主扇房风机停风自动报警装置创新研究.pdf

S h e b e ig u a n li y u G a -z a 。 主 主扇房风机停风 自动报警装置创新研究 刘兴刚 江 苏省矿 业工程集团公 司第 四工程 处西川煤矿 ， 陕西 铜 川 7 2 7 1 0 2 摘要 介 绍了进行主扇房风机 停风 自动报 警装置创 新研究 的 目的， 分析 了风机涉及 的变频器与 P L C组成、 工作 原理及其在连 接应用 上存 在的不足， 在此基础上使用中间继电器进行了技术改造， 并简述了中间继电器的原理与作用。 关键词 风机 变频器 P L C； 中间继 电器 1 创 新研 究 目的 矿井通风是矿井安全生产的最基本保障 ， 它将地面空气输入至 矿井下， 增加矿井中氧气的浓度， 并排除矿井中的有害气体。 矿井通 风能连续供给井下足够的新鲜空气，满足矿井人员对氧气的需要； 冲淡井下有毒有害气体和粉尘， 保证安全生产 ； 降低环境温度 ， 调节 井下气候 ， 创造 良好的工作环境； 救灾时还能控制风流作业。 矿井主通风机作为矿井通风的重要设备，其运行可靠性直接 关系着矿井和人员安全。 我矿主扇房采用变频控制系统、 两级轴流 式对旋风机进行抽出式通风 ， 其电控系统 因 P L C兼容问题 厂家 多次调试未果 ， 曾发生过一级或二级风机停机而值班人员在正常 工作状态下无法发现的现象， 给矿井的安全生产带来了重大隐患。 为彻底解决这一问题， 必须安装风机停风 自动报警装置， 当 2台风 机中任意一台遇机械 故障 、 电机故障、 电气控制 系统故障、 电气保 护等造成主风机停风时， 主扇房报警装置就会 自动发出报警信号， 第一时间把停风信息告知风机司机和变 电站值班人员 ，为矿井的 安全生产 、 人员的生命安全增加新的技术保障 。 2变频器与 PL C简述 我矿主扇房风机型号为 F B C B Z 6 0 - 8 N O 2 3 ，是抽 出式对旋两 级轴流风机，采用 2 2 0 k W 大功率低压三相异步 电动机和 P L C变 频控制系统。 2 ． 1 变 频器 的基 本 概念 与原 理 变频器是改变 电源频率的电气设备，即利用 电力半导体器件 的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置 ，具有调 速 、 节能、 保护 电机 3 个功能， 能实现对交流异步电机的软起动、 变 频调速、 过流 ／ 过压 ／ 过载保护等， 可以提高运转精度、 改变功率因数 。 普通的三相异步电动机加装变频装置后可以实现调速功能，即可 任意改变 电动机的转速。变频器的频率范围一般为 0 6 5 0 H z ， 传 统的电磁调速可以节 电2 5 ％～8 0 ％， 当然， 具体节 电多少会因设备 的不同而有所差别 ； 变频器属于软起动 ， 对机械设备没有危害， 而 硬起动则相反。 变频器的工作原理是将三相 3 8 0 V 2 2 0 v ／ 5 0 H z的交流电通 过整流桥整流变成脉动直流电，然后通过 电解 电容滤波后变成平 滑的直流电，控制板对 I P M、 I G B T或模块进行控制后再将平滑的 直流电变成三相频率可变的交流电。变频器一般 由键盘、 电源板 、 控制主板、 整流桥、 电解电容 、 充电电阻、 继 电器或接触器、 逆变模 块、 保险管等 9部分构成。键盘的作用是设置参数、 监视各参数值 如 电流、 电压、 频率、 温度、 转速等 、 调速。 电源板 的功能是提供各 部分电路以工作电压， 保证各电路的正常工作。 控制主板的作用是 产生 6路驱动信号来控制逆变模块 ，对各保护信号和各接口信号 进行处理。 整流桥的功能是将输入交流电变成直流电。 电解电容的 功能是将整流后的脉动直流电变成平滑的直流 电。充 电电阻的功 输机机头和机尾的工作人员要利用准备时间做好舌板 、拨链器及 刮板螺丝 的紧固工作 ， 一旦发现有断刮板应立即更换； 刮板输送机 减速器要加大冷却， 保证冷却水管路的畅通， 应及 时清理减速器上 的脏物。 3 ． 3工 作面 采 煤机 管理 对于工作面采煤机的管理应做好 以下 7 步一是对煤机精心 维护。 