轴流式风机的风量自动控制系统分析.pdf

4 4 2 0 0 0年 第 “ 轴流式风机的风量 自动控制系统分析 1 ． 合舡业 安徽 合 2 业 安 徽 淮 南 23200 1 1 l ． 合 肥 工 业 大 学 ， 安 徽 合 肥 23哪 ； ． 淮 南 工 业 学 院 ， 安 徽 淮 南 一 『 摘要 介绍了德国 Ⅱ 公司生产的轴流式风机 ， 重． 最对该风机的风叶 角度闭环控制 和风量 闭环控制 系统的原理进行了分析。 关键词风机 ；风量；风叶角度； 自动控制 中图号1 l 牾2 ． 1 1 前言 ’ 近年， 我国从德国引进 了效套轴流式风机 ， 该风 机具有以下特点 1 采用绕线式异步电动机拖动 、 转子串液体 电 阻起动 的电力传 动方案。由于液体 电阻 的切除平 滑 ， 因此风机起动时电动机转速上升平稳、 无转矩 冲 击、 起动电流小。风机起动后正常运行时 ， 电动机的 转子绕组披短接， 电刷抬起。 2 风机起动后电动机转速恒定 ． 风机可在运转 中通过液压系统的电磁 阀调节风叶角度 ， 以达到 自 动调节风量的目的。 3 采用两级计算机控制 ， 下位机为可编程控翩 器 P r C -- 8 o o ， 实现系统的自诊断和故障检测等 功能 ； 上位机为工业控制计算 机 Ⅲc ， 实现风机运 行信息的监视、 高压合闸、 风量设定以及故障显示与 打印等功能。 4 为了保证风机的可靠运行 ， 风机电源为双回 路供电系统 ， 采用 2台风机 1 台运行、 1台备用。同 时传 动系统也为 2套 ， 并采用 2台可编程控制器作 下位机对风机进行冗余控制， 正常工作时， 2台可编 程控制器均参与控制 ． 即使有 1台可编程控制器出 现问题 ， 只要另一台正常， 风机仍能照常运行。在可 编程控制器 和工控机均参与控制 时， 2台风机还可 实现 自动切换。 夸 由 风 札 旌 彻 文献标识码A 风机传动系统的结构如图 1 所示。图中B R、 B 分别为 1 ‘ 、 2 6 k V进线的馈电开关 ， B F a 为 母联开关 ； B 、 B n分 别控翩 l 风机的电动机 M l 和 2 ‘ 风 机 的 电动机 定 子电 源 的 断路 器 ， S B L D l 、 s B u 2 为电刷抬起装置 ， L q s l 、 岛 为三相液 体电阻。 田 1 风 机传动系统结构 示意 田 Hg ． 1 s I n山r e d I 雌 哺 n 0 fI _柚 ’ s d r l v i 町醴日n 淮南矿业集 团引进了 2套这种风机 。 发现该风 机除具有以上特点外， 其 由可编程控制器实现的风 量 自动控制系统更具特色 ， 下面对该风机 的风量 自 动控制系统的原理进行分析。 2 风叶角度及风量的设定 风叶角度设定值 或期望值 0和风量设定值 或期望值 口是由操作人员通过工控机来进行设 定的。 在电控系统 的控翩柜上， 有个操作选择开关 ， 由 Te mp e r a t u r e r i s i n g a u t o - d e t e c t a n d a l a r m d e v i c e o f t h e c o a l mi n e e l e c t r o mo t o r Z H A Ov ． g - ． T A N GQ h ， Z ／ t lGⅪ_ } q Il 【 1 ． H u a m a n l r I h 】 l e 0 f 曲f 岫- H 呻 矗 la I l 2 3 2 0 0 1 ， C d n a ； 2 ． n n I n s t ate 0 f A n h u l C o a l D e p 砒n t ， H e f e i 2 3 4 G 0 1 ， c ● 曲a Ab s l a a c t T h i s p a p e ri n t r o d u c e s a k i n d o f t e mp e r a t u r e出 iJ 1 g a u l o - c z t a n d a l a r m d e v i c e o ft h e e l e c t mmo t w h i c h w 舾 c o n t r dhd b y 8 0 9 8 s in g l e c h i p ． T h e d c e c 蚰 me a s l l r et h e e v e r y p a r t 。 8t e mp e r a t u r e o ft h et h r e e - p h a s e a 8 y n c h mn f 【 i 堪l e 】 e c Ⅱ 讲加t o r a o 伽mt e 1 y a n dt h e n r e vi s et h et e s t a n d a hn n a u t c a a t t i e a l l y ． T h e r e a I e a l s o a b o u tt h e s o f t w a r e a n d h 叮d 哪啪 d e 8 i ． Ke y w o r d s e l e c r | t e mp e r a l u l e r i s i n g ； d e t c t | a l a r m 维普资讯 2 O O O年第 1 1 期 煤 矿 机 械 4 5 该开关可选择系统的工作方式 ， 共有 2档， 分别为风 量 闭环控制方式和风叶角度闭环控 制 即风量开环 控制 方式。 