周繼松

摘 要：我國煤礦的風機主要是防爆軸流礦用大型主扇通風機，功率大，耗電多，其控制方式多為現(xiàn)場人工起停控制，人工觀察運行狀況，特別是煤礦下面通道的風量風壓等參數(shù)的監(jiān)測許多用戶還是現(xiàn)場人工監(jiān)測，地面控制室不能實時監(jiān)控。文章通過實例說明節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的原理、優(yōu)點、實際應用及產(chǎn)生的經(jīng)濟和社會效益，并推廣應用。

關(guān)鍵詞：煤礦風機；監(jiān)控系統(tǒng)；節(jié)能

1 概述

我國煤礦的風機主要是防爆軸流礦用大型主扇通風機，功率大，在工程設計時出于安全考慮，以及根據(jù)反風及開采后期風量加大等運行工況，所設計的通風量及拖動的電動機的功率，通常遠大于煤礦正常生產(chǎn)所需的運行功率，即選用過大的安全裕量，耗電多，其耗電量通常占企業(yè)用電量的17%左右。其控制方式多為現(xiàn)場人工起?？刂?，人工觀察運行狀況，特別是煤礦下面通道的風量風壓等參數(shù)的監(jiān)測大多還是現(xiàn)場人工監(jiān)測，地面控制室不能實時監(jiān)控，因此在節(jié)能的同時推廣采用監(jiān)控系統(tǒng)，可以完美解決這些問題，實現(xiàn)控制自動化，同時產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。

2 煤礦風機的節(jié)能原理

風機在管路特性曲線工作時，所需的功率正比于壓力與流量的乘積。由于工藝要求需減小風量，實際上通過增加管網(wǎng)管阻，使風機的工作點移動，風壓增大。這種調(diào)節(jié)方式控制雖然簡單、但功率消耗大，不利于節(jié)能，是以高運行成本換取簡單控制方式。此類風機電機耗電功率與其轉(zhuǎn)速的三次方成正比（即與電源頻率的三次方成正比）。因此，改變其轉(zhuǎn)速就可改變耗電量。若采用變頻調(diào)速，風機轉(zhuǎn)速由n1下降到n2，流量和壓力下降很少，而功率降低很多，非常明顯。

3 節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦風機上應用的優(yōu)點

（1）節(jié)約大量電能，一般節(jié)電率20-40%左右。（2）由于節(jié)約大量電能，因此減少了CO2的排放量，減緩地球的溫室效應，為保護環(huán)境做出應有的貢獻。（3）由于節(jié)約大量電能，為企業(yè)降低了運營成本，增強了企業(yè)的競爭力。（4）設備的自動化程度提高，實現(xiàn)軟起動，軟停止，沒有電流和機械沖擊，減少磨損，降低電流，延長設備的使用壽命。（5）采用監(jiān)控系統(tǒng)，風機運行的各項參數(shù)，比如：井下通道內(nèi)的風量和風壓及風向，風機運行時的電流和電壓及運轉(zhuǎn)方向，風機上各個軸承的溫度等，都可在中央控制室實時監(jiān)控，為安全生產(chǎn)提供有力保障。

4 結(jié)合實例闡述節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦風機上的應用

4.1 該礦煤礦風機的基本情況

山西長治雄山礦其中一個礦區(qū)的煤礦風機，采用的是防爆軸流礦用BDK系列大型主扇通風機，共兩組（每組兩臺電機，一用一備），功率為132KW*2臺和75KW*2臺，電壓為660V，原來是自藕降壓起動。根據(jù)實際需要，有時開兩組，有時開一組。由于四季的交替，冷熱的變化，以及開采的不斷延伸和其它情況所帶來的變化，所需的風量也將不斷調(diào)節(jié)。但煤礦原根據(jù)反風及開采后期運行工況所設計的通風及拖動的電動機的功率，遠大于煤礦正常生產(chǎn)所需的運行功率。針對礦井實際的風量需求，采用調(diào)節(jié)垂直風門開啟度實現(xiàn)風量調(diào)整，造成能源浪費。另外，該礦區(qū)風機的運行為現(xiàn)場人工起?？刂疲斯び^察運行狀況，風量風壓等參數(shù)的監(jiān)測還是現(xiàn)場人工監(jiān)測。

4.2 該礦煤礦風機進行節(jié)能監(jiān)控改造的框圖

4.3 1#風機節(jié)能控制柜介紹

4.3.1 具有節(jié)電市電轉(zhuǎn)換功能：因為煤礦風機能否正常運行直接關(guān)系到煤礦的安全生產(chǎn)。然而任何設備都會可能出現(xiàn)故障，所以要求在節(jié)電出現(xiàn)故障時能夠快速切換到市電運行。在這里，我們采用兩種方式進行節(jié)電和市電的轉(zhuǎn)換。

