班耀武

（陽泉煤業(yè)集團翼城東溝煤業(yè)有限公司， 山西 臨汾 041000）

引言

由于井下地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，在綜采作業(yè)過程中的風阻特性變化大，而傳統(tǒng)通風控制系統(tǒng)的控制反應(yīng)滯后，無法滿足通風系統(tǒng)快速調(diào)整的需求，導(dǎo)致在實際運行過程中風機常常設(shè)定在最大功率運行，雖然在一定程度上確保了井下通風的安全性，但也給礦井通風系統(tǒng)的運行經(jīng)濟性造成了極為不利的影響。因此本文研究一種將傳統(tǒng)的以井下定轉(zhuǎn)速通風控制為基礎(chǔ)的通風控制方案，改為采用通風風量和井下瓦斯?jié)舛葹榉答佇盘柕牡V井通風變頻調(diào)速方案。

1 礦井通風變頻調(diào)速方案

根據(jù)煤礦井下通風控制需求，該礦井通風變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由PLC 控制模塊、BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊、變頻調(diào)速模塊、多傳感器監(jiān)測模塊等構(gòu)成，各個控制模塊之間采用了現(xiàn)場數(shù)據(jù)總線模式[1]，構(gòu)成了監(jiān)測—反饋—計算—調(diào)節(jié)的閉環(huán)調(diào)控系統(tǒng)，設(shè)置在井下巷道內(nèi)不同區(qū)域的風速、瓦斯?jié)舛葌鞲衅鞯葘碌耐L情況進行實時監(jiān)測，將監(jiān)測結(jié)果傳輸?shù)娇刂浦行膬?nèi)進行數(shù)據(jù)分析和計算，然后根據(jù)計算結(jié)果輸出通風機的變頻調(diào)速信號，進而實現(xiàn)對通風系統(tǒng)轉(zhuǎn)速和風量的調(diào)整，該變頻調(diào)速控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

由圖1 可知，該變頻調(diào)速系統(tǒng)中，該PLC 控制中心主要由PLC 控制模塊和BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模塊兩個部分構(gòu)成，BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要用于對多類別傳感器的監(jiān)測情況進行對比分析，構(gòu)建通風機運行狀態(tài)和井下風量、瓦斯?jié)舛戎g的非線性映射關(guān)系，降低煤礦井下復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下風阻變化對通風穩(wěn)定性和安全性的影響，滿足礦井通風安全性和穩(wěn)定性的需求。

圖1 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖

多傳感器監(jiān)測模塊是礦井通風控制系統(tǒng)的眼睛，主要用于對煤礦井下巷道內(nèi)的風速和瓦斯?jié)舛鹊冗M行實時監(jiān)測，將監(jiān)測結(jié)果經(jīng)過初步篩選后傳輸?shù)絇LC 控制中心進行進一步的分析，是通風調(diào)控系統(tǒng)的調(diào)控基礎(chǔ)，直接影響調(diào)控系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。

2 通風系統(tǒng)的變頻控制結(jié)構(gòu)

通風系統(tǒng)的變頻控制是通風系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，用于輸出變頻調(diào)節(jié)信號，滿足通風機在不同工況下的變頻控制需求，以某礦井通風系統(tǒng)為例，其采用了兩組90 kW 的通風機，一備一用，采用了一拖一的控制模式，為了確保對該通風系統(tǒng)的控制效果，在系統(tǒng)中增加了MM430 型變頻控制器[2]，變頻器和控制中心的通信采用了現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)。通風機在運行過程中的轉(zhuǎn)速和輸出功率是成正比的，因此在控制系統(tǒng)中通過設(shè)定值接口輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制頻率信號，然后利用調(diào)節(jié)模塊RL1、RL2、RL3設(shè)定通風機運行時的工作頻率的上限值和下限值，從而實現(xiàn)在設(shè)定的頻率范圍內(nèi)對通風機運行轉(zhuǎn)速和功率的靈活調(diào)整，當井下的瓦斯?jié)舛鹊蜁r適當?shù)慕档屯L機運行功率，當井下瓦斯?jié)舛壬邥r則及時增加通風機的運行轉(zhuǎn)速，提升通風系統(tǒng)的通風量，確保井下巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛染S持在一個合理的范圍，提高井下綜采作業(yè)安全性和通風機運行的經(jīng)濟性、靈活性，該通風系統(tǒng)的變頻控制結(jié)構(gòu)如圖2 所示[3]。

圖2 礦井通風系統(tǒng)變頻控制電路示意圖

3 風量自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為了實現(xiàn)對風機運行狀態(tài)的控制，同時便于對現(xiàn)有老舊通風系統(tǒng)進行經(jīng)濟性改造，根據(jù)實際驗證，采用在現(xiàn)有通風系統(tǒng)基礎(chǔ)上，將原有控制器和變頻控制電路進行并聯(lián)，形成一個簡易的、具有工頻和變頻雙回路控制的風量控制系統(tǒng)，為了避免控制過程中原有通風機的風門對風量控制的影響，選擇將風門控制回路切斷，直接采用控制中心集中控制的方案。

對通風系統(tǒng)運行情況的控制，則主要是通過上位機組態(tài)軟件控制之下，通過集控系統(tǒng)進行集中控制，實現(xiàn)對井下風機運行情況的遠程監(jiān)測，該系統(tǒng)能夠?qū)ψ冾l器輸出變頻功率情況和風機運行情況進行不間斷監(jiān)測和對比，并對通風機運行狀態(tài)進行修正，能夠滿足自動和手動控制下的井下通風控制需求，在系統(tǒng)中設(shè)置有過電流、過電壓、聲光報警等功能，滿足故障時的及時報警需求。根據(jù)實際應(yīng)用表明該變頻調(diào)控系統(tǒng)抗干擾能力強、穩(wěn)定性高，通風機工作時能耗比傳統(tǒng)運行情況可降低27.5%，該通風系統(tǒng)的反饋回路控制系統(tǒng)如圖3 所示[4]。

圖3 通風反饋回路控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)論

1）該礦井通風變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由PLC 控制模塊、BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊、變頻調(diào)速模塊、多傳感器監(jiān)測模塊等構(gòu)成，各個控制模塊之間采用了現(xiàn)場數(shù)據(jù)總線模式，構(gòu)成了監(jiān)測——反饋——計算——調(diào)節(jié)的閉環(huán)調(diào)控系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)監(jiān)控，控制靈活性高；

2）通風系統(tǒng)的風量控制采用了反饋變頻控制方案，能夠滿足自動和手動控制下的井下通風控制需求，并及時對通風情況進行反饋修正，當出現(xiàn)運行故障時及時報警；

3）該變頻調(diào)控系統(tǒng)抗干擾能力強、穩(wěn)定性高，通風機工作時能耗比傳統(tǒng)運行情況可降低27.5%。