自动通风变频装置方案DOCWord格式.docx

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1.BPJ-150/660F矿用隔爆兼本质安全型交流变频调速装置（以下简称调速装置）是我公司开发的新一代局部通风机自动调速装置,适用于煤矿井下具有瓦斯、煤尘爆炸危险的场合。

该产品改善局部风机通风性能，避免了一风吹造成的瓦斯事故。

自动检测掘进头及混合风浓度调节风量（在低瓦斯矿主要根据风量进行调节）。

该产品独立控制，即可做主机也可做备机设定，故障自动切换。

较以往产品优化了结构，方便维修维护，大大降低了使用门槛和维护工作量，提高了使用效率，节约维护时间。

2.调速装置选用ABB高性能进口变频器，在控制核心PLC的控制下，根据瓦斯浓度信号（在低瓦斯矿主要根据风量进行调节），在保证风量供给及瓦斯浓度不超过规定安全值为条件，自动调节电机转速，同时在进风口满足其它有害气体如CO2，CO等不超标的前提下，对掘进面有害气体进行监控及排放控制，做到依需供风，降低了风机耗能，达到节能效果。

并同时抑制了掘进面因风速过大而导致的煤尘飞扬，改善了工作环境。

3.具有手动和自动工作模式，及主备自动切换，风电闭锁，瓦斯电闭锁，大大提高了设备的可靠性，保证了局扇的不间断运行。

4.可以通过较大容量风机通风，经变频器调速控制风机，在不增加电能损耗的状况延长局扇风机风管长度，减少拆装次数，降低工作量。

备注：

对于是能否通过局扇风速控制降低采掘面粉尘的问题，我们在神东保德矿和锦界矿进行了调研，目前使用的局扇通风机在均为全速送风，据井下做业工人反应加大通风对粉尘影响不大，并且有可能加大份尘悬浮时间，目前在使用专门的除尘风机情况下，粉尘也并没有得到很好处理，两矿负责通风的总工均不认可可以通过局扇风速控制降低采掘面粉尘的问题，只有通过试验来确定调整局扇风速对掘进面粉尘影响在确定是否加入控制。

2．装置描述：

本系统适用于煤矿井下，用于掘进头、采掘面，采用一拖2的方式，适用于总容量2x75KW及以下双对旋局扇风机的控制。

环境要求：

（a）使用于有瓦斯和煤尘爆炸性危险的煤矿井下

（b）周围环境温度0℃---+40℃

（c）海拔高度不超过2000m.

（d）相对湿度不大于95%（+25℃）

（e）环境大气压80KPa-106KPa

（f）无剧烈振动冲击场所

技术指标：

BPJ-150/660F矿用隔爆兼本质安全型交流变频调速装置技术指标

额定输入电压

AC660V 

输入电压范围

士10%

额定输入频率

50Hz,

输出额定输出电压

660V

输出频率范围

5一50Hz.

输出频率分辨率

0.01Hz

输出颁率稳定精富

士0.1%

额定输出功率

150kW

输出力矩

正比于于或但定

过载能力

120% 

1分钟180%立即保护

加减速时间

0.1一3200秒，可设定

诊断 

开机自检，运行中买时检测诊断

环境温度

0一40°

C

相对湿度 

最高90%无凝露

海拔高度 

一般不超过1000米

防护等级

符合EXd，煤安防爆标准

冷却方式

风冷

人机界面

触摸屏

外型尺寸：

系统原理图：

装置自带隔离开关，真空接触器及保护装置，无需另外配备开关，自成一体，通过设置选择，既可以当主机也可以当备机使用，具有双机热备、主、辅风机自动切换，数据上传监控，瓦斯电闭锁、风电闭锁功能等功能。

3．控制方案介绍：

我们在局扇自动化控制主要基于两个主要方面：

1.井下风流速度的控制：

井下局扇通风，必须以井巷的风流速度不超最大允许值为前提，通过风流速度传感器控制检测风速做为第一判定条件，PLC控制变频器驱动电机的转速，使巷道内风流速度在不超过最大允许值的条件下，送风及排放有害气体。

该最大允许值可根据下表标准按照实际情况设定。

控制框图：

2.通过各种传感器检测井巷主要气体含量，在不超过井巷风流允许速度的前提下，自动调节局扇转速，使巷道空气质量达到《煤矿安全规程中》的要求。

检测以下几种主要气体的含量并加以控制调整。

根据用户需求也可增加其它气体检测并控制。

其中瓦斯做为主要控制反馈信号通过PID设定值进行调整局扇转速，当其它几种气体大于或小于允许浓度90%时，自动转入允许最大风流控制，使送风量在最大状态下送风，当超出标准气体降低到允许值的80%后，再转入瓦斯自动调整状态。

瓦斯自动控制工作原理：

如图所示风机调速装置配接三只瓦斯传感器：

T1：

迎头瓦斯传感器

T2：

回风处瓦斯传感器

T3:

回风巷混合风流瓦斯传感器

在回风巷混合风流瓦斯传感器T3处瓦斯浓度不超限时，调速装置自动进入自控通风状态。

以T3处瓦斯传感器浓度不超限为主要控制原则，当T3传感器瓦斯浓度值超过设定值时，风机调速装置减小输出频率，风机减小输出风量，控制工作面到T3处的瓦斯排出量，随着新鲜风流的注入而稀释，T3点的瓦斯浓度就会逐渐减小到安全值以下，此时风机调速装置加大输出频率，风机加大风量排出工作面和回风处的瓦斯，如此循环往复，以达到最大效率安全排放瓦斯的目的。

