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礦井通風(fēng)變頻自動(dòng)控制方法研究

文檔作者：王瑞紅1 王青2 文檔來(lái)源： 1．265500山東省煙臺(tái)市煙臺(tái)汽車工程職業(yè)學(xué)院電子工程系；2．265500山東省煙臺(tái)市煙臺(tái)汽車工程職業(yè)學(xué)院經(jīng)濟(jì)管理系		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年03月23日
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第52卷第3期農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程2014年3月
V01．52 No．3 AGRICULTURAL EQUIPMENT＆VEHICLE ENGINEERING March 2014
doi：10．3969／j．issn．1673—3142．2014，03．016
礦井通風(fēng)變頻自動(dòng)控制方法研究
王瑞紅1，王青2
(1．265500山東省煙臺(tái)市煙臺(tái)汽車工程職業(yè)學(xué)院電子工程系；2．265500山東省煙臺(tái)市煙臺(tái)汽車工程職業(yè)學(xué)院經(jīng)濟(jì)管理系)
[摘要]現(xiàn)有礦井風(fēng)機(jī)的工頻供電控制方式已不能滿足目前礦井現(xiàn)代化生產(chǎn)的需求。通過(guò)研完礦井風(fēng)機(jī)傳統(tǒng)控
制方式．設(shè)計(jì)了礦并通風(fēng)變頻自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用變頻器對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速，以達(dá)到對(duì)風(fēng)壓和風(fēng)量的
自動(dòng)控制：通過(guò)檢測(cè)風(fēng)機(jī)軸承和電動(dòng)機(jī)溫度，由中央控制單元自動(dòng)切換備用風(fēng)機(jī)，提高了礦井生產(chǎn)的安全性和
可靠性。
[關(guān)鍵詞】礦井通風(fēng)；風(fēng)機(jī)；變頻控制
[中圖分類號(hào)]rIP23；7rP29 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]1673-3142(2014)03-0063—03
Study on Automatic Control for Mine Ventilation with Frequency Conversion
Wang Ruihon91，Wang Qin92
(1．Department of Electronic Engineering，Yantai Automobile Engineering Professional College，Yantai City，Shandong
Province 265500，China；2．Department of Economic Management，Yantai Automobile Engineering Professional College，
Yantai City，Shandong Province 265500，China)
[Abstract]Since the current way of power supply with power frequency for mine ventilation c鋤not meet the request of modem
coal mine production，the traditional control methods for mine ventilation are studied and a new automatic control system with
frequency conversion for mine ventilation is designed．which adopts frequency converter t0 alter frequency value for adjusting the
rotation speed of mine ventilator，aiming at control air pressure and air flow quantity automatically．Besides，the central control
unit switches to the alternative ventilator automatically after the temperature in the bearing of the ventilator and the motor is
measurod，so the safety and reliability of coal mine production is improved．
[Key words】mine ventilation；ventilator；control with frequency convcrsion
O引言1礦井通風(fēng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
在礦井生產(chǎn)過(guò)程中，有毒有害氣體會(huì)不斷涌向
采煤工作面，嚴(yán)重威脅員工的身體健康和礦井生產(chǎn)
的安全性．為改善作業(yè)環(huán)境，現(xiàn)有礦井普遍通過(guò)風(fēng)
機(jī)進(jìn)行通風(fēng)。礦井風(fēng)機(jī)可向礦井輸送新鮮空氣，降
低或排除有毒有害氣體，保障礦井生產(chǎn)安全。
目前礦井風(fēng)機(jī)大多采用傳統(tǒng)控制方式，由工
頻供電方式控制風(fēng)機(jī)的啟停．但該控制方式無(wú)法
有效完成風(fēng)壓、風(fēng)量等風(fēng)機(jī)重要參數(shù)的檢測(cè)與監(jiān)
控，已不適合目前礦井自動(dòng)化生產(chǎn)的需求㈣?；?
