自動通風變頻裝置方案

1、礦用局扇自動通風變頻裝置技術方案 礦用局扇自動通風變頻裝置技術方案2013.06.16目錄1 項目概況2 裝置描述3 控制方案介紹4 節(jié)能分析5 裝置主要特點及功能1 項目概述：礦用局扇自動通風變頻裝置主要功能是通過井下傳感器或井下采集分站采集的各種參數(shù)（如各種需監(jiān)控各種氣體，風速風量等），自動控制局扇風機轉速，對其進行調(diào)節(jié)，以達到礦井局部通風按需供風，自動調(diào)節(jié)，安全節(jié)能的作用，主要有以下優(yōu)點：1. BPJ-150/660F礦用隔爆兼本質(zhì)安全型交流變頻調(diào)速裝置（以下簡稱調(diào)速裝置）是我公司開發(fā)的新一代局部通風機自動調(diào)速裝置,適用于煤礦井下具有瓦斯、煤塵爆炸危險的場合。該產(chǎn)品改善局部風機通風性能，

2、避免了一風吹造成的瓦斯事故。自動檢測掘進頭及混合風濃度調(diào)節(jié)風量（在低瓦斯礦主要根據(jù)風量進行調(diào)節(jié))。該產(chǎn)品獨立控制，即可做主機也可做備機設定，故障自動切換。較以往產(chǎn)品優(yōu)化了結構，方便維修維護，大大降低了使用門檻和維護工作量，提高了使用效率，節(jié)約維護時間。2. 調(diào)速裝置選用ABB高性能進口變頻器，在控制核心PLC的控制下，根據(jù)瓦斯?jié)舛刃盘枺ㄔ诘屯咚沟V主要根據(jù)風量進行調(diào)節(jié))，在保證風量供給及瓦斯?jié)舛炔怀^規(guī)定安全值為條件，自動調(diào)節(jié)電機轉速，同時在進風口滿足其它有害氣體如CO2，CO等不超標的前提下，對掘進面有害氣體進行監(jiān)控及排放控制，做到依需供風，降低了風機耗能，達到節(jié)能效果。并同時抑制了掘進面因風

3、速過大而導致的煤塵飛揚，改善了工作環(huán)境。3. 具有手動和自動工作模式，及主備自動切換，風電閉鎖，瓦斯電閉鎖，大大提高了設備的可靠性，保證了局扇的不間斷運行。4. 可以通過較大容量風機通風，經(jīng)變頻器調(diào)速控制風機，在不增加電能損耗的狀況延長局扇風機風管長度，減少拆裝次數(shù)，降低工作量。備注：對于是能否通過局扇風速控制降低采掘面粉塵的問題，我們在神東保德礦和錦界礦進行了調(diào)研，目前使用的局扇通風機在均為全速送風，據(jù)井下做業(yè)工人反應加大通風對粉塵影響不大，并且有可能加大份塵懸浮時間，目前在使用專門的除塵風機情況下，粉塵也并沒有得到很好處理，兩礦負責通風的總工均不認可可以通過局扇風速控制降低采掘面粉塵的問題

4、，只有通過試驗來確定調(diào)整局扇風速對掘進面粉塵影響在確定是否加入控制。2 裝置描述：本系統(tǒng)適用于煤礦井下，用于掘進頭、采掘面，采用一拖2的方式，適用于總容量2x75KW及以下雙對旋局扇風機的控制。 環(huán)境要求 ：（a）使用于有瓦斯和煤塵爆炸性危險的煤礦井下（b）周圍環(huán)境溫度 0 - +40（c）海拔高度不超過 2000m.（d）相對濕度不大于95%（+25）（e）環(huán)境大氣壓80KPa-106KPa（f）無劇烈振動沖擊場所 技術指標：BPJ-150/660F礦用隔爆兼本質(zhì)安全型交流變頻調(diào)速裝置技術指標 額定輸入電壓  AC660V    &

5、#160;  輸入電壓范圍 士10 % 額定輸入頻率 50 Hz, 輸出額定輸出電壓 660V 輸出頻率范圍5一50 Hz. 輸出頻率分辨率 0.01 Hz 輸出頒率穩(wěn)定精富 士0.1% 額定輸出功率 150kW 輸出力矩 正比于于或但定 過載能力  120 %  1分鐘180%立即保護 加減速時間 0.1一3200秒，可設定 診斷   開機自檢，運行中買時

