基于变频调速的通风机在线监控系统
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摘要
煤矿主通风机作为煤矿安全生产的主要设备之一,是防止瓦斯聚集和爆炸的最有效手段。矿用主通风机性能在线监控系统对通风机设备、供电设备的性能参数进行实时监测,对保证通风机的安全工作,提高煤矿的安全管理水平具有重要的现实意义。
文章阐述了我国所面临的能源形势和节能降耗的必要性,介绍了变频节能技术在我国矿山机电设备特别是主通风机调速方面的应用现状,并结合黄玉川煤矿主通风机性能在线监控项目,开展了“基于变频调速的通风机在线监控系统”的研发工作。
在对通风机性能特性进行深入研究的基础上,掌握了通风机及通风系统的综合性能特性,对国内风机在线监控系统的开发状况进行了调研,提出了解决变频谐波影响在线监测数据采集的课题,通过数学推导,建立了在线监控系统的风量、风压等数学模型。
通过对变频调速技术的研究,掌握了变频器产生谐波的规律,找出了其干扰在线监测数据采集的原因,并对比了现有处理谐波干扰的措施,提出了解决谐波干扰的直接滤波法,很好的解决了谐波对数据采集的干扰。
通过对自动化系统的全面了解结合风机在线监控系统的实际情况,确定了基于可编程序控制器(PLC)的控制系统和相关硬件构架方案,并进行了传感器、变送器、PLC模块、上位机等硬件设备的选型设计。
该项目完成了PLC硬件与软件组态,应用STEP7编程软件完成了PLC的数据采集程序、控制程序等的编制,并选用MCGS上位组态软件完成了人机界面设计,对风机相关性能参数进行显示、打印、存贮、归档等管理,并通过智能分析发出故障报警,通过PLC通信模块完成数据上传等功能。
项目开发了一套主通风机性能在线监控系统,并在黄玉川煤矿得到了很好应用,实践证明,该系统运行稳定,数据可靠,提高了主通风机安全运行水平和煤矿自动化管理水平。
As one of the most important equipments, main fans in coal mines are the most efficient way to prevent gas from congregating and exploding. The online monitoring and control system of main fans detects ventilation equipment and power supply equipment real-time. The online monitoring and control system is significant to ensure the main fans work safely, and improve the management level.
This article described the energy situation of our country and the necessity of energy saving, introduced the application of Converter Technique in mine mechanical and electrical equipment especially in adjusting speed of main fans, and researched on the online monitoring system based on Converter Technique for main fans, which is combined with the online monitoring projects of main fans in Huang Yuchuan mine.
Through studying on the characteristics of fans, the comprehensive Performance Characteristic of fan and Ventilation System have been mastered. A subject about solving frequency harmonic influence on online monitoring data's acquisition is been raised by research on present situation in development of online monitoring. The Math Models of Air volume and air pressure of online monitoring system have been got through mathematical derivation.
Through studying on frequency control technique, the law of frequency harmonic has been mastered, the reason that frequency harmonic influence on online monitoring data's acquisition has been found. Compared with the means of dealing with frequency harmonic, a new means of direct filter has been proposed. And it solved the interference of frequency harmonic well.
A system based on programmable logic controller has been designed by studying the automation system and the real situation of fan online monitor. The sensor, transducer, PLC model and computer have been designed or selected.
This project completed the configuration of PLC and software, programmed the control programs and data acquisition programs by STEP 7,and designed the human-machine interface by MCGS. The software has the ability of showing parameters, printing, storage, fault alarming by intelligent analysis, uploading data by PLC communication model.
This project development a online monitor system of main fan, and it has been used in Huang Yuchuan mine. This system works well, the data acquisitioned by it is reliable and it improves the safety level of main fan and the coal mine automation management level.
