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寶米勒變頻器在礦井通風(fēng)機上的節能應用

bmller 2021-04-02

1、礦井通風(fēng)機

   礦井通風(fēng)機是煤礦生產(chǎn)的重要固定設備,其運行情況直接關(guān)系到煤礦生產(chǎn)的安全。在煤礦生產(chǎn)設備中,通風(fēng)機設備主要用于通風(fēng)系統對井下輸送新鮮空氣,增加井下氧氣濃度并排除井下有害氣體。通風(fēng)系統通常是根據生產(chǎn)需要對壓力、風(fēng)速、風(fēng)量、溫度指標進(jìn)行控制和調節以適應工藝需求和運行工況,而最常用的控制手段則是調節風(fēng)門(mén)、擋板開(kāi)度的大小來(lái)調整受控對象。這樣,不論生產(chǎn)的需求大小,通風(fēng)機都要全速運轉,而運行工況的變化則使得能量以風(fēng)門(mén)、擋板的節流損失掉了。這種調節方式,不僅控制精度受到限制,而且還造成大量的能源浪費和設備損耗,進(jìn)而導致生產(chǎn)成本增加,設備使用壽命縮短,設備維護、維修費用高居不下。

   風(fēng)機在設計過(guò)程中很難計算管網(wǎng)管的阻力,更不易考慮到長(cháng)期運行過(guò)程中發(fā)生的各種問(wèn)題,因此,通??偸前严到y的最大風(fēng)量和風(fēng)壓裕度作為選型的依據,同時(shí)風(fēng)機的型號和系列分級是有限的,所以往往在選取不到合適的風(fēng)機運行時(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)機運行時(shí),只有靠調節風(fēng)門(mén)或風(fēng)道擋板的開(kāi)度來(lái)滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝對風(fēng)量的要求。

   采用調速控制裝置,通過(guò)改變通風(fēng)機轉速,從而改變風(fēng)機風(fēng)量以適應生產(chǎn)工藝的需要,這種調節方式稱(chēng)為風(fēng)機的調速控制。風(fēng)機以調速控制方式運行能耗最省,綜合效益最高。交流電動(dòng)機的調速方式有多種,變頻調速是高效的最佳調速方案,它可以實(shí)現風(fēng)機的無(wú)級調速,并可方便地組成閉環(huán)控制系統,實(shí)現恒壓、恒溫或恒風(fēng)量控制。

2、礦井通風(fēng)機用變頻器的選擇

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

   首先來(lái)說(shuō),要考慮的是風(fēng)機在現在的運行工況下,是否還有節能的潛力,如果現在運行時(shí)風(fēng)門(mén)已經(jīng)接近全部打開(kāi)才能滿(mǎn)足礦井需要的風(fēng)量,那么這臺風(fēng)機就沒(méi)有了安裝變頻的必要;反之,則可以考慮選用變頻器來(lái)調速。其次,礦井通風(fēng)機屬于平方轉矩類(lèi)負載,應選用適合于通風(fēng)機使用的通用型變頻器,一般根據主扇風(fēng)機電動(dòng)機的額定電流選用變頻器,變頻器的電壓等級應符合電源與電動(dòng)機的額定電壓要求,額定輸出電流大于主扇風(fēng)機電動(dòng)機的額定電流,另外要注意變頻器經(jīng)常運行頻率不能太低,防止電動(dòng)機溫升過(guò)高。最后,要選用正規廠(chǎng)家、經(jīng)過(guò)運行證明質(zhì)量可靠、售后服務(wù)好的變頻器產(chǎn)品。

3、礦井通風(fēng)機的變頻閉環(huán)控制系統

   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)現的。閉環(huán)控制是根據控制對象輸出反饋來(lái)進(jìn)行校正的控制方式,它是在測量出實(shí)際與計劃發(fā)生偏差時(shí),按定額或標準來(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,通過(guò)反饋系統使系統的精確度提高,響應時(shí)間縮短,適合于對系統的響應時(shí)間,穩定性要求高的系統。

