煤矿井下通风机变频调控方案的应用研究

2020-08-21班耀武

机械管理开发 2020年7期

班耀武

（阳泉煤业集团翼城东沟煤业有限公司，山西临汾 041000）

引言

由于井下地质环境复杂，在综采作业过程中的风阻特性变化大，而传统通风控制系统的控制反应滞后，无法满足通风系统快速调整的需求，导致在实际运行过程中风机常常设定在最大功率运行，虽然在一定程度上确保了井下通风的安全性，但也给矿井通风系统的运行经济性造成了极为不利的影响。因此本文研究一种将传统的以井下定转速通风控制为基础的通风控制方案，改为采用通风风量和井下瓦斯浓度为反馈信号的矿井通风变频调速方案。

1 矿井通风变频调速方案

根据煤矿井下通风控制需求，该矿井通风变频调速系统主要由PLC 控制模块、BP 神经网络模块、变频调速模块、多传感器监测模块等构成，各个控制模块之间采用了现场数据总线模式[1]，构成了监测—反馈—计算—调节的闭环调控系统，设置在井下巷道内不同区域的风速、瓦斯浓度传感器等对井下的通风情况进行实时监测，将监测结果传输到控制中心内进行数据分析和计算，然后根据计算结果输出通风机的变频调速信号，进而实现对通风系统转速和风量的调整，该变频调速控制系统整体结构如图1 所示。

由图1 可知，该变频调速系统中，该PLC 控制中心主要由PLC 控制模块和BP 神经网络控制模块两个部分构成，BP 神经网络主要用于对多类别传感器的监测情况进行对比分析，构建通风机运行状态和井下风量、瓦斯浓度之间的非线性映射关系，降低煤矿井下复杂地质环境下风阻变化对通风稳定性和安全性的影响，满足矿井通风安全性和稳定性的需求。

图1 变频调速控制系统整体结构示意图

多传感器监测模块是矿井通风控制系统的眼睛，主要用于对煤矿井下巷道内的风速和瓦斯浓度等进行实时监测，将监测结果经过初步筛选后传输到PLC 控制中心进行进一步的分析，是通风调控系统的调控基础，直接影响调控系统的运行稳定性和经济性。

2 通风系统的变频控制结构

通风系统的变频控制是通风系统的执行机构，用于输出变频调节信号，满足通风机在不同工况下的变频控制需求，以某矿井通风系统为例，其采用了两组90 kW 的通风机，一备一用，采用了一拖一的控制模式，为了确保对该通风系统的控制效果，在系统中增加了MM430 型变频控制器[2]，变频器和控制中心的通信采用了现场总线结构。通风机在运行过程中的转速和输出功率是成正比的，因此在控制系统中通过设定值接口输入神经网络系统的调节控制频率信号，然后利用调节模块RL1、RL2、RL3设定通风机运行时的工作频率的上限值和下限值，从而实现在设定的频率范围内对通风机运行转速和功率的灵活调整，当井下的瓦斯浓度低时适当的降低通风机运行功率，当井下瓦斯浓度升高时则及时增加通风机的运行转速，提升通风系统的通风量，确保井下巷道内瓦斯浓度维持在一个合理的范围，提高井下综采作业安全性和通风机运行的经济性、灵活性，该通风系统的变频控制结构如图2 所示[3]。

图2 矿井通风系统变频控制电路示意图

3 风量自动控制系统结构

为了实现对风机运行状态的控制，同时便于对现有老旧通风系统进行经济性改造，根据实际验证，采用在现有通风系统基础上，将原有控制器和变频控制电路进行并联，形成一个简易的、具有工频和变频双回路控制的风量控制系统，为了避免控制过程中原有通风机的风门对风量控制的影响，选择将风门控制回路切断，直接采用控制中心集中控制的方案。

对通风系统运行情况的控制，则主要是通过上位机组态软件控制之下，通过集控系统进行集中控制，实现对井下风机运行情况的远程监测，该系统能够对变频器输出变频功率情况和风机运行情况进行不间断监测和对比，并对通风机运行状态进行修正，能够满足自动和手动控制下的井下通风控制需求，在系统中设置有过电流、过电压、声光报警等功能，满足故障时的及时报警需求。根据实际应用表明该变频调控系统抗干扰能力强、稳定性高，通风机工作时能耗比传统运行情况可降低27.5%，该通风系统的反馈回路控制系统如图3 所示[4]。