文章阐述了我国所面临的能源形势和节能降耗的必要性,介绍了变频节能技术在我国矿山机电设备特别是主通风机调速方面的应用现状,并结合黄玉川煤矿主通风机性能在线监控项目,开展了“基于变频调速的通风机在线监控系统”的研发工作。
在对通风机性能特性进行深入研究的基础上,掌握了通风机及通风系统的综合性能特性,对国内风机在线监控系统的开发状况进行了调研,提出了解决变频谐波影响在线监测数据采集的课题,通过数学推导,建立了在线监控系统的风量、风压等数学模型。
通过对变频调速技术的研究,掌握了变频器产生谐波的规律,找出了其干扰在线监测数据采集的原因,并对比了现有处理谐波干扰的措施,提出了解决谐波干扰的直接滤波法,很好的解决了谐波对数据采集的干扰。
通过对自动化系统的全面了解结合风机在线监控系统的实际情况,确定了基于可编程序控制器(PLC)的控制系统和相关硬件构架方案,并进行了传感器、变送器、PLC模块、上位机等硬件设备的选型设计。
该项目完成了PLC硬件与软件组态,应用STEP7编程软件完成了PLC的数据采集程序、控制程序等的编制,并选用MCGS上位组态软件完成了人机界面设计,对风机相关性能参数进行显示、打印、存贮、归档等管理,并通过智能分析发出故障报警,通过PLC通信模块完成数据上传等功能。
项目开发了一套主通风机性能在线监控系统,并在黄玉川煤矿得到了很好应用,实践证明,该系统运行稳定,数据可靠,提高了主通风机安全运行水平和煤矿自动化管理水平。
As one of the most important equipments, main fans in coal mines are the most efficient way to prevent gas from congregating and exploding. The online monitoring and control system of main fans detects ventilation equipment and power supply equipment real-time. The online monitoring and control system is significant to ensure the main fans work safely, and improve the management level.
This article described the energy situation of our country and the necessity of energy saving, introduced the application of Converter Technique in mine mechanical and electrical equipment especially in adjusting speed of main fans, and researched on the online monitoring system based on Converter Technique for main fans, which is combined with the online monitoring projects of main fans in Huang Yuchuan mine.
Through studying on the characteristics of fans, the comprehensive Performance Characteristic of fan and Ventilation System have been mastered. A subject about solving frequency harmonic influence on online monitoring data's acquisition is been raised by research on present situation in development of online monitoring. The Math Models of Air volume and air pressure of online monitoring system have been got through mathematical derivation.
Through studying on frequency control technique, the law of frequency harmonic has been mastered, the reason that frequency harmonic influence on online monitoring data's acquisition has been found. Compared with the means of dealing with frequency harmonic, a new means of direct filter has been proposed. And it solved the interference of frequency harmonic well.
A system based on programmable logic controller has been designed by studying the automation system and the real situation of fan online monitor. The sensor, transducer, PLC model and computer have been designed or selected.
This project completed the configuration of PLC and software, programmed the control programs and data acquisition programs by STEP 7,and designed the human-machine interface by MCGS. The software has the ability of showing parameters, printing, storage, fault alarming by intelligent analysis, uploading data by PLC communication model.
This project development a online monitor system of main fan, and it has been used in Huang Yuchuan mine. This system works well, the data acquisitioned by it is reliable and it improves the safety level of main fan and the coal mine automation management level.
引文
[1]王志敏.煤矿主要通风机计算机监测监视及无线网络通讯系统[J].矿业安全,2010(7)：112-113.
[2]李广洲.《煤炭工业节能减排工作意见》解读[J].电力需求侧管理,2008(1)：53-54.
[3]吴贵辉.中国能源形势及发展对策[J].能源与节能,2011(1)：10-11.
[4]Chen Qingru,Wang Haifeng.Clean Processing and Utilization of Coal Energy[J]. The Chinese Journal of Process Engineering,2006(6):35-38.
[5]张萍,刘雁湖.建设节约型社会的背景分析及重点领域[J].中国化工装备,2007：46-48.
[6]Dongke Zhang.Energy options in sustainable development[J]. Journal of Fuel Chemistry and Technology,2005(8):399-406.
