节能监控系统在煤矿风机上的应用

摘 要：我国煤矿的风机主要是防爆轴流矿用大型主扇通风机，功率大，耗电多，其控制方式多为现场人工起停控制，人工观察运行状况，特别是煤矿下面通道的风量风压等参数的监测许多用户还是现场人工监测，地面控制室不能实时监控。文章通过实例说明节能监控系统的原理、优点、实际应用及产生的经济和社会效益，并推广应用。

关键词：煤矿风机；监控系统；节能

1 概述

我国煤矿的风机主要是防爆轴流矿用大型主扇通风机，功率大，在工程设计时出于安全考虑，以及根据反风及开采后期风量加大等运行工况，所设计的通风量及拖动的电动机的功率，通常远大于煤矿正常生产所需的运行功率，即选用过大的安全裕量，耗电多，其耗电量通常占企业用电量的17%左右。其控制方式多为现场人工起停控制，人工观察运行状况，特别是煤矿下面通道的风量风压等参数的监测大多还是现场人工监测，地面控制室不能实时监控，因此在节能的同时推广采用监控系统，可以完美解决这些问题，实现控制自动化，同时产生巨大的经济效益。

2 煤矿风机的节能原理

风机在管路特性曲线工作时，所需的功率正比于压力与流量的乘积。由于工艺要求需减小风量，实际上通过增加管网管阻，使风机的工作点移动，风压增大。这种调节方式控制虽然简单、但功率消耗大，不利于节能，是以高运行成本换取简单控制方式。此类风机电机耗电功率与其转速的三次方成正比（即与电源频率的三次方成正比）。因此，改变其转速就可改变耗电量。若采用变频调速，风机转速由n1下降到n2，流量和压力下降很少，而功率降低很多，非常明显。

3 节能监控系统在煤矿风机上应用的优点

（1）节约大量电能，一般节电率20-40%左右。（2）由于节约大量电能，因此减少了CO2的排放量，减缓地球的温室效应，为保护环境做出应有的贡献。（3）由于节约大量电能，为企业降低了运营成本，增强了企业的竞争力。（4）设备的自动化程度提高，实现软起动，软停止，没有电流和机械冲击，减少磨损，降低电流，延长设备的使用寿命。（5）采用监控系统，风机运行的各项参数，比如：井下通道内的风量和风压及风向，风机运行时的电流和电压及运转方向，风机上各个轴承的温度等，都可在中央控制室实时监控，为安全生产提供有力保障。

4 结合实例阐述节能监控系统在煤矿风机上的应用

4.1 该矿煤矿风机的基本情况

山西长治雄山矿其中一个矿区的煤矿风机，采用的是防爆轴流矿用BDK系列大型主扇通风机，共两组（每组两台电机，一用一备），功率为132KW*2台和75KW*2台，电压为660V，原来是自藕降压起动。根据实际需要，有时开两组，有时开一组。由于四季的交替，冷热的变化，以及开采的不断延伸和其它情况所带来的变化，所需的风量也将不断调节。但煤矿原根据反风及开采后期运行工况所设计的通风及拖动的电动机的功率，远大于煤矿正常生产所需的运行功率。针对矿井实际的风量需求，采用调节垂直风门开启度实现风量调整，造成能源浪费。另外，该矿区风机的运行为现场人工起停控制，人工观察运行状况，风量风压等参数的监测还是现场人工监测。

4.2 该矿煤矿风机进行节能监控改造的框图

4.3 1#风机节能控制柜介绍

4.3.1 具有节电市电转换功能：因为煤矿风机能否正常运行直接关系到煤矿的安全生产。然而任何设备都会可能出现故障，所以要求在节电出现故障时能够快速切换到市电运行。在这里，我们采用两种方式进行节电和市电的转换。

4.3.2 就地正向起停和反向起停功能。

4.3.3 就地加速和减速功能，方便现场调速。

4.3.4 与PLC柜的各种接口：采用无源干接点隔离信号，包括去PLC柜的运行状态信号（电源、节电、市电、故障、运行、停止等），以及接收来自PLC柜的信号（远程起动、停止、复位、加速、减速、正反向等）。

4.3.5 去原控制柜的连锁信号，保证在正确选择运行方式（节电或市电及远程或近控）后才能起动风机。

4.3.6 去2#风机节能控制柜的连锁信号：根据该矿区的实际情况，在原工程设计时要求，如果两组风机都开必须同时加速或减速。

4.3.7 控制电源的转换：将AC660V转换为AC220V。

4.3.8 变频节能单元的选择：选择AC660V级别的，同时配有相应的输出电抗器。

4.4 2#风机节能控制柜介绍

2#风机节能控制柜控制75KW风机，其主要功能与1#风机节能控制柜基本相同。不同的是，在与1#风机节能控制柜进行连锁时，为了同步，它只接收来自1#柜的连锁信号（加速或减速）。

4.5 PLC控制柜介绍

关于PLC控制柜，我们选用西门子PLC，其中包括：1个主模块和3个扩展模块。

其输入信号包括：1#柜的运行信号、停止信号、节电信号、故障信号、给定转速信号、实际转速信号，2#柜的运行信号、停止信号、节电信号、故障信号、给定转速信号、实际转速信号，风量传感器信号，风速传感器信号，正压传感器信号，负压传感器信号，各类温度传感器信号等。

其输出信号包括：起动信号、停止信号、正向信号、反向信号、加速信号、减速信号、复位信号等。

另外，根据用户的实际情况，为了供电的可靠性和减少干扰，我们没有选择由AC660V变换来的AC220V电源，而是选择单独的另外一路AC220V电源作为PLC柜的供电电源。

4.6 主要传感器介绍及选择要求

主要传感器包括：风量传感器信号，风速传感器信号，正压传感器信号，负压传感器信号，温度传感器信号等。其中温度传感器包括：监测风机的各个轴承的温度传感器8个，井下通风道内的温度传感器2个。

在选择各类传感器时，必须选用符合煤矿安全要求的防爆型传感器，且质量必须可靠。

4.7 监控系统介绍

4.7.1 硬件选择：该项目的监控系统使用的工控机为研华610工控机，同时配备研华ADAM4520转换接口。

4.7.2 监控软件：选择北京昆仑软件，64点。

4.7.3 通讯方式：通讯距离大约800米，选择485串口通信方式。

4.7.4 监控界面设置：

显示界面：显示风机运行状态（电源、节电、市电、故障、运行、给定转速、实际转速、风量、风速、正压、负压、各类温度等。）

控制界面：远程起动、停止、复位、加速、减速、正向、反向等按钮）。

文档界面：包括各项监控数据的历史记录等。

5 节能监控系统在煤矿风机上的应用成果及推广

该节能监控系统在安装调试正常运行后，设备的自动化程度得到提高，减轻了工人的劳动强度，加强了煤矿的安全生产，同时节约大量电能。客户自己通过电表对132KW风机的市电及节电运行的实际用电检测，平均节电率为30%，每年为国家节约标准煤大约100吨（3000 kwh =1吨标准煤）。因此建议煤矿行业或者其它行业对还没有改造的风机用户进行推广，从而产生更大的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]吴民强.泵与风机节能技术问答[M].北京：中国电力出版社，1998.

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