煤矿通风机智能变频调速控制系统设计

贺慧龙

（山西兰花科创玉溪煤矿有限责任公司，山西晋城048000）

由于提升了井下综采作业的有关技术，增加了巷道的长度与综采作业的深度，井下的气流没有较好的流通性，就会对综采作业是否安全有很大影响。矿井通风系统的作用就是将新鲜空气不间断地输送到井下，并排除所有有害气体与粉尘，井下综采作业是否安全也是由矿井通风系统是否可靠与安全所决定的。现在，矿井通风系统使用的运行模式是不间断、连续的模式，可是因为控制模式一点也不先进，所实施的控制也不是智能化的，反应速度比较慢、有比较高的功耗、调速性能比较差，不能使安全通风这一要求得到满足。在本文中，将新型矿井通风机智能变频控制系统提出来，并分析了其控制逻辑、通风系统的布置结构等。

1 分析矿井通风系统的布置结构

由于要对矿井通风系统可靠通风的需求进行满足，第一步要做的就是调整其结构，将闭环监测系统进行增加，可以很好的判断与智能监测井下的空气情况，进而自动将数据方面的信息进行分析与更新，第二步就是将变频控制器加设到系统中，变频控制器可以灵活控制通风机正常运行时的状态，可以对情况不同时灵活通风方面的有关需求进行满足，图1就是变频通风系统结构示意图。

图1 变频通风系统结构示意图

从图1中能够发现，使用到通风机智能控制系统中的控制结构是模块化的，直接把其输送至控制中心，并且控制中心与巷道中气体情况相结合，来判断风机运行状况。进而将转换信息发出来，直接把调整信号输送至变频器中，在对变频器的输出进行控制，就可以很好的调整通风机的运行情况的动态。

2 监测逻辑与控制

由于要对矿井通风系统可靠通风的需求进行满足，而对操作台控制、就地控制、上位机控制进行了设置，可以在情况不同时，就控制方式进行选用，使系统控制更加灵活。通常用上位机控制来将系统运行进行完成，使用到调试系统阶段的是操作台控制，在有紧急状况出现在井下时，所使用的控制就是就近控制。

由于要对固有控制方案在风门对风量进行调节降低了控制准确度的问题进行解决，而将变频器调节引入进来，使所调整的风量更加准确与自动。当运行控制阶段时，传感器设备会收集现场和风机的所有信息，进而把所收集到的信息输送至PLC 控制中心，充分利用控制逻辑来分析，且控制逻辑是之前就进行设置好的，这样就可以把井下通风所处的环境与风机的运行情况直接在控制中心上进行显示，对人员的监控有很大帮助；还可以预警和标示数据中的异常部分，对工作人员充分了解与分析煤矿的通风系统通风与运行状况有很大帮助，使通风系统更加可靠与稳定。

因为井下环境变化比较大，所以，为了确保准确调整其通风情况，而对PID闭环控制逻辑进行了引入，图2就是其通风系统闭环控制逻辑示意图。

图2 通风系统闭环控制逻辑示意图

在控制定值被PLC控制系统所给出之后，让PID控制模块来分析。继而在和通风机数据监测系统进行监测所得出的结果相结合，并对比这2种数据，偏差量就可以获取了，在按照已设置好的修整逻辑，来修正数据的状态，将已经优化的调节控制逻辑直接输出至变频器，这样使其调节的更加准确。

3 通风机变频调速的硬件控制

由于煤矿的通风系统正常运行的环境不简单，在稳定性的控制方面有很高的要求，所以，为了将通风机智能变频控制在安全方面的要求进行满足，对可编程控制器进行了使用，且可编程控制器的型号是S7-412-5H，其所使用的设计特征是冗余的CPU 结构，可靠性非常高，若有故障出现在运行中，那么其有关数据就会被系统自动传输至控制器中，且控制器是备用的，并由该控制器来将主CPU的有关工作进行接替，确保其控制更加稳定。图3就是通风机变频调速硬件控制流程图。

图3 通风机变频调速硬件控制流程图

在此通风控制系统中，最主要的就是变频控制器，主要是对通风机运行情况进行控制，进而来智能调整井下的风压、风速、风量。由于要对其操作台控制、就地控制与上位机控制中的有关需求进行适应，并选取工业以太网高速数据通信系统来控制通信模块与变频器，该系统可以对数据传输的有关需求得到满足，数据的传输是大容量与高速的，将DP通信接口使用到所有数据接口位置，所具有的优点是比较高的通信效率、较大的数据传输量。

所使用的变频器是无谐波变频器且是西门子的，可以与数据控制中心连通、较高的可靠性、可以自动调整电机的运行参数的有关需求进行满足，能够将变频控制时的不利转矩脉动与谐波进行消除，使其控制更加可靠与稳定。

4 通风监测系统的结构

在该通风系统中，其运行具有可靠性的中心就是检测井下通风情况与风机的运行情况所具有的可靠性，所以，将传感器检测结构设置在此通风机智能变频控制系统内，且传感器检测结构是比较完善的，可以实时监测井下巷道所处环境、通风机、上位机、通风系统。此监测系统可以自动分析与调整接收的所有数据信息，并把所有数据用柱状图、曲线图、图表等形式进行显示，且将显示到上位机中的控制中心中，并以所显示的数据，来促进操作人员对其运行状态进行判断，更具有直观性。

由于要对可靠性的监测的有关需求进行满足，最大程度地将监测时所产生的误差降低，使所布置的所有传感器的具体的分析更加准确，就决定将电压、电流传感器，振动、温度传感器等设置到驱动电机中，可以实时监测驱动电机所处的运行情况，将一氧化碳浓度传感器、粉尘传感器、瓦斯浓度传感器等设置在综采面中没有较强空气流动的位置，可以使所监测的所有信息更加准确。服务器可以将监测系统所接收的所有数据信息进行储存，使数据的查询更加方便，若有异常出现，那么数据系统就会报警并自动调整异常的状态，经过优化风机的运转速度，来使井下通风更加安全。图4就是通风监测系统结构示意图。

图4 通风监测系统结构示意图

现在，不少煤矿中都使用了通风机智能变频控制系统，按照监测得知，通风机智能变频控制系统可以降低调速控制时间，从22.7s 下降到2.6s，大概下降了88.4%。当进行运行时，可以降低每天的平均耗电量，从1149.3kW·h 下降到878.1kW·h，大概降低了23.6%，使其运行更加可靠与稳定。

5 结束语

现在的通风系统中无较快的反应速度、有比较高的功耗、调速性能比较差的问题不能使安全通风这一要求得到满足。因此，在本文中，将新型矿井通风机智能变频控制系统提出来了，并分析与研究了其控制逻辑、通风系统的布置结构等，结果发现：

（1）将操作台控制、就地控制及上位机控制设置在系统中，可以按照情况的不同，来对控制方式进行灵活选用，使系统控制更加灵活；

（2）在系统中，最核心的就是PID 闭环控制与变频器控制，可以按照巷道中实际环境，来对其通风情况进行灵活调整；

（3）该系统可以降低调速控制时间与运行耗电量，并分别下降了88.4%、23.6%。