[7]李胜锁.复杂条件下高效率回收边角煤开采实践[J].河北煤炭,2010(3)：46-49.
[8]丁斗章.变频调速技术与系统应用[M].北京：机械工业出版社,2006(8)：1-19.
[9]宋杰,肖兴明,张宪锋.煤矿井下排水泵站的监控系统设计[J].煤矿机械,2007(1)：12-14.
[10]辛民.变频调速技术在矿山的应用[J].矿业快报,2005(1)：32-33.
[11]曹顺周.变频调速技术在矿用对旋轴流式通风机的节能应用与分析[J].科技信息,2007(30)：25-27.
[12]董恒贤,陈定永.变频技术在孔庄煤矿的应用[J].能源技术与管理,2007(1)：45-46.
[13]许洪杰,王方红.变频调速技术在煤矿露天生产中的应用[J].科技资讯,2007(21)：21-22.
[14]王铎,郭培彬.提升机变频器在山西某煤矿中的应用[J].变频世界,2006(5)：80-83.
[15]白志明.变频调速技术在煤矿给煤机中的应用[J].河北煤炭,2006(5)：33-35.
[16]高志明.大功率采煤机的技术现状及研究方向[J].煤矿机电,2007(4)：32-34.
[17]张惠忠.矿用风机的使用现状和发展趋势[J].矿业快报,2007(9)：5-7.
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[20]张惠忠.矿用风机的使用现状和发展趋势[J].矿业快报,2007(10)：15-18.
[21]廖丽,李翠华.我国矿井主通风机设备的现状及发展[J].煤炭工程,2004(9)：71-73.
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[23]商坤,王建军.变频调速在煤矿矿井通风机上的应用[J].煤矿安全,2006(7)：10-13.
[24]李玉瑾,于功江.煤矿用大型通风设备工程设计及运行特性分析[J].通用机械,58-61.
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[32]Suglo,R.S.; Frimpong,S.; Muirhead,I.R.. System drivers in the performance of auxiliary ventilation systems[J]. CIM Bulletin.2003(3):110-115.
[33]Krzystanek Zdzislaw,Wasilewski Stanislaw.Monitoring and control of main fans for minimization of power consumption[J].Proceedings of the US Mine Ventilation Symposium,1995:75-81.
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[43]赵凤毅,杨秉林.变频器在电厂风机中的应用研究[J].自动化技术与应用,2005(1)：79-81.
[44](美)Ralph Morrison著,陈志雨,宋海峰,龚莉媛译.接地与屏蔽技术[M].北京：机械工业出版社,2006：73-81.
[45]蔡光杰.变频器谐波干扰及抑制[J].中国电力报,2003(6)：1-2.
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[48]熊建军,胡亚非,王启立.金源煤矿矿井主通风机性能在线监测[J].煤矿机电,2007(7)：33-34.
[49]王启立,胡亚非,熊建军.变频工况下煤矿主通风机温度监测失真的研究[J].矿业安全与环保,2008(4)：35-37.
[50]赵英凯.计算机集成控制系统[M].北京：电子工业出版社,2007：2-8.
[51]孙洪程,翁唯勤.过程控制工程设计[M].北京：化学工业出版社,2001：78-80.
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[53]王毅,张早校.过程装备控制技术及应用[M].北京：化学工业出版社,2007：194-221.
[54]王俊峰,孟令启.现代传感器应用技术[M].北京：机械工业出版社,2006：10-14.
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[56]陈润泰,徐琨.检测技术与智能仪表[M].长沙：中南工业大学出版社,2005：10-16.
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[58]李增国.传感器与检测技术[M].北京：北京航空航天大学出版社,2009(7)：39-47.
[59]朱自勤.传感器与检测技术[M].北京：机械工业出版社,2010(12)：78-87.
[60]王启立,胡亚非,刘颀.煤矿主通风机监测数据远传与联网设计[J].流体机械,2008(2)：40-42.
[2]李广洲.《煤炭工业节能减排工作意见》解读[J].电力需求侧管理,2008(1)：53-54.
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