且还可以实现通风机运行功率与消耗电能相匹配,不仅节省了能源耗费,而且大大提高了井下生产的稳定性。

(二)扩大通风机调速区间

煤矿井下通风机传统的调速模式是通过对通风机的风速调节阀门来实现对通风机风速的调节,但是这种利用缩小通风机运转速度的方法实现对通风机风速调节的模式对通风机电机有着极大的损害,在额定电压通风机电机工作状态下,如果单凭缩小通风机运转速度的方法容易使通风机电机在运行过程中极度发热,甚至引起电机的烧毁。由于通风机在一定的电压区间内都可以运转,因此这樣的装置也可以加大通风机的调速区间,而不仅仅是传统意义上通风机的三到五个挡位的风速调节区间。

(三)辅助通风机节能降耗

通风机电机在未设置变频器的情况下,启动瞬间电流的增大对通风机电机产生巨大的影响,甚至发生电机烧毁的严重故障,对电机寿命带来不利影响,同时,瞬间电流的增大也对煤矿井下局域电网产生较大的冲击力,甚至造成电路短路、烧毁等严重现象。变频器的安装与使用可以有效调节电机启动时的瞬间电流,启动时的电流也不会超过通风机电机的额定电流,有效保护了通风机电机的运行安全,延长通风机使用寿命,同时,变频器对通风机启动电流的控制和调节也可以缓解局部电网压力,避免线路故障的发生。

二、煤矿通风机变频调速的应用研究

(一)变频器与PLC选用

变频器合理选取对提升通风机基本运行性能以及节能成效具有重要促进作用。目前应用较多的变频器主要能分为交-直-交变频器与交-交变变频器两种。前者是间接式变频器,基于工频电流转为直流之后再转为可调电流,后者是直接式变频器,是将工频电流转为可调电流。现阶段对矿井生产基本要求以及通风机基本特性提出了更高要求,比如选用CS800-04系列变频器,此类信号变频器实际输出功率值能达到260kW,基本运行频率能保持在0~400Hz,其具有良好的过载、过速、过压保护作用。

PLC主要是由电源、存储器、中央处理器等部分组成,其中,中央处理器能对数据有效控制,存储多项程序,对各类故障进行精确化判断,对错误信息进行有效处理,属于PLC控制核心部分。结合实际应用要求可以选取S7-200型PLC,从实践应用中能得出其运行安全性较高,尺寸较小,消耗成本较低,计算速度较快,便于更换。

(二)PLC变频调速系统的设计

本系统为实现风机运行数据的采集,主要采用风速传感器、瓦斯传感器与震动传感器等。由于井下环境特殊,所以传感器均采用本质安全型,使用电缆连接。如图1所示,PLC控制系统中主要有各个子程序、主程序以及中断程序等组成,其中主程序中多个组成程序能对电动机变频调速进行有效控制。中断程序以及子程序能实现控制系统的有效保护,对启动程序进行初始化检查。

PLC主程序启用之前,要通过各个子程序进行有效自检。通过稳定启动主程序能对变动机采取变频调速控制,通过对煤矿施工现场瓦斯现状进行监控,保障PLC控制程序能有效启停。依照相关规定要求,在电动机周边对瓦斯浓度进行有效控制,瓦斯浓度较高时需及时切断电源。由于煤矿开采现场环境要素具有多变性,随着开采面不断延伸,挖掘区域瓦斯浓度会进一步变化,所以要在瓦斯浓度区域设定对应的电源频率,依照通风量控制对现场用风量进行调控。

三、应用成效分析

通风机在未全面应用变频调速之前月耗电量是12.2万kWh,而通过实施变频调速之后,经实践检测发现耗电量有效降低了7万kWh,其实际节约电费量较多。由此可得,通过变频调速可以全面控制通风机耗费的电能,其次应用变频调速技术,能保障通风机稳定运行,延长应用寿命,对控制煤矿生产成本具有重要意义。同时,应用该技术,能保障煤矿现代化生产效率以及智能化生产水平全面提升,并能对矿山生产电能资金投入进行控制,推动现代化煤矿全面发展。

此外,还应根据风压和风量的数值,对通风机的叶片位置进行合理调节,提高变频通风设备的使用安全性。在矿井下,还应定期地开展反风演习工作,避免出现紧急情况下通风机不能正常工作的情况。

四、结束语

通过变频调速可大幅度节约通风机所耗电能。另外,通过变频调速技术的应用,可有效提高通风机的运行稳定性和使用寿命,对于煤矿节支降耗具有重要的作用。通过调节通风机的电流频率来实现通风机风速、运转功率与耗费电能相匹配,实现通风机节能降耗,促进煤矿企业效益的提高。

参考文献:

[1]贾小涛.煤矿主通风机变频控制系统的优化研究[J].自动化应用,2020(03):30-31.

[2]高盼峰.基于PLC的煤矿通风机变频调速控制系统的设计[J].机械管理开发,2019,34(11):201-202.

[3]路伟.变频节能技术在煤矿通风机中的应用[J].机械管理开发,2019,34(10):233-234.

[4]李德军.变频控制技术在煤矿机电中的应用[J].电子技术与软件工程,2019(15):107-108.

作者简介:陈春林(1984-1)男,贵州六枝,六枝特区应急管理局,机械设计制造及其自动化(机电)。

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