机 电检修班要严格按照四检制度的相关规定执行 ， 从而保证 煤机的完好， 尤其是煤机左右摇臂 的销轴和滚筒螺栓， 必须 3 天检 修 1 次， 尽量 3个月更换 1 次轴承， 轴承 内的油液及残物须半个 月 清理 1 次， 滚筒螺栓每 3 天紧固一次， 并用专用扭矩扳手紧固达到 额定扭矩值。 二是在割煤时， 必须安排一名机电检修工对煤机的声 音进行跟踪， 一旦出现声音异常现象要及时停机检查 ， 一刀煤割完 之后， 要让机 电检修工对煤机实行全面检查， 更换截齿和齿套 ， 如 发现异常情况应及时上报处理。 三是采煤机割煤时 ， 煤机司机要对 左右滚筒的高度进行正确把握 ，采高控制好，回刀啃底要控制在 2 0 rai n左右 ， 既不留有台阶， 也不飘刀啃底 ， 防止割碰到支架顶粱。 四是在割煤过程 中， 如果发现采煤机上方溜槽里存在大块煤、 岩石 或者物料中时， 要及时闭锁运输机 ， 将煤机停止， 进行处理， 待处理 完毕后方可开机 。五是当工作中出现机 电过载 、 滚筒卡死 、 机器响 声异常及剧烈震动等现象时， 要立刻停止牵 引， 进行检查处理。六 是在采煤机 的滚筒上有铁丝、锚杆等杂物缠绕 ，当冷却水压不足 时， 不能进行割煤工作。七是当过断层和过异常区域时， 必须停机 放炮 。 4结语 总之 ， 建设高产高效矿井是煤炭企业生存和发展的必经之路 ， 同时还是提升煤炭企业整体竞争力的根本途径 ，综采工作面在煤 矿的开采中取得了较好的经济效益和社会效益，且实现 了高产高 效的现代化煤矿 ， 因此只要做好机电设备管理工作， 必定能使煤矿 企业朝着更好更高的方 向发展。 【 参考 文献] [ 1 ] 李秋辉． 深矿 井冲击地压及 防治措施 口] ． 煤炭技术 ， 2 0 0 8 7 i- 2 ／鲁建成． 深矿井 开采 [ J ] ． 煤炭技术 ， 2 0 0 6 4 [ 3 ]马新 民． 矿 山机 械 [ M ] ． 徐州 中国矿业大学出版社 ， 2 0 0 5 1- 4 ．／ 洛建军． 屯兰 矿智能化 综采 工作面 液压 支架选型 浅析 [ J ] ． 太 原科 技 ， 2 0 0 9 1 1 - 5 - ／卢喜 山 ， 郭成 兴 ， 侣 睿 ， 等 ． 煤矿企 业机 电技术管理 的创 新与实 践 [ A ] ． 第十三 届全 国煤矿 自动化学术年 会、 中国煤 炭学会 自动化专 业委 员会 学术会议论文集 [ c ] ， 2 0 0 3 [ 6 ]北京开采研究所． 地下开采现代技术理论与实践新进展[ h I ] ． 北京 煤炭工业出版社 ， 2 0 0 7 收稿 日期 2 0 1 卜O 8 2 4 作 者简 介 许 晋 飞 1 9 8 ， 男 ， 内蒙古 人 ， 助理 工程 师 ， 研 究方 向 煤矿 机 电管理 。 机电信息2 0 1 1 年第 2 7 期总第 3 0 9 期 9 9 一 设备 管 理 与 改 造 S h e b e ig u a n li y u G a iz a o ●■ ■●● ■E ■ ■■ Ej ■自 EE ■■B ●■ ■■■ ■● ●■一 能是上电瞬间对主电解 电容限流，以防充 电电流过大损坏整流桥 和主 电解 电容。继电器或接触器的功能是当主电解 电容充 电完成 后， 短接充电电阻而承受主电流。 逆变模块的功能是将平滑的直流 电变成接近正弦波的三相交流 电。保险管 的功能是保护逆变模块 和整流桥 。 2． 2 PL C的 基本 概 念 与组 成 P L C 可编程控制器 简单来说就是一种数字运算与操作的控 制装置， 它是计算机家族中的一员， 是为工业控制应用而设计制造 的。早期的 P L C主要被用来代替继 电器实现逻辑控制 ， 而 随着当 前电子技术的迅猛发展 ， P L C的功能已经大大超越 了逻辑控制的 范围， 并被广泛应用于工业控制的各个领域。由于 P L C可 以用软 件来改变控制过程 ， 并有体积小、 组装灵活、 编程简单、 抗干扰能力 强及可靠性高等优点， 所以特别适用于恶劣环境。 P L C一般 由电源、 中央处理单元 、 存储器 、 输入输 出接 口电路 等几部分组成。 电源在整个系统中起着十分重要的作用， 必须 良好 可靠 ， 一般交流电压波动应在 1 O ％ l 5 ％ 范围内， 可 以不采取其 他措施直接连接到交流电网上。