以上問(wèn)題，本文針對(duì)現(xiàn)有礦井的實(shí)際工況，設(shè)計(jì)了
一種礦井風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)風(fēng)機(jī)溫度、風(fēng)
量、風(fēng)壓等參數(shù)的檢測(cè)達(dá)到風(fēng)機(jī)自動(dòng)變頻運(yùn)行與
智能監(jiān)控，有效提高礦井生產(chǎn)安全性，改善員工工
作環(huán)境，提高生產(chǎn)效率。
收稿日期：2013—12—26 修回13期：2013—12—31
1．1礦井通風(fēng)控制系統(tǒng)框架
礦井通風(fēng)控制系統(tǒng)框架如圖l所示，主要由
檢測(cè)模塊、中央控制單元、顯示控制模塊及風(fēng)機(jī)組
成。檢測(cè)模塊用于檢測(cè)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)壓、風(fēng)機(jī)軸
承和電動(dòng)機(jī)的溫度、風(fēng)機(jī)的濕度等系統(tǒng)參數(shù)，并輸
送至中央控制單元：中央控制單元由PLC及D／A
轉(zhuǎn)換等數(shù)據(jù)處理電路組成，中央處理單元接收到
各檢測(cè)參數(shù)數(shù)值。在系統(tǒng)程序的控制下。發(fā)出控制
指令并輸出到顯示控制模塊：變頻器接收到控制
指令，改變頻率并控制風(fēng)機(jī)按指定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。其
檢測(cè)模塊}毋涮輸出
j風(fēng)景} 顯示控制模塊
中央_變頻器{ I溫度}
控制
I濕度}
單元_顯示器l
}風(fēng)壓}
圖1礦井通風(fēng)控制系統(tǒng)框架
Fig．1 Framewo水of mine ventilation control system
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程2014焦
中，檢測(cè)模塊的各參數(shù)分別由流量傳感器、壓力傳
感器、溫度傳感器及濕度傳感器進(jìn)行檢測(cè)．若出現(xiàn)
參數(shù)異常，則由顯示器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
1．2礦井風(fēng)機(jī)模式切換控制
礦井風(fēng)機(jī)是煤礦生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備．其重要
作用無(wú)可替代。按照礦井安全生產(chǎn)的規(guī)定．風(fēng)機(jī)必
須全天24 h連續(xù)運(yùn)行。為保證礦井連續(xù)通風(fēng)。礦
井設(shè)有工作風(fēng)機(jī)與備用風(fēng)機(jī)。此外，風(fēng)機(jī)工作模式
除了傳統(tǒng)的工頻工作模式外，系統(tǒng)還設(shè)有變頻工
作模式，模式切換控制原理如圖2所示。
由圖示可見(jiàn)．風(fēng)機(jī)1與風(fēng)機(jī)2互為工作風(fēng)機(jī)
與備用風(fēng)機(jī)。二者在接觸器觸點(diǎn)KMl、KM2與
KM3、KM4打開(kāi)或閉合的控制下處于變頻與工頻
工作模式刪．且二種模式下風(fēng)機(jī)動(dòng)力分別來(lái)自于
變頻器與電網(wǎng)。
當(dāng)風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)，中央控制單元控制KM3
閉合，KM4、KMl、KM2斷開(kāi)，于是風(fēng)機(jī)l啟動(dòng)運(yùn)
行。當(dāng)風(fēng)機(jī)軸承或電動(dòng)機(jī)溫度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，溫度
傳感器將檢測(cè)的超溫信號(hào)傳輸至中央控制單元。
系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)中央控制單元發(fā)出控制
指令，使得KM4閉合，KM3斷開(kāi)，則風(fēng)機(jī)1停止，
系統(tǒng)切換至備用風(fēng)機(jī)，即風(fēng)機(jī)2啟動(dòng)運(yùn)行。
當(dāng)風(fēng)機(jī)處于變頻運(yùn)行模式時(shí)，中央控制單元
發(fā)出指令，使得KMl閉合，KM2、KM3、KM4斷開(kāi)，
則風(fēng)機(jī)1處于變頻調(diào)速運(yùn)行模式。若風(fēng)機(jī)軸承溫
度或電動(dòng)機(jī)溫度過(guò)高，則中央控制單元接受到溫
度傳感器傳輸?shù)某瑴匦盘?hào)。發(fā)出超溫報(bào)警信號(hào)。同
時(shí)，中央控制單元發(fā)出指令，接通KM2，斷開(kāi)
KMI．系統(tǒng)切換至備用風(fēng)機(jī)，即風(fēng)機(jī)2接通變頻
器，進(jìn)入變頻運(yùn)行模式[5,61。
圖2礦井風(fēng)機(jī)模式切換控制原理圖
Fig．2 Principle of mode switch for mine ventilator
1．3礦井通風(fēng)變頻控制系統(tǒng)
基于通風(fēng)控制系統(tǒng)框架和模式切換控制原
理．本文設(shè)計(jì)礦井通風(fēng)控制系統(tǒng)如圖3所示。由圖
示可見(jiàn)。各傳感器將檢測(cè)到的對(duì)應(yīng)物理信號(hào)傳輸
到中央控制單元．并由中央控制單元控制對(duì)應(yīng)接
觸器觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)變頻與工頻工作模式的自動(dòng)切
換。其中，在變頻模式下，通過(guò)改變頻率可控制風(fēng)
機(jī)轉(zhuǎn)速，從而將風(fēng)機(jī)風(fēng)壓與風(fēng)量控制在預(yù)設(shè)值范
圍內(nèi)，解決了傳統(tǒng)控制方式無(wú)法有效控制風(fēng)壓與
風(fēng)量的問(wèn)題，并且該系統(tǒng)方法提高了礦井通風(fēng)的
可靠性、安全性及生產(chǎn)效率。
檢測(cè)模塊檢測(cè)__—— L一輸出． 1 l
院量傳感器卜一．i風(fēng)量} Ⅷ黼l溫度傳感器卜一．|溫度} 由內(nèi)
控制
l濕度傳感器卜一．I濕度} 筮兀
I壓力傳感器卜_ ．1風(fēng)壓卜_ —{圈
圖3礦井通風(fēng)控利系統(tǒng)
F碼．3 Control system of mine ventilation
2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
在風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)框架下。按照上位機(jī)程序?qū)?