当操作选择开关打到风量闭环控制方式时 ． 闭 环调节系统的反馈量为实际风量 ， 所以由工控机 设定 的参数为风量的期望值 p； 若将操作选择开关 打到风叶角度闭环工作方式 ， 这时 闭环调节系统的 反馈量为实际风 叶角度 ， 因此 ， 这时 由工控机 设 定的参数为风叶角度的期望值 日 。 当系统工作在风量闭环控制方式并且通过安装 在风门外进风 r l 处 的气体 含量传感器 检测到 甲烷 C 心 含量末超限或 系统工作在风 叶角度 闭环方式 时， 可编 程控 制器 的内部继 电器 MI 为“ l ” ， 为 “ o ” ， 上述由工控机所设定 的风量设定值 p 在风量 闭环控制方式 或风叶角度设定值 日 在风叶角度闭 环控制方式 将通过通讯线传送给可编程控制器 并 存储在 P B单元 。 如图 2所示。 若 系统工作在风量闭环控制方式并且气体含量 传感器检测到甲烷超 限时， 可编程控制器的内部继 电器 MI 为⋯ 0’ ， M 0 为 l ， ’ ． 这时风量的设定值将不采 用操作人员通过工控机设定的参数 ， 而 是直接采用 可编程控 制器内部 事先设定 好的最大风 量设 定值 Q 一 ， 也将其存储在 P B单元。 3 风叶角度及风■的调整 风机处 于风叶角度闭环或风量闭环工作状态时 的系统控制原理如图 2所示。 当操作选择开关打到风叶角度闭环工作方式 ． 若需要增加风叶角度， 这时通过可编程控制器的梯 形图运算应使其内部继电器 为“ l ” 、 为⋯ 0 ’ ， 输 出继电器 K 1 得 电， 进而电磁阿 Y 1 得 电， 通过液压系 统使风叶角度增加 ； 若需要减小风叶角度时， 应使内 部继电器 为“ 1 ” 、 M 6为* 0 ” ， 输 出继 电器 得电， 使电磁 闻 得电， 通过液压系统使风叶角度减小。 当 和 均为“ 0 ” 时 ， Y 】 、 Y 2 均失电， 风叶角度将 保持原来的值不变。 风量的太小与风叶角度的太小 以及风机的运行 工况点有关。当风叶角度增加时 ， 风量增加 ， 但由于 风量对风叶角度的响应是一个大惯性， 因此风量的 变化将滞后 于风叶角度的变化。当风 叶角度不 变 时， 风量将随巷道风阻的变化而变化 若风阻增加 ， 风量将碱小。 4 风叶角度闭环 风■开环 控制原理 当操作选择开关打到风叶角度闭环 风量开环 状态时， 可编 程控制器 的内部继 电器 为“ l ” ， 为⋯ 0 ， 这时送到可编程控制器存储单元 P A的反馈 量为风叶角度 的实际值 ； 同时 M 1 “ l ” ， 存储在 P B单元的给定值为风叶角度的期望值 日 。 与 之 差为偏差 △。 固 2 风叶 角度闭环和风量 闭环控制原理固 № ． 2 T h e p r i I - 瞳 p I e d 主 a 聊0 f w i n d ’ s- 萼 k a n d wfl l d r a t e c l o s e d - l o o p c o mr o t 由偏差运算及逻辑判断 电路构成风叶角度调节 器。若 ， 偏差 △ 的极 性为“” ． 内部继 电器 M 2 为“ l ” ， 按理这时应通过 电磁 阀 Y 1 来增加风叶角 度； 同理， 若 f △ml 时 ． 开始对风叶角度进行调节 ； 当偏差较大 ． 即 l △n l l △l l △ ml 时 ， 继 续 调节 ， 当偏差较 小， 即 l △f l △ ml ， 偏差过大， 由于工作在风叶角度闭环 维普资讯 46 2 0 c f 一 6 煤 矿 机 械 2 0 0 0年第 1 1 期 风量开环 状态 ， 因此， 内部继电器 地 为⋯ 1， 始 终为⋯ 0’ ； 这时偏差 △的极性为“ ” ， 因此内部继电 器 M 2 为⋯ 1 ’ ， 、 地 经过逻辑与运算使 为⋯ 1 ’ ， 通 过输 出继电器 K 使电磁阀 Y l 得电． 风叶角度增加 。 在 t ， 。t 1 期间， I An I I △I I AmI ， 这时偏差仍较 大 ， 内部继电器 M4 仍 为“ l ” ， 这时偏差 △的极性仍 为“ ” ， M 2 仍为⋯ 1 ’ ， 因此 也仍然为⋯ 1 ’ ， 通过输 出继 电器 K 1 使电磁闽 Y l 继续得 电， 风叶角度继续 增加 。在 t 3 ～l 4 期间， I △I I An I ， 偏差较小 ， 地 为 ⋯ 0 ， 偏差 A 的极性为“” ， M 2 为“ l ” ． 为⋯ 0 ， 因 此 、 均为⋯ 0’ ， 电磁阀 Y l 和 Y 2 均不得 电， 停止 调整风叶角度 ． 然而 ． 由于机械惯性 ． 风叶角度可能 会继续增加 。在 4 一t 5 期间 ． △ 的极性 为“ 一” ， 为⋯ 0 ． M 为“ 1 ” ． 