3.1礦井通風(fēng)機閉環(huán)控制系統的設計

   礦井通風(fēng)機的閉環(huán)控制系統,其主旨是在于解決現有的通風(fēng)機不能根據現場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行工作狀態(tài)的自我調節,存在電能浪費及安全隱患的問(wèn)題。礦井通風(fēng)機閉環(huán)控制系統是由包括通風(fēng)機、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采集單元,通風(fēng)機、變頻器、邏輯控制器和負反饋采集單元構成閉環(huán)控制單元。該系統能實(shí)時(shí)采集礦井瓦斯濃度、風(fēng)機風(fēng)壓等數據對通風(fēng)機轉速進(jìn)行閉環(huán)控制,提高了智能化程度,有效的節約了電能,且通風(fēng)機設置有過(guò)壓、欠壓、超溫保護裝置,當一臺通風(fēng)機單元出現過(guò)壓、欠壓或溫度過(guò)高,可自動(dòng)切換至另一臺通風(fēng)機,實(shí)現了故障情況下智能切換通風(fēng)機,使得礦井下能夠實(shí)時(shí)有通風(fēng)機送風(fēng),提高了礦井下工作人員的安全系數。

3.2礦井通風(fēng)機變頻閉環(huán)控制系統的組成

   礦井通風(fēng)機閉環(huán)控制系統通常是由通風(fēng)機、變頻器、可編程邏輯控制器以及負責信號數據采集的瓦斯濃度傳感器、壓力變送器、溫度傳感器等組成。(見(jiàn)圖1)礦井通風(fēng)機閉環(huán)控制系統至少包括2套由通風(fēng)機、變頻器、可編程邏輯控制器以及信號采集單元構成的閉環(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。

                       

                                                                    圖1

3.3礦井通風(fēng)機變頻閉環(huán)控制系統的具體實(shí)施

   礦井通風(fēng)機變頻閉環(huán)控制系統包括通風(fēng)機、控制風(fēng)機正反轉和轉速的變頻器、對變頻器輸出頻率進(jìn)行控制的可編程邏輯控制器,用于采集反饋信號的反饋采集單元,包括瓦斯濃度傳感器與壓力變送器。

   可編程邏輯控制器、變頻器風(fēng)機、瓦斯濃度傳感器構成正反饋閉環(huán)C1,且閉環(huán)C1設為最高優(yōu)先級,瓦斯濃度傳感器用于采集與其濃度反饋信號,當瓦斯濃度超過(guò)預設值或者上升時(shí),瓦斯濃度信號就會(huì )反饋給可編程邏輯控制器,可編程邏輯控制器進(jìn)行PID運算后控制風(fēng)機轉速加快,即增大通風(fēng)機的鼓風(fēng)量,降低瓦斯濃度。

   可編程邏輯控制器、變頻器、通風(fēng)機、壓力變送器構成負反饋閉環(huán)C2,且閉環(huán)C2的優(yōu)先級低于閉環(huán)C1,即當瓦斯濃度過(guò)高或者是上升的時(shí)候,閉環(huán)C2處于不工作狀態(tài),只有當瓦斯濃度低于預設值或者是穩定不上升的時(shí)候,閉環(huán)C2的壓力變送器將風(fēng)壓信號傳送給可編程邏輯控制器,如果風(fēng)壓高于預設值,那么就下達指令給變頻器降低通風(fēng)機轉速,達到節約電能的目的。通風(fēng)機與電網(wǎng)之間設置有緊急啟動(dòng)開(kāi)關(guān),當閉環(huán)系統如變頻器、可編程控制器、傳感器等出現故障問(wèn)題時(shí),可以將通風(fēng)機直接接入電網(wǎng),進(jìn)行工頻50Hz的直接運行。

4、結束語(yǔ)

   在礦井通風(fēng)機上應用變頻控制技術(shù),可以實(shí)現通風(fēng)機的節能經(jīng)濟運行并通過(guò)由PIDPLC、各類(lèi)傳感器等組成風(fēng)機變頻閉環(huán)控制系統,實(shí)現礦井通風(fēng)系統的綜合自動(dòng)化監控。礦井通風(fēng)機閉環(huán)控制系統具有很強的實(shí)時(shí)監測和故障診斷能力,變頻器控制系統拖動(dòng)通風(fēng)機可以克服電機起動(dòng)時(shí)大電流的沖擊,明顯提高通風(fēng)機的管理水平,保證井下供風(fēng)的安全、合理、穩定。


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