KXJT75660型矿用通风机自动调速装置在在煤矿中的应用

1KXJT型矿用通风机自动调速装置在煤矿中的应用TheApplicationoftheAutomaticVariableFrequencyandSpeedAdjustingSystemonMineVentilationFan魏书华谢伟/山东科技大学阳廷军/煤炭科学研究总院重庆分院摘要:介绍了矿用通风机自动变频调速装置的设计原理和实现方法，并阐述了它有别于原有变频调速装置的优点在煤矿中进行推广的巨大优势和广阔前景。关键词：矿用通风机变频调速自动化控制中图分类号：TH43文献标识码：B文章编号：1006-8155（2005）04-0037-04Abstract:Thispaperintroducesthedesigningprinciplesandrealizingmethodsoftheautomaticvariablefrequencyandspeedadjustingsystemformineventilationfan,anddescribesitsproperadvantagescomparedwithformervariablefrequencyandspeedadjustingsystems,itsgreatpotentialandgoodforegroundintheapplicationontheminefanventilation.Keywords:MineventilationfanVariablefrequencyandspeedadjustingAutomaticcontrol1引言煤矿井下局部通风机是量大面广、耗能大的常用设备，每年需求量在数千台以上。但在性能调节功能上，基本上是空白，从理论上讲，调速是调节风机性能最经济和有效的手段。阻碍变频调速技术在局扇上应用的原因主要是价格昂贵，节能效果差，变频器可靠运行难。随着对煤矿安全生产重视程度的增加，一些明显存在安全隐患的工作场所，要求必须对风机性能进行调节。煤炭科学研究总院重庆分院根据当前煤矿的具体情况，在原有矿用通风机自动调速装置的基础上进行了技术改进，提高了设备的性能，研制了一套通风机自动调速装置。该产品已经面世，并投入煤矿使用。2装置命名及型号表示方法命名：KXJT型矿用型号：装置隔爆兼本质安全型调频，调速额定输出功率电源电压等级3结构特征的设计及工作原理3.1结构特征该装置总体结构如图1所示。主要由隔爆箱体、散热器、人机操作界面、进出线接线腔、变频控制系统、PCD1控制系统、瓦斯信号采集、转换及处理等单元组成。__________________收稿日期:2005-03-28青岛市2665102图1矿用通风机自动变频调速装置结构简图1隔爆箱体2进出线接线腔3PCD1控制系统4变频控制系统5瓦斯信号采集、转换、处理单元6人机操作界面7散热器3.2工作原理该装置的工艺流程如图2所示。1隔爆箱体2进出线接线腔3PCD1控制系统4变频控制系统5瓦斯信号采集、转换、处理单元6人机操作界面7散热器图1矿用通风机自动变频调速装置结构简图瓦斯浓度传感器适时检测工作地点的瓦斯浓度，以频率信号200～1000Hz(对应瓦斯浓度0～4%)传递到频率转换器，转换成模拟信号，PCD1控制器对瓦斯浓度值及其变化进行分析、判断，处理后的信号通过MODBUS通讯方式与变频调速器的控制系统连接，控制变频器按以固化的程序改变输出频率，调节通风机转速，达到控制通风机输出风量的目的。7654321图2控制内置系统34适用范围和主要技术参数4.1适用范围（1）掘进工作面限量排放瓦斯，实现最大效率的安全排放。因意外停电或计划停风而造成掘进工作面瓦斯超限时，该装置可自动以接近于合流点T3处的瓦斯浓度安全值进行排放，避免人工排放时，难以控制瓦斯浓度，超量排放问题。（2）采煤工作面限量抽排瓦斯，形成安全可控的引排系统。用于引排系统处理采煤工作面上隅角瓦斯积聚时，瓦斯传感器探头放置在测试风筒中，检测风流中瓦斯浓度，即进入风机风流中的瓦斯浓度。该装置根据设定的瓦斯浓度安全值，自动地调节通风机转速，确保抽出式通风机进口的瓦斯浓度不超过3%，实现安全抽排。（3）节能运行掘进正常通风时，根据工作面瓦斯涌出量的大小自动控制风速调节风量，既保证了瓦斯浓度不超限，又可避免风量过大而扬尘，影响工作环境。