6、檢測診斷 環(huán)境溫度 0一40°C 相對濕度   最高90%無凝露 海拔高度   一般不超過1000米 防護等級符合EXd，煤安防爆標準 冷卻方式 風冷 人機界面  觸摸屏外型尺寸：系統(tǒng)原理圖：裝置自帶隔離開關，真空接觸器及保護裝置，無需另外配備開關，自成一體，通過設置選擇，既可以當主機也可以當備機使用，具有雙機熱備、主、輔風機自動切換，數(shù)據(jù)上傳監(jiān)控，瓦斯電閉鎖、風電閉鎖功能等功能。3 控制方案介紹：我們在局扇自動化控制主要基于兩個主要方面：1. 井下風流速

7、度的控制：井下局扇通風，必須以井巷的風流速度不超最大允許值為前提，通過風流速度傳感器控制檢測風速做為第一判定條件，PLC控制變頻器驅(qū)動電機的轉速，使巷道內(nèi)風流速度在不超過最大允許值的條件下，送風及排放有害氣體。該最大允許值可根據(jù)下表標準按照實際情況設定。 控制框圖：2.通過各種傳感器檢測井巷主要氣體含量，在不超過井巷風流允許速度的前提下，自動調(diào)節(jié)局扇轉速，使巷道空氣質(zhì)量達到煤礦安全規(guī)程中的要求。檢測以下幾種主要氣體的含量并加以控制調(diào)整。根據(jù)用戶需求也可增加其它氣體檢測并控制。 其中瓦斯做為主要控制反饋信號通過PID設定值進行調(diào)整局扇轉速，當其它幾種氣體大于或小于允許濃度90%時，自動轉入允許最

8、大風流控制，使送風量在最大狀態(tài)下送風，當超出標準氣體降低到允許值的80%后，再轉入瓦斯自動調(diào)整狀態(tài)。 瓦斯自動控制工作原理：如圖所示風機調(diào)速裝置配接三只瓦斯傳感器：T1：迎頭瓦斯傳感器T2：回風處瓦斯傳感器T3: 回風巷混合風流瓦斯傳感器在回風巷混合風流瓦斯傳感器T3處瓦斯?jié)舛炔怀迺r，調(diào)速裝置自動進入自控通風狀態(tài)。以T3處瓦斯傳感器濃度不超限為主要控制原則，當T3傳感器瓦斯?jié)舛戎党^設定值時，風機調(diào)速裝置減小輸出頻率，風機減小輸出風量，控制工作面到T3處的瓦斯排出量，隨著新鮮風流的注入而稀釋，T3點的瓦斯?jié)舛染蜁饾u減小到安全值以下，此時風機調(diào)速裝置加大輸出頻率，風機加大風量排出工作面和回風

9、處的瓦斯，如此循環(huán)往復，以達到最大效率安全排放瓦斯的目的。若T3處瓦斯傳感器濃度不超設定值，此時T1、T2處瓦斯傳感器濃度值越大，風機調(diào)速裝置輸出頻率越大，風機輸出風量越大。依據(jù)工作面瓦斯?jié)舛葌鞲衅鱐1、回風處瓦斯?jié)舛葌鞲衅鱐2所檢測的瓦斯?jié)舛?，調(diào)速裝置根據(jù)瓦斯?jié)舛鹊拇笮∽詣诱{(diào)節(jié)風量，T1、T2濃度變小，則局扇減速;T1、T2濃度變大，則局扇加速，避免瓦斯超限，解決了因為風機全負荷恒定轉速運轉而造成的巨大浪費。四節(jié)能分析： 風機的風壓H-風量Q曲線特性圖風機的風壓、H-風量Q曲線特性如上圖。n1代表風機在額定轉速運行時的特性;n2代表風機降速運行在n2轉速時的特性;R1代表風機管路阻力最小時的

10、阻力特性;R2代表風機管路阻力增大到某一數(shù)組時的阻力特性。風機在管路特性曲線R1工作時，工況點為A，其流量壓力分別為Q1、H1，此時風機所需的功率正比于H1與Q1的乘積，即正比于AH1OQ1的面積。當減小風量到Q2，實際上通過增加管網(wǎng)管阻，使風機的工作點移到R2上的B點，風壓增大到H2，這時風機所需的功率正比H2Q2的乘積，即正比于BH2OQ2的面積。風機所需的功率增大。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。 若采用變頻調(diào)速，風機轉速由n1下降到n2，這時工作點由A點移到C點，流量仍是Q2，壓力由H1降到H3，這時變頻調(diào)速后風機所需的功率正比于H3