中央处理单元 c P u 是 P L C的控 制中枢 ， 它按照 P L C系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键 入的用户程序和数据； 检查电源 、 存储器、 I ／ O以及警戒定时器的 状态 ， 并能诊断用户程序中的语法错误。 存储器主要用来存放系统 软件 与应用软件。 输入输出接 口电路的主要功能是 P L C与现场控 制接 口界面的输入通道，同时通过现场输 出接 口电路向现场的执 行部件输出相应的控制信 号。 2 ． 3 P L C 和变 频 器连 接应 用 的不 足 P L C和变频器连接应用时 ， 由于涉及用弱 电控制强 电， 电控系 统就可能因为 P L C兼容 问题出现干扰信号 ， 从而造成变频器误动 作 ， 或者 由于连接不当导致 P L C或变频器损坏 。本矿两级轴流式 对旋风机发生的一级或二级风机停机而值班人员在正常工作状态 下无法发现的现象 ， 也是由 P L C兼容 问题引起 的。为彻底解决这 一 问题， 本文设计在变频器输出回路上外加 2组中间继 电器 ， 在风 机停机时利用其常开触点接通外加报警装置电路，使主风机停风 时主扇房 自动报警， 同时 自动切断向井下供电的电源 ， 从而消除在 井下无风 时带电作业可能引起 的瓦斯 、 煤尘爆炸隐患。 3 中间继电器的原理与作用 此次改造主要是采用中间继电器 ，这里先简要描述一下其原 理与作用。 中间继 电器是继 电器 的一种 ， 它的结构和交流接触器基 本相 同， 是 由固定铁芯 、 动铁芯、 弹簧 、 动触 点、 静触 点、 线圈、 接线 端子和外壳组成的， 只是它电磁系统小些、 触点多些。中间继 电器 的原理 线 圈通 电， 动铁芯在电磁力作用下动作吸合 ， 带动动触点 动作， 使常闭触点分开 ， 常开触 点闭合； 线圈断电， 动铁芯在弹簧的 作用下带动动触点复位。中间继 电器主要有隔离、 扩充点数 、 增加 触点容量 3大作用 ， 可 以用来传递信号或同时控制多个电路 ， 也可 直接用于控制小容量 电动机或其他 电气执行元件 。 4创 新研 究 内 容 首先在变频器输出回路上加 2组中间继电器 ，现以其中一组 进行分析。 图 l 为中间继 电器结构原理图， 图 2为工作原理图。 当电机正 常运行、 变频器处于工作状态时， 中间继 电器线圈通电后， 线圈中 的铁芯产生强大的电磁力， 吸动衔铁带动簧片。此时 ， 中间继电器 的常闭触点 1 、 2是断开的， 报警装置不得电而没有报警信号输 出。 当电控系统因 P L C兼容等 问题造成 电机停止运行时， 中间继 电器 线 圈就会失 电， 从而使常闭触 点 1 、 2闭合， 为报警器 H A接通 s 2 电源，使得报警装置立刻报警 ，值班人员就会及时发现而采取措 1 0 o 施。在 2组报警装置控制回路中安装一个单刀双掷扭子开关 Q K， 是为了防止备用风机报警 因其在停机状态 ， 平常单刀双掷扭子 开关 Q K处于断开状态 。 1．] 0 5 30 a 构造 b 图形符号 底视 引脚 图 图 1 中间继 电器结构 原理 图 卧 图 2工作原理 图 S l 一信号电源s 2 一报警器电源QK 一单刀双掷扭子开关 J K 一中间继电器常闭触点J 一中间继电器H A一报警器 5结 语 本次技术创新彻底解决了我矿主扇房风机遇机械故障、电机 故障、 电气控制系统故障、 电气保护等一系列原因造成主风机停风 时不能被及 时发现的 问题 ，得以第一 时间把风机停风 的信息告知 风机司机或变电站值班人员，确保了矿井 的安全生产和人员的生 命安全 。 可以说， 本次改造从技术上看是非常先进 、 非常成功的， 从 社会 效益来说也具有广阔的应用前景和可推广价值。 矿 [ 参考 文献 ] [ 1 ] 潘鸣． 变频 器与 P L C配 合使用 时应注意 的几个 问题 [ J ] ． 制造 业 自 动化， 2 0 1 0 8 [ 2 ] 赵瑞林． 基 于 P L C模块 化设计 的纸机传动 系统的可 靠性分析 与研 究[ D ] ． 陕西科技大学， 2 0 1 0 收 稿 日期 2 0 1 卜O 7 2 1 作 者简介 刘 兴刚 1 9 7 2 一 ， 男， 江 苏省 徐州 市沛县 人 ， 机 电助理 工程 师， 研究方 向 煤矿机 电。