整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)變頻與工頻工作
模式自動(dòng)切換，以及風(fēng)壓、風(fēng)量的自動(dòng)控制，系統(tǒng)
控制流程如圖4所示。
圖4風(fēng)機(jī)變頰控制流程固
Fig．4 Flow chart of frequency conversion control for ventilator
系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，首先進(jìn)行初始化，此時(shí)若出現(xiàn)模
塊錯(cuò)誤。則系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警并暫停。當(dāng)故障處理并解
除后，對(duì)系統(tǒng)各參數(shù)初始值進(jìn)行設(shè)定。之后，進(jìn)入
風(fēng)機(jī)工作模式選擇階段。根據(jù)工作現(xiàn)場(chǎng)的工況選
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
第52卷第3期王瑞紅等：礦井通風(fēng)變頻自動(dòng)控制方法研究65
擇風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行或工頻運(yùn)行。
如果選擇風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行，則各傳感器對(duì)系統(tǒng)
參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)與監(jiān)控。當(dāng)檢測(cè)值處于設(shè)定值
范圍時(shí)，風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)風(fēng)壓和風(fēng)量低于設(shè)定的
最小值時(shí)，中央控制單元對(duì)變頻器發(fā)出指令，改變
頻率以提高風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速；當(dāng)風(fēng)壓和風(fēng)量高于設(shè)定的
最大值時(shí)。中央控制單元對(duì)變頻器發(fā)出指令，改變
頻率以降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，直至風(fēng)壓和風(fēng)量的檢測(cè)值
處于設(shè)定值范圍時(shí)，才能進(jìn)入下一步操作。如此循
環(huán)．系統(tǒng)始終處于參數(shù)檢測(cè)一信號(hào)傳輸一發(fā)出指
令一風(fēng)機(jī)變速一參數(shù)檢測(cè)的反饋控制過(guò)程中，從
而使得風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓和風(fēng)量處于設(shè)定值范圍。當(dāng)風(fēng)
機(jī)軸承溫度和電動(dòng)機(jī)溫度超過(guò)設(shè)定的最大值時(shí)，
中央控制單元發(fā)出指令，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并切
換至備用風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)171。
如果選擇風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行，則該工作模式無(wú)法
通過(guò)改變頻率的方式改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)風(fēng)壓和風(fēng)
量低于／高于設(shè)定的最小值／最大值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)
警信號(hào)。當(dāng)風(fēng)機(jī)軸承和電動(dòng)機(jī)溫度超過(guò)設(shè)定的最
大值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并切換至備用風(fēng)機(jī)運(yùn)
行狀態(tài)。
3系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與結(jié)論
本控制系統(tǒng)選用臺(tái)達(dá)VFD075M43C系列變
頻器，工作風(fēng)機(jī)與備用風(fēng)機(jī)均由該變頻器控制，實(shí)
現(xiàn)一拖二控制方式，既節(jié)約成本，又提高了使用效
率。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了工頻／變頻、單機(jī)，雙機(jī)及雙回路電
源的自動(dòng)切換，提高了風(fēng)機(jī)運(yùn)行的可靠性。
按照上述礦井風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)方法，對(duì)2
臺(tái)風(fēng)機(jī)進(jìn)行了控制實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：本文所設(shè)計(jì)的
控制方法正確，實(shí)驗(yàn)風(fēng)機(jī)能夠自動(dòng)進(jìn)行工頻／變頻
運(yùn)行模式切換；變頻模式下，風(fēng)機(jī)能夠根據(jù)風(fēng)壓和
風(fēng)量值進(jìn)行自動(dòng)變頻調(diào)速；根據(jù)風(fēng)機(jī)軸承和發(fā)動(dòng)
機(jī)溫度。風(fēng)機(jī)能夠進(jìn)行備用風(fēng)機(jī)自動(dòng)切換，滿足了
礦井現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求。
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作者簡(jiǎn)介王瑞紅(1968一)，女，工程碩士，研究方向：控制理論
與控制工程。E-mail：paper_51@163．corn
(上接第57頁(yè))
染。這個(gè)渦流向后發(fā)展的過(guò)程中，由于氣體的粘性
消耗，逐漸變?nèi)?，最終耗散轉(zhuǎn)化成熱能。
4 結(jié)論
本文應(yīng)用Huent軟件對(duì)汽車外圍流場(chǎng)分布進(jìn)
行研究。對(duì)比研究了汽車在無(wú)輪和有輪情況下流
場(chǎng)的差異。研究表明，汽車車輪在汽車運(yùn)行過(guò)程中
對(duì)汽車外部壓力值的大小有很大的影響，特別是
汽車底面壓力有很大幅度變化。而汽車車輪對(duì)汽
車尾渦也有很大的影響。在無(wú)輪的情況下，汽車尾
部出現(xiàn)了雙渦，而受汽車車輪的影響，有車輪的情
況下只有一個(gè)尾渦。
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長(zhǎng)春：吉林工業(yè)大學(xué)．2000．
作者簡(jiǎn)介顧文領(lǐng)(1987一)，男，工學(xué)碩士在讀，主要研究方向：
甲醇混合動(dòng)力。E—mail：673597567@qq．corn

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