4.3.2 就地正向起停和反向起停功能。

4.3.3 就地加速和減速功能，方便現(xiàn)場調(diào)速。

4.3.4 與PLC柜的各種接口：采用無源干接點隔離信號，包括去PLC柜的運行狀態(tài)信號（電源、節(jié)電、市電、故障、運行、停止等），以及接收來自PLC柜的信號（遠程起動、停止、復位、加速、減速、正反向等）。

4.3.5 去原控制柜的連鎖信號，保證在正確選擇運行方式（節(jié)電或市電及遠程或近控）后才能起動風機。

4.3.6 去2#風機節(jié)能控制柜的連鎖信號：根據(jù)該礦區(qū)的實際情況，在原工程設計時要求，如果兩組風機都開必須同時加速或減速。

4.3.7 控制電源的轉(zhuǎn)換：將AC660V轉(zhuǎn)換為AC220V。

4.3.8 變頻節(jié)能單元的選擇：選擇AC660V級別的，同時配有相應的輸出電抗器。

4.4 2#風機節(jié)能控制柜介紹

2#風機節(jié)能控制柜控制75KW風機，其主要功能與1#風機節(jié)能控制柜基本相同。不同的是，在與1#風機節(jié)能控制柜進行連鎖時，為了同步，它只接收來自1#柜的連鎖信號（加速或減速）。

4.5 PLC控制柜介紹

關(guān)于PLC控制柜，我們選用西門子PLC，其中包括：1個主模塊和3個擴展模塊。

其輸入信號包括：1#柜的運行信號、停止信號、節(jié)電信號、故障信號、給定轉(zhuǎn)速信號、實際轉(zhuǎn)速信號，2#柜的運行信號、停止信號、節(jié)電信號、故障信號、給定轉(zhuǎn)速信號、實際轉(zhuǎn)速信號，風量傳感器信號，風速傳感器信號，正壓傳感器信號，負壓傳感器信號，各類溫度傳感器信號等。

其輸出信號包括：起動信號、停止信號、正向信號、反向信號、加速信號、減速信號、復位信號等。

另外，根據(jù)用戶的實際情況，為了供電的可靠性和減少干擾，我們沒有選擇由AC660V變換來的AC220V電源，而是選擇單獨的另外一路AC220V電源作為PLC柜的供電電源。

4.6 主要傳感器介紹及選擇要求

主要傳感器包括：風量傳感器信號，風速傳感器信號，正壓傳感器信號，負壓傳感器信號，溫度傳感器信號等。其中溫度傳感器包括：監(jiān)測風機的各個軸承的溫度傳感器8個，井下通風道內(nèi)的溫度傳感器2個。

在選擇各類傳感器時，必須選用符合煤礦安全要求的防爆型傳感器，且質(zhì)量必須可靠。

4.7 監(jiān)控系統(tǒng)介紹

4.7.1 硬件選擇：該項目的監(jiān)控系統(tǒng)使用的工控機為研華610工控機，同時配備研華ADAM4520轉(zhuǎn)換接口。

4.7.2 監(jiān)控軟件：選擇北京昆侖軟件，64點。

4.7.3 通訊方式：通訊距離大約800米，選擇485串口通信方式。

4.7.4 監(jiān)控界面設置：

顯示界面：顯示風機運行狀態(tài)（電源、節(jié)電、市電、故障、運行、給定轉(zhuǎn)速、實際轉(zhuǎn)速、風量、風速、正壓、負壓、各類溫度等。）

控制界面：遠程起動、停止、復位、加速、減速、正向、反向等按鈕）。

文檔界面：包括各項監(jiān)控數(shù)據(jù)的歷史記錄等。

5 節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦風機上的應用成果及推廣

該節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)在安裝調(diào)試正常運行后，設備的自動化程度得到提高，減輕了工人的勞動強度，加強了煤礦的安全生產(chǎn)，同時節(jié)約大量電能?？蛻糇约和ㄟ^電表對132KW風機的市電及節(jié)電運行的實際用電檢測，平均節(jié)電率為30%，每年為國家節(jié)約標準煤大約100噸（3000 kwh =1噸標準煤）。因此建議煤礦行業(yè)或者其它行業(yè)對還沒有改造的風機用戶進行推廣，從而產(chǎn)生更大的經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻

[1]吳民強.泵與風機節(jié)能技術(shù)問答[M].北京：中國電力出版社，1998.