摘要：文章针对煤矿主通风机存在功率大、耗能大、自动化程度偏低等问题，结合九矿现有条件，制定了主通风机自动化控制装置选型方案并进行实施，很好地解决了上述难题，且取得了良好的经济效益。
关键词：煤矿主通风机；自动化控制；在线监控
中图分类号：TD635 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）30-0098-02
1 概述
鹤壁煤电股份有限公司九矿改扩建设计生产能力60万吨/年，在生产期间，实测矿井通风阻力已达到2950Pa。老风井井筒西部有一小矿，建于1996年，开采许可坐标范围在风井保护煤柱西南部，2006年2月关井停产，井筒已填；老风井建于2005年，距小矿主、副井筒约112m，位于原小煤矿2005、2001两个工作面中间的断层带上方。该小煤矿在生产期间，部分巷道穿过老风井井筒保护煤柱，由于无人维护，该处部分巷道已经塌陷，老风井工业广场内岩层结构已经开始变形，老风井井筒局部已经出现裂缝，为矿井的安全生产留下安全隐患。为满足矿井改扩建后延深区的通风需要和矿井的安全生产，需新建一风井。
2 主通风机变频原理分析
主通风机是矿井主要耗能设备之一，由于功率大，连续运转，耗电量约占生产电耗的15%～25%，特别是矿井生产初期需风量较小，一般通过调整风叶角度来适应实际需求，但风叶角度调整方式为跳跃式调整，致使通风机的工况点大都在低效能区，造成能源的极大浪费，而采用变频调速技术可大幅度地降低电耗，节电率平均可达30%，变频控制节能原理如下：
由风机的比例定律可知，当风机转速改变时，流量Q、压力H、功率P与转速n存在如下关系：
从上式可看出：风机的流量与速度成正比，压力与速度的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。因此，当风机的富裕量较大时，通过改变转速可以获得显著的节能效果。
由图1～3看出，曲线（1）为风机在给定转速下满负荷运行时的阻力特性曲线；曲线（2）为系统闸门部分开启时的阻力特性曲线。阻力曲线从（1）移到（2），压力则从H1移到H2，流量从Q1降低到Q2，运行工况点从C1点移到C2点。可看出，风量虽减少，压力反而增加，轴功率P比调节前相比变化不大。若采用变频调速，随着转速下降，压力—流量特性曲线变为图3中的曲线（1），系统工况点也由C1点变到C2′点，轴功率面积比采用挡板调节时显著减少，两者差即为节省的轴功率，即为图3中的矩形C2H2′、C2′的面积。
3 主通风机在线监控系统选型及功能
采用先进的通风机在线监控系统，由下位机、上位机和数据采集系统组成。下位机采用PLC作为总站，通过RS485通讯系统与微机综保及变频器通讯，采集系统各设备的状态，通过PLC模拟量模块采集通风机风量、风压、风速、振动、电机轴承温度和定子温度，两台研华工业控制计算机为主控系统，互为热备，同步显示，配置19寸液晶显示机器，把PLC采集的数据读入工控机并在界面上显示；主要功能如下：
3.1 监测系统功能
该系统以工业控制计算机为核心，配以各种外围设备组成，通过光纤构成工业以太网，在系统软件的控制下，实现各项基础数据的采集、分析、统计等功能。
3.1.1 系统的测量与控制。系统根据风量﹑负压﹑电流等参数，能够实现风机效率的准确计算和风机状态测量和控制。
3.1.2 电气参数和电机温度测量参数的监测。电气参数为配套电气设备的电流、电压、频率、等测量参数。通过485通讯方式传送给计算机或PLC进行处理。
3.1.3 系统的通讯与系统供电。监测结果可通过RS485和光缆、网卡、交换机实现局域网内或Internet上的数据公享，并使用通讯协议实现系统通讯。供电由UPS电源和稳压电源为各种传感（变送）器和电阻信号及开关量触点信号提供直流电源。
3.1.4 远程系统控制与故障诊断。调度室在系统授权情况下可实施通风机远程系统控制；对风机进行远程故障诊断和风机系统管理，能够自动存储故障列表并打印。
3.1.5 数据处理与查询。PLC和信号采集系统把信号送入工控机，工控机对数据进行处理。
3.2 监控软件及功能
3.2.1 系统运行主画面是系统的主窗口，以实物形象动画显示现场各设备运行情况、运行参数、故障位置等信息。
3.2.2 设备报警实现实时报警和历史报警，并可以进行窗口打印。
3.2.3 风机数据菜单。显示当前运行电机的电压、电流、有功、无功、周波和功率因数，对电流绘制实时曲线，观察它们的变化趋势。
3.2.4 开关柜、变频器控制画面。通过RS485通讯系统把开关柜和变频器的所有数据传输到PLC，显示在工控画
面上。
3.2.5 温度保护菜单。通过对电机温度、风机温度实时显示，并绘制实时曲线和历史曲线，供分析比较。
4 经济效益分析
由于采用变频风机，全速为740r/min，节能效率计算如下：
4.1 通风容易时期：叶片安装角度+2°
4.1.1 变频运行时，通风机转速为487r/min时的工况点所需功率：
4.1.2 风机全速为740r/min运行时的工况点所需功率：
4.1.3 风机变频运行期间年节电量为46万度。
4.2 通风困难时期：叶片安装角度+10°
4.2.1 变频运行时，通风机转速为675r/min时的工况点所需功率：
4.2.2 风机全速为740r/min运行时的工况点所需功率：
4.2.3 风机全速运行期间年节电量为227万度。
经以上计算可知：
矿井通风容易时期每年可节约电费约23万元。
矿井通风困难时期每年可节约电费约113.5万元。
矿井服务年限29.3年，若按每年节约的电费平均（23+113.5）÷2=68.25万元计，则矿井服务年限内可节约电费约2000万元。
作者简介：陈达（1982—），男，河南内黄人，河南煤化鹤煤集团机电部工程师，研究方向：机电管理。