但 【 △I I A mI ， 地 为“ l t ， 因此 为⋯ 0’ 、 为“ l ” ， 电磁阀 Y 】 失电， 得 电， 风叶角度在增加 到一定值后开始减小。在 t 6 一t 期间， I A nI I △I I Aml ， 继续得电， 风叶角度继续减小 t 1 之后 I △I I A ml ， 将重复上述调节过 程 ， 直至 I △I f A mI ， 调节过程才告结束。 5 风量闭环控 制原理 当风机 工作在风量 闭环控制方式时， 可编程控 制器的内部继电器 M R 为⋯ 0’ ， M 9为“ l t ， 送到存储单 元 P A的反馈量将为实际风量 ； 同时． Ml “ I ” 若 甲烷超限 ， 则 M l ⋯ 0 ， M 0 “ l ” ， 存储在 P B单元的 给定值为风量的期望 值 0 若 甲烷超 限． 则存储在 P B单元的为最大风量设定 值 Q⋯ 。Q与 Q 之差 为风量偏差 △。由偏差运算及逻辑判断电路构成的 风量调节器与上述风叶角度调节器工作原理基本相 同， 所不同的是在根据偏差 l AI 的大小进行调节时 ． 风量调节器采用的控制量为系列脉冲， 脉冲控制量 的周期为 2 0 s ； 脉宽为 0 ． 5 s 如图 2所示 。采用系 列脉冲控制量的 目的是考虑风量对风叶角度的响应 是一个大惯性环节， 其遵循的是调一步风叶角度， 等 到风量响应稳定下来后 ， 再根据 Q与 的偏差 ． 确 定下一步是否需要 继续调节， 即“ 等等 、 看看、 调调” 的原则。这样将有 利于减小风量 的超调量， 增加 闭 环调节系统的稳定性。 该方案 I AmI 和 I AnI 的选取很重要 。若 I AmI 和I An I 选 的过大，系统 容易 稳定 ，但静 差大 ； 若 I A mI 和I An I 选的过小， 则系统难 稳定． 甚至会出 现振荡。这 2个参数可根据要求 在调试 中合理选 择 作者筒介 李敬兆． 1 9 6 3 年生． 淮南工业学院电气工程系副主 任 、 耐教授 硕士生导师。 1 9 9 2年 中国矿业大 学硬 士研究生 毕业分 配至淮南工业学院从事电力电子与电力传动 争 业的教学与科研工 作， 现在舍配工业太学攻读博士学位 已拄表学术论文 l s 篇。 收 稿 日期 2 ∞0 ． 0 8 0 4 An a l y s i s a b o u t t h e a x i a l fl o w f a n’ S wi n d r a t e a u t o m a t i c c o n t r o l s y s t e m u J i n g - z h a o 1 - WA N G讪 蟹l c 1 ． H e f e i U n i v e r s i ty 0 f T e d m o l o g y ， H e l d 2 3 0 O O 9 ， C h i n a ； 2 ． H u a n a nI n s t i lV lt e o f T e d m o l o g y ， H u a i n a n 2 3 2 0 0 1 ， Ofi n a Ab s t r a c t T h i s p a p e r o u t l i n e s a x i a l - fl o w f a n ma d e i n G e r ma n y 1 I C c a n p a n y ． I t i s mt l y a n aly z e s t h a t t h e a x inl - fl o w f an’ s w i n d w h e e l a n g I e c l o s e d - l oup c o n t r o l and w i n d r a t e c l o s e d l o o p c o n t r o l s y s te m． Ke y, ,v o r d s f a n； v d n d r a t e ； ang l e o f n d w h e e l ； a u t o ma t i c c o n t r o l 高块煤率 强力耐磨滚筒诞生 [ ． 。 q - t f V 辽源煤矿平岗截齿厂和充州矿业 集团 公固鲍店煤矿、 铁法矿务局大兴煤矿共同研制的高块煤率强力 童滚茸， 居于国内领先水平， 其结构属于国内首创， 已经由专家通过了技术鉴定。 该滚筒和端盘均采用了一线一齿的截齿排列方式 ， 大幅度地减少了截齿， 明显地提高 了块煤率 ． 减少了 截齿的消耗 。其结构采用了 3 0 。 倾斜深蝶形端盘四头螺旋叶片， 6 0 I n n厚钢板冷压成形 ， 增焊耐磨板， 使滚筒 具有高耐磨性 采用全新焊接工艺 ， 焊缝无裂纹． 焊接件无脱落。该滚筒可 根据煤层的赋存条件及煤的物 理机械性能配用镐形齿或强板状齿 ， 并有长短 2种型号的截齿供选用 ， 弹性 自锁销固定截齿 ， 固定可靠 ， 拆卸 方便。应用实践表明 滚筒过煤量百万吨 上时 ， 齿耗为万吨煤 3 O件 下。 李剑锋供稿 维普资讯