若T3处瓦斯传感器浓度不超设定值，此时T1、T2处瓦斯传感器浓度值越大，风机调速装置输出频率越大，风机输出风量越大。

依据工作面瓦斯浓度传感器T1、回风处瓦斯浓度传感器T2所检测的瓦斯浓度，调速装置根据瓦斯浓度的大小自动调节风量，T1、T2浓度变小，则局扇减速;

T1、T2浓度变大，则局扇加速，避免瓦斯超限，解决了因为风机全负荷恒定转速运转而造成的巨大浪费。

四．节能分析：

风机的风压H-风量Q曲线特性图

风机的风压、H-风量Q曲线特性如上图。

n1——代表风机在额定转速运行时的特性;

n2——代表风机降速运行在n2转速时的特性;

R1——代表风机管路阻力最小时的阻力特性;

R2——代表风机管路阻力增大到某一数组时的阻力特性。

　风机在管路特性曲线R1工作时，工况点为A，其流量压力分别为Q1、H1，此时风机所需的功率正比于H1与Q1的乘积，即正比于AH1OQ1的面积。

当减小风量到Q2，实际上通过增加管网管阻，使风机的工作点移到R2上的B点，风压增大到H2，这时风机所需的功率正比H2Q2的乘积，即正比于BH2OQ2的面积。

风机所需的功率增大。

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。

若采用变频调速，风机转速由n1下降到n2，这时工作点由A点移到C点，流量仍是Q2，压力由H1降到H3，这时变频调速后风机所需的功率正比于H3与Q2的乘积，即正比于CH3OQ2的面积，由图可见功率的减少是明显的。

由流体力学和风机比例定律可以得出风机、风量与转速及轴功率的关系为：

风量Q与转速N的一次方成正比，风压H与转速的平方成正比，轴功率P与转速的三次方成正比，。

而转速又与频率成正比，当降低频率时，风机转速降低，功率以频率的立方下降，其功率与转速、压力、流量、节电率等关系如下表。

五．装置的主要特点及功能：

1.系统高可靠性：

•均选用国际知名品牌ABB公司变频器做为机芯，选用AB公司PLC做为主控制器，其它元器件均选用国内或国际知名品牌，保证了设备的高可靠性。

软件部分逻辑关系清晰。

操作性强。

系统运转稳定可靠。

•结构紧凑，合理。

保障所有元器件均能井下方便更换，不会因偶然的故障造成生产较长停止。

2.自动化程度高：

•通风机性能最佳调节方式是变转速调节，该调速装置通过对工作地点瓦斯浓度的实时检测，通过自动控制系统，智能自动调节通风机电机转速，达到按需通风的目地，适用于长时间，无人值守连续工作。

并预留检测接口，可根据用户提出对其它有害气体的检测，调整电机转速，满足用户需求。

3.保护措施完善：

•具备过载、过电压、欠电压、缺相、过热、漏电闭锁，漏电保护等多种保护功能。

保证设备井下安全使用。

4.显示内容丰富：

•人机界面主页面主要显示操作模式，系统运行状态及转速、转矩、电压、转速给定瓦斯浓度等各种数据的显示。

柜内各开关接触器、断路器的状态显示，手动单机操作及测试。

主要故障指示。

•参数设定界面：

用户输入正确的密码确定后，系统参数设置页面激活，可对主从机的进行选择及对主要运行参数进行设置。

•趋势图界面：

该趋势图可实时监控显示电机的状态，并在同一图中显示电机的电流、转速及功率的变化趋势，方便用户观察多台电机的运行状态并作比较。

可随机抓取趋势图的任意一点数据进行分析。

•故障显示界面：

将系统故障内容进一步细化，方便用户有针对性的解决问题，同时也方便了用户和厂家进行交流。

•故障存储界面：

该界面可以对历史故障进行记录，防止因复位而丢失保留的故障，可以对整套装置保存一个良好的运行记录。

方便对产品的改造和设备的认识。

最多可存储100个故障信息。

5，支持双机热备方式：

•双机热备是指主备调速装置之间的切换功能，调速装置控制两组独立电源供电的局部通风机自动切换，具有如下功能。

•

（1）主机自动运行时，备机处于待机状态。

•

（2）主通风机在停电或故障停机时，备用风机本地模式下，自动运行。

双机运行互锁，不允许同时运行。

6.风电瓦斯电闭锁：

•风电闭锁：

主调速装置起动并输出频率达到20HZ，输出节点闭合，主调速装置停止后输出节点断开。

（该节点用于控制动力设备断电）

•瓦斯电闭锁：

当调速装置运行时，输入瓦斯浓度（T1>

1.5%）或（T3>

1%）时，输出节点断开。

7.支持多种通讯协议：

•可根据用户需要，选择多种通讯协议，方便用户数据上传监控的需要，一般默认为MODBUS485通讯协议。

•我们选用DSP数据通讯平台，通过软件配置可在设备及网络之间建立起无缝通讯链接，支持基本所有协议标准。

8.变频器控制模式先进：

•变频器采用直接转矩控制（DTC）控制模式调速范围宽，调速精度高，低频运行特性好，转矩输出大。

•变频器直接转矩控制（DTC）原理描述：

•直接转矩控制（DTC）是交流传动的一种独特的电机控制方式，逆变器的开关状态由电机的核心变量磁通和转矩直接控制。

•测量电机电流和直流电压作为自适应电机模型输入，该模型每25微秒产生一组精确的转矩和磁通实际值，电机转矩比较器将转矩实际值与给定调节器的给定值做比较，磁通比较器将磁通实际值与磁通给定调节器的给定值做比较。

依靠来自这两个比较器的输出。

优化脉冲选择器决定逆变器的最佳开关状态