11、與Q2的乘積，即正比于CH3OQ2的面積，由圖可見功率的減少是明顯的。 由流體力學和風機比例定律可以得出風機、風量與轉速及軸功率的關系為：風量Q與轉速N的一次方成正比，風壓H與轉速的平方成正比，軸功率P與轉速的三次方成正比， 。而轉速又與頻率成正比，當降低頻率時，風機轉速降低，功率以頻率的立方下降，其功率與轉速、壓力、流量、節(jié)電率等關系如下表。五裝置的主要特點及功能：1.系統(tǒng)高可靠性：均選用國際知名品牌ABB公司變頻器做為機芯，選用AB公司PLC做為主控制器，其它元器件均選用國內(nèi)或國際知名品牌，保證了設備的高可靠性。軟件部分邏輯關系清晰。操作性強。系統(tǒng)運轉穩(wěn)定可靠。結構緊湊，合理。保障所有元器

12、件均能井下方便更換，不會因偶然的故障造成生產(chǎn)較長停止。2. 自動化程度高：通風機性能最佳調(diào)節(jié)方式是變轉速調(diào)節(jié)，該調(diào)速裝置通過對工作地點瓦斯?jié)舛鹊膶崟r檢測，通過自動控制系統(tǒng)，智能自動調(diào)節(jié)通風機電機轉速，達到按需通風的目地，適用于長時間，無人值守連續(xù)工作。并預留檢測接口，可根據(jù)用戶提出對其它有害氣體的檢測，調(diào)整電機轉速，滿足用戶需求。3. 保護措施完善：具備過載、過電壓、欠電壓、缺相、過熱、漏電閉鎖，漏電保護等多種保護功能。保證設備井下安全使用。4. 顯示內(nèi)容豐富：人機界面主頁面主要顯示操作模式，系統(tǒng)運行狀態(tài)及轉速、轉矩、電壓、轉速給定瓦斯?jié)舛鹊雀鞣N數(shù)據(jù)的顯示。柜內(nèi)各開關接觸器、斷路器的狀態(tài)顯示，

13、手動單機操作及測試。主要故障指示。 參數(shù)設定界面：用戶輸入正確的密碼確定后，系統(tǒng)參數(shù)設置頁面激活，可對主從機的進行選擇及對主要運行參數(shù)進行設置。趨勢圖界面：該趨勢圖可實時監(jiān)控顯示電機的狀態(tài)，并在同一圖中顯示電機的電流、轉速及功率的變化趨勢，方便用戶觀察多臺電機的運行狀態(tài)并作比較?？呻S機抓取趨勢圖的任意一點數(shù)據(jù)進行分析。故障顯示界面：將系統(tǒng)故障內(nèi)容進一步細化，方便用戶有針對性的解決問題，同時也方便了用戶和廠家進行交流。故障存儲界面：該界面可以對歷史故障進行記錄，防止因復位而丟失保留的故障，可以對整套裝置保存一個良好的運行記錄。方便對產(chǎn)品的改造和設備的認識。最多可存儲100個故障信息。5，支持雙機

14、熱備方式：雙機熱備是指主備調(diào)速裝置之間的切換功能，調(diào)速裝置控制兩組獨立電源供電的局部通風機自動切換，具有如下功能。（1）主機自動運行時，備機處于待機狀態(tài)。（2）主通風機在停電或故障停機時，備用風機本地模式下，自動運行。雙機運行互鎖，不允許同時運行。6. 風電瓦斯電閉鎖：風電閉鎖：主調(diào)速裝置起動并輸出頻率達到20HZ，輸出節(jié)點閉合，主調(diào)速裝置停止后輸出節(jié)點斷開。（該節(jié)點用于控制動力設備斷電）瓦斯電閉鎖：當調(diào)速裝置運行時，輸入瓦斯?jié)舛龋═1>1.5%）或（T3>1%)時，輸出節(jié)點斷開。（該節(jié)點用于控制動力設備斷電）7. 支持多種通訊協(xié)議：可根據(jù)用戶需要，選擇多種通訊協(xié)議，方便用戶數(shù)據(jù)上傳監(jiān)控的需要，一般默認為MODBUS 485通訊協(xié)議。我們選用DSP數(shù)據(jù)通訊平臺，通過軟件配置可在設備及網(wǎng)絡之間建立起無縫通訊鏈接，支持基本所有協(xié)議標準。8. 變頻器控制模式先進：變頻器采用直接轉矩控制（DTC）控制模式調(diào)速范圍寬，調(diào)速精