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礦井通風變頻自動控制方法研究

文檔作者：王瑞紅1 王青2 文檔來源： 1．265500山東省煙臺市煙臺汽車工程職業(yè)學院電子工程系；2．265500山東省煙臺市煙臺汽車工程職業(yè)學院經(jīng)濟管理系		點擊數(shù)：	更新時間： 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
礦井通風變頻自動控制方法研究
王瑞紅1，王青2
(1．265500山東省煙臺市煙臺汽車工程職業(yè)學院電子工程系；2．265500山東省煙臺市煙臺汽車工程職業(yè)學院經(jīng)濟管理系)
[摘要]現(xiàn)有礦井風機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。通過研完礦井風機傳統(tǒng)控
制方式．設(shè)計了礦并通風變頻自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用變頻器對風機進行變頻調(diào)速，以達到對風壓和風量的
自動控制：通過檢測風機軸承和電動機溫度，由中央控制單元自動切換備用風機，提高了礦井生產(chǎn)的安全性和
可靠性。
[關(guān)鍵詞】礦井通風；風機；變頻控制
[中圖分類號]rIP23；7rP29 [文獻標志碼]A [文章編號]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礦井通風控制系統(tǒng)設(shè)計
在礦井生產(chǎn)過程中，有毒有害氣體會不斷涌向
采煤工作面，嚴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)有礦井普遍通過風
機進行通風。礦井風機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。
目前礦井風機大多采用傳統(tǒng)控制方式，由工
頻供電方式控制風機的啟停．但該控制方式無法
有效完成風壓、風量等風機重要參數(shù)的檢測與監(jiān)
控，已不適合目前礦井自動化生產(chǎn)的需求㈣。基于
以上問題，本文針對現(xiàn)有礦井的實際工況，設(shè)計了
一種礦井風機變頻控制系統(tǒng)，通過對風機溫度、風
量、風壓等參數(shù)的檢測達到風機自動變頻運行與
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礦井通風控制系統(tǒng)框架
礦井通風控制系統(tǒng)框架如圖l所示，主要由
檢測模塊、中央控制單元、顯示控制模塊及風機組
成。檢測模塊用于檢測風機的風量、風壓、風機軸
承和電動機的溫度、風機的濕度等系統(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，改變頻率并控制風機按指定轉(zhuǎn)速運行。其
檢測模塊}毋涮輸出
j風景} 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
}風壓}
圖1礦井通風控制系統(tǒng)框架
Fig．1 Framewo水of mine ventilation control system
萬方數(shù)據(jù)
農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程2014焦
中，檢測模塊的各參數(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行檢測．若出現(xiàn)
參數(shù)異常，則由顯示器發(fā)出報警信號。
1．2礦井風機模式切換控制
礦井風機是煤礦生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備．其重要
作用無可替代。按照礦井安全生產(chǎn)的規(guī)定．風機必
須全天24 h連續(xù)運行。為保證礦井連續(xù)通風。礦
井設(shè)有工作風機與備用風機。此外，風機工作模式
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．風機1與風機2互為工作風機
與備用風機。二者在接觸器觸點KMl、KM2與
KM3、KM4打開或閉合的控制下處于變頻與工頻
工作模式刪．且二種模式下風機動力分別來自于
變頻器與電網(wǎng)。
當風機工頻運行時，中央控制單元控制KM3
閉合，KM4、KMl、KM2斷開，于是風機l啟動運
行。當風機軸承或電動機溫度超過設(shè)定值時，溫度
傳感器將檢測的超溫信號傳輸至中央控制單元。
系統(tǒng)發(fā)出報警信號，同時中央控制單元發(fā)出控制
指令，使得KM4閉合，KM3斷開，則風機1停止，
系統(tǒng)切換至備用風機，即風機2啟動運行。
當風機處于變頻運行模式時，中央控制單元
發(fā)出指令，使得KMl閉合，KM2、KM3、KM4斷開，
則風機1處于變頻調(diào)速運行模式。若風機軸承溫
度或電動機溫度過高，則中央控制單元接受到溫
度傳感器傳輸?shù)某瑴匦盘枴０l(fā)出超溫報警信號。同
時，中央控制單元發(fā)出指令，接通KM2，斷開
KMI．系統(tǒng)切換至備用風機，即風機2接通變頻
器，進入變頻運行模式[5,61。
圖2礦井風機模式切換控制原理圖
Fig．2 Principle of mode switch for mine ventilator
1．3礦井通風變頻控制系統(tǒng)
基于通風控制系統(tǒng)框架和模式切換控制原
理．本文設(shè)計礦井通風控制系統(tǒng)如圖3所示。由圖
示可見。各傳感器將檢測到的對應(yīng)物理信號傳輸
到中央控制單元．并由中央控制單元控制對應(yīng)接
觸器觸點實現(xiàn)風機變頻與工頻工作模式的自動切
換。其中，在變頻模式下，通過改變頻率可控制風
機轉(zhuǎn)速，從而將風機風壓與風量控制在預(yù)設(shè)值范
圍內(nèi)，解決了傳統(tǒng)控制方式無法有效控制風壓與
風量的問題，并且該系統(tǒng)方法提高了礦井通風的
可靠性、安全性及生產(chǎn)效率。
檢測模塊檢測__—— L一輸出． 1 l
院量傳感器卜一．i風量} 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風壓卜_ —{圈
圖3礦井通風控利系統(tǒng)
F碼．3 Control system of mine ventilation
2系統(tǒng)軟件設(shè)計
在風機控制系統(tǒng)框架下。按照上位機程序?qū)?