4.2主要技术参数电源输入电压：660VAC电源输入电压允许波动范围：-25%～+10%输出电压：本安输出：18V/360mADC本安输出允许波动范围：≤5%本安电源过流保护整定值：（370±10）mA本安电源过压保护整定值：（24±0.1）V输入频率48～52Hz输出频率范围F10.0～F50.0Hz防爆类型：矿用隔爆兼本质安全型防爆标志：Exd[ib]I配接设备：KG9001B型智能高低浓度沼气传感器瓦斯传感器信号制式：200～1000Hz线性对应：0％CH4～4％CH4及0％CH4～40％CH4显示方式：人机操作界面，单色STNLCD显示,20个薄膜按键。显示运行状态，保护类别，故障状态，瓦斯浓度，报警等。5功能掘进面迎头瓦斯浓度检测值：T10％~4％掘进巷道回风流瓦斯浓度检测值：T20％~40％回风巷混合处瓦斯浓度检测值：T30％-4％5.1通风状态调速装置初始上电（停电或者计划停风）后，进入排瓦斯状态。此时，输出频率为（30±0.5）Hz，响应时间为（1±0.2）s。调速装置在T3＜1.0％CH4条件下，当T3值增大，输出频率减小；当T3值减小，输出频率增大。在30～50Hz范围内自动连续调节输出频率，进行最大效率安全排放。当T3＜1.0％CH4，同时T1＜1.4％CH4，延时10min，系统完成排瓦斯过程，自动进入通风状态。5.2手动控制状态调速装置上电后，根据人机界面的操作提示，可选择手动控制，此时由操作人员自定运行频率值，频率波动范围±0.5Hz。5.3自动控制排瓦斯状态4当T1≥1.4％CH4时，调速装置自动切换到排瓦斯状态。此时，输出频率为（30±0.5）Hz，响应时间为（1±0.2）s。随后，以T3＜1.0％CH4为判别条件，当T3值增大,输出频率减小；当T3值减小,输出频率增大，在30～50Hz范围内自动连续调节输出频率，进行最大效率安全排放。当T1＜1.4％CH4，同时T3＜1.0％CH4，延时10min，系统完成排瓦斯过程，自动返回通风状态。当T1故障，程序选择T2值，实现T1的功能。以T3值为判别条件，当T3值增大，输出频率减小；当T3值减小，输出频率增大，频率在30～50Hz之间连续可调。立即安排人员更换传感器T1。当T3故障，程序保护，输出频率（30±0.5）Hz，响应时间为（1±0.2）s。立即安排人员更换传感器。5.4自动控制通风状态当瓦斯浓度T1＜1.4％CH4，T3＜1.0％CH4的情况下，调速装置自动进入通风状态。此时，输出频率为（30±0.5）Hz，响应时间为（1±0.2）s。程序跟踪T1值，在逼近T1＜1.4％CH4条件下，当T1值增大，输出频率增大；当T1值减小，输出频率减小，频率在30～50Hz之间连续可调，实现节能通风。5.5主通风机/备用通风机切换人机界面设置主/备风机切换功能键，通过外接断电仪，由操作人员选择切换。5.6报警功能报警点T1≥1.4％CH4，响应时间为（1±0.2）s，报警误差≤+0.05％CH4。当T1＜1.4％CH4，连续运行20min,解除报警。人机界面显示报警画面，外接声光报警器报警。6装置的安装及接线自动调速装置在掘进工作面的安装示意图见图3。图3自动调速装置安装示意图对旋轴流式局扇安装在工作面，3个瓦斯监测传感器安放在3个不同的监测点。瓦斯传感器输出的电信号接到变频器，变频器再分别接一级风机和二级风机，实现对风机的调速。57结论（1）节能高效。在同等条件下，与无调节性能的高效风机相比，用变频调速方式，可使风机始终在高效区运行，平均运行效率可提高15%左右，节省电能，对大功率风机，效果尤为明显。（2）自动化程度高。该装置通过对工作地点瓦斯浓度实时检测，用控制器编程控制，智能地自动调节通风机输入电源的频率，达到按需通风的目的。（3）元件品质高，安全性好。主要元部件均采用进口芬兰VACON(源自ABB著名品牌)定型产品，体积小、重量轻、发热量小，运行可靠，非常适合安装在井下隔爆箱体中，同时装置具有过流、短路、过压、欠电压、过热等完善的软硬件保护（4）该装置具有直观、清晰的人机操作界面，便于操作；稳定可靠的运转系统，高效可靠的散热器，使装置能更加稳定可靠的工作。总之，KXJT型矿用通风机自动调速装置具有很高的推广应用价值，不光为煤矿提高了效益，尤其对加强煤矿的安全生产具有重要意义。