煤矿主通风机变频调速及控制监控系统
一、概述
煤矿巷道通风系统，在煤矿的安全生产中起着至关重要的作用，由于煤矿开采及掘进的不断延伸，巷道延长，矿井所需的风量将不断增加，风机所用功率也将加大；四季的交替，冷热的变化，所需的风量也需不断调节。

变频调速以其优异的调速和起动性能，高效率、高功率因数、节电显著和应用范围广泛等诸多优点而被认为是主扇风机最适合的调速方式，可以实现以下几个功能：
●节能降耗，降低长达几十年的生产成本；
●软起动特性，大大延长机械使用寿命；
●无人值守，提高自动化运行程度，安全生产。

二、变频节能原理
变频调速控制系统利用变频调速来实现风量（风压）调节，代替挡风板等控制方式，不但可以节约大量的电能，而且可以显著改善系统的运行性能。

曲线（1）为风机在恒定转速n1下的风压—风量（H―Q）特性，曲线（2）为管网风阻特性（风门全开）。

假设风机工作在A点效率最高，此时风压为H2，风量为Q1，轴功率N1与Q1、H2的乘积成正比，在图中可用面积AH2OQ1表示。

如果生产工艺要求，风量需要从Q1减至Q2，这时用调节风门的方法相当于增加管网阻力，使管网阻力特性变到曲线（3），系统由原来的工况点A变到新的工况点B运行。

从图中看出，
风压反而增加，轴功率与面积BH1OQ2成正比。

显然，轴功率下降不大。

如果采用变频器调速控制方式，风机转速由n1降到 n2，根据风机参数的比例定律，画出在转速n2风量（Q―H）特性，如曲线（4）所示。

可见在满足同样风量Q2的情况下，风压H3大幅度降低，功率N3也随着显著减少，用面积CH3OQ2表示。

节省的功率△N=（H1-H3）×Q2，用面积BH1H3C表示。

显然，节能的经济效果是十分明显的。

由流体力学可知，风量与转速的一次方成正比，风压H与转速的平方成正比，轴功率N与转速的三次方成正比。

采用变频器进行调速，当风量下降到80%时，转速也下降到80%，而轴功率N将下降到额定功率的51.2%，如果风量下降到60%，轴功率N可下降到额定功率的21.6%，当然还需要考虑由于转速降低会引起的效率降低及附加控制装置的效率影响等。

即使这样，这个节能数字也是很可观的，因此风机采用转速控制方式来调节风量，在节能上是个有效的方法。

理论分析和实测都证明用人为增加通风阻力(关小闸门)的方法调节风量会造成电能的浪费，是不可取的。

而大型煤矿的服务年限大多在几十年以上，投产初期到井田稳定开采一般在十年以上，因此在主扇风机设计上余量会特别大，在相当长的时间内主扇风机一直处在较轻负载下运行。

如果煤矿主扇风机还采用档板调节，只会造成能源浪费、增加生产成本。

可是采用变频调速改变风机转速的方法调节风量，不但节能效益显著，而且还有减少机械磨损延长机械使用寿命的效果。

三、系统技术说明
按照系统设计中各部分功能来划分，将系统分为三大部分，即为：
➢供配电系统
●10KV高压配电系统
●380/220V低压配电系统
✧交流系统
✧直流系统
➢变频调速系统
完成对电动机的驱动、保护功能，根据风量与瓦斯浓度实现PID闭环控制，实现风机自动调速运行；并具有重载启动、过载能力强、保护功能完善等诸多优势。

驱动部分还另设置旁路柜，在变频器出现问题时，可自动将风机切换至工频运行，保证井下通风正常，安全生产。

➢无人值守控制及在线监控系统；
控制及在线监控系统中采用可编程控制器PLC作为主控器，上位机配备工控机及组态软件完成系统操作与监控，PLC采用双机热备方式，任意一套控制器出现问题，另一套可以快速响应投入运行；控制部分采集现场设备及传感器的返回信号，并根据运转工况要求，通过编程的方式实现风机运行的授权遥控、现场集中、就地手动等控制方式，使风机系统达到智能运行，能自动切换风机，自动反风，实现无人值守。

并实现系统中各设备的实时参数检测、历史数据查询，相关重要参数的定期报表输出，使操作人员对每台设备的状况充分了解，维护人员对设备的运行情况有据可查。

矿井主通风机监控系统完成以下自动控制和监测功能：
●主通风机正常状态下的开、停控制。

●主通风机定期轮换控制。

●矿井发生事故需返风时的倒转反风控制。

●风门绞车控制。

控制风门电动执行机构，实现风门的开闭，并监测到位信
号；
●自动调节控制程序具有倒换风机预警、定时反风预告、风量调节预报三类
程序。

●控制风机电机高压起动柜的分合闸，控制和保护变频器和整流变压器，并
监视其故障保护状况。

●监测风机电机的轴承温度、绕组温度信号。

●监测风机的主轴承温度、振动位移、喘振信号。

●显示、记录所检测的各个温度值，绘制曲线，并提供历史数据的查询。

●根据静压、压差检测信号，绘制静压、风量、风速和效率曲线，并提供历
史数据查询。

●采集并显示电机的电压、电流、有功、无功、频率、功率因数。

●显示系统的实时报警信息，实时报警打印，并提供历史报警信息的查询。

●主通风机监控系统与综合自动化控制网络连接，实现在矿调度中心在线监
控。