整個系統(tǒng)進行控制，以實現(xiàn)風機變頻與工頻工作
模式自動切換，以及風壓、風量的自動控制，系統(tǒng)
控制流程如圖4所示。
圖4風機變頰控制流程固
Fig．4 Flow chart of frequency conversion control for ventilator
系統(tǒng)運行時，首先進行初始化，此時若出現(xiàn)模
塊錯誤。則系統(tǒng)自動報警并暫停。當故障處理并解
除后，對系統(tǒng)各參數(shù)初始值進行設(shè)定。之后，進入
風機工作模式選擇階段。根據(jù)工作現(xiàn)場的工況選
萬方數(shù)據(jù)
第52卷第3期王瑞紅等：礦井通風變頻自動控制方法研究65
擇風機變頻運行或工頻運行。
如果選擇風機變頻運行，則各傳感器對系統(tǒng)
參數(shù)進行實時檢測與監(jiān)控。當檢測值處于設(shè)定值
范圍時，風機正常運轉(zhuǎn)。當風壓和風量低于設(shè)定的
最小值時，中央控制單元對變頻器發(fā)出指令，改變
頻率以提高風機轉(zhuǎn)速；當風壓和風量高于設(shè)定的
最大值時。中央控制單元對變頻器發(fā)出指令，改變
頻率以降低風機轉(zhuǎn)速，直至風壓和風量的檢測值
處于設(shè)定值范圍時，才能進入下一步操作。如此循
環(huán)．系統(tǒng)始終處于參數(shù)檢測一信號傳輸一發(fā)出指
令一風機變速一參數(shù)檢測的反饋控制過程中，從
而使得風機的風壓和風量處于設(shè)定值范圍。當風
機軸承溫度和電動機溫度超過設(shè)定的最大值時，
中央控制單元發(fā)出指令，系統(tǒng)發(fā)出報警信號，并切
換至備用風機運行狀態(tài)171。
如果選擇風機工頻運行，則該工作模式無法
通過改變頻率的方式改變風機轉(zhuǎn)速。當風壓和風
量低于／高于設(shè)定的最小值／最大值時，系統(tǒng)發(fā)出報
警信號。當風機軸承和電動機溫度超過設(shè)定的最
大值時，系統(tǒng)發(fā)出報警信號，并切換至備用風機運
行狀態(tài)。
3系統(tǒng)實驗與結(jié)論
本控制系統(tǒng)選用臺達VFD075M43C系列變
頻器，工作風機與備用風機均由該變頻器控制，實
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，實現(xiàn)了工頻／變頻、單機，雙機及雙回路電
源的自動切換，提高了風機運行的可靠性。
按照上述礦井風機變頻控制系統(tǒng)方法，對2
臺風機進行了控制實驗。結(jié)果表明：本文所設(shè)計的
控制方法正確，實驗風機能夠自動進行工頻／變頻
運行模式切換；變頻模式下，風機能夠根據(jù)風壓和
風量值進行自動變頻調(diào)速；根據(jù)風機軸承和發(fā)動
機溫度。風機能夠進行備用風機自動切換，滿足了
礦井現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求。
參考文獻
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2013，(13)：402，435．
作者簡介王瑞紅(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)
染。這個渦流向后發(fā)展的過程中，由于氣體的粘性
消耗，逐漸變?nèi)酰罱K耗散轉(zhuǎn)化成熱能。
4 結(jié)論
本文應(yīng)用Huent軟件對汽車外圍流場分布進
行研究。對比研究了汽車在無輪和有輪情況下流
場的差異。研究表明，汽車車輪在汽車運行過程中
對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。而汽車車輪對汽
車尾渦也有很大的影響。在無輪的情況下，汽車尾
部出現(xiàn)了雙渦，而受汽車車輪的影響，有車輪的情
況下只有一個尾渦。
參考文獻
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大學學報：自然科學版，2011(1)：29—34．
【5】謝金法．高速轎車車身繞流場三維數(shù)值模擬及實驗研究【D】．
長春：吉林工業(yè)大學．2000．
作者簡介顧文領(lǐng)(1987一)，男，工學碩士在讀，主要研究方向：
甲醇混合動力。E—mail：673597567@qq．corn

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