基于变频控制技术的空气压缩机集中控制系统应用_刘丽珍.pdf

煤矿现代化2020 年第 1 期总第 154 期 空气压缩机正常工作是井下巷道掘进， 钻孔施工 等工作正常开展的基础， 同时也为井下压风自救提供 空气[1～3]。 传统的空气压缩机控制方式是在空气压缩机 房进行人工现场控制， 由于井下需要不间断的压缩空 气， 空气压缩机值班机房需要 24h 不间断的安排专人 进行值班， 根据供气压力以及供气量对空气压缩机完 成开、 停机操作[4～5]。值班人员上时间的在值班机房内 受到空气压缩机工作噪声影响十分明显， 长时间的在 这种恶劣环境中工作， 会危害值班人员身体健康。采 用人工控制空气压缩机方式不能保证提供的压风质 量， 且不能合理的平衡空气压缩机的工作时间、 造成 部分空气压缩机长时间的空载或者长时间工作。 1概述 回坡底矿为 210 万 t/a 的现代化矿井，主采 10 号、 11 号煤层。 矿井地面空气压缩机房内布置有 3 台 MLGF 螺旋式空气压缩机， 并有 2 台扩容空间， 向井 下供风，在空气压缩机房外部安设 3 台型号为 C- 18 的储气罐， 1 台空气压缩机用一个储气罐。空压机采 用高压启动方式， 启动时会给供电电网造成一定的冲 击， 影响到其他机电设备运行， 同时需要安排专人进 行值守， 控制空压机的启动， 而且耗费大量的电力。 因 此，矿方决定进行空压机变频改造，并结合采用 ACS- 4000 集中控制， 改变空压机控制方式， 增加空 压机的利用率， 降低电力消耗。 空气压缩机控制系统依据。 2.1方案设定依据 1 ） 井下工作面用风情况。 井下现有一个综采工作 面、 3 个掘进工作面 （1 个岩层、 2 个煤巷） ， 各个工作 面的具体用风情况见表 1。 表 1井下主要工作点用情况 2 ） 工作人员用风情况。 按照井下每个工作班下井 280 人进行计算，每个人需要的压缩风量按照 0.3m3/min。井下工作人员的需风量为 QK K1 M q（1 ） 式 中 Q 为 井 下 工 作 人 员 需 要 总 压 风 量 （m3/min ） ； K 为压风管理漏风系数，无量纲（取值为 基于变频控制技术的空气压缩机集中控制系统应用 刘 丽 珍 （霍州煤电集团汾河焦煤公司回坡底煤矿 ， 山西 洪洞 031600 ） 摘要 为了增加空气压缩机的运行效率， 降低空气压缩机高压启动对电网的冲击， 根据回坡底矿井 下压风需求计算结果， 将 3 台空气压缩机中 2 台改为变频控制， 并采用 ACS- 4000 集中控制系统， 改 变空压机控制方式。 采用上述方式不仅降低了空气压缩机改造费用， 而且提升了空气压缩机的利用率 以及自动化程度。 关键词 变频控制 ； 集中控制 ； 空气压缩机 ； 煤矿生产 中图分类号 TH455文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 01- 0105- 03 Application of Centralized Control System for Air Compressor Based on Variable Frequency Control Technology LIU Lizhen （HuipoCoal Mine, Huohe Coal and ElectricityGroup, Huozhou Coal and ElectricityGroup , Hongtong 031600 , China） Abstract In order to increase the operating efficiency of the air compressor and reduce the impact of the high pressure start of the air com- pressor on the power grid, accordingtothe calculation result ofthe downwind demand in the bottomofthe backwater mine, two ofthe three air compressors were changed tofrequencyconversion control and adopted. The ACS- 4000 centralized control systemchanges the air compressor control mode. The above not onlyreduces the cost ofair compressor renovation, but alsoimproves the utilization rate and automation of the air compressor. Key words variable frequencycontrol ; centralized control ; air compressor ; coal mine production 地点设备数量用气量 （m3/min ）工作压力 （MPa ） 11403 综采面风泵 24.70.3～0.6 1113 岩巷掘进面 锚杆钻机340.4～0.6 混凝土喷射机180.3～0.6 10507 煤巷掘进面锚杆钻机 440.4～0.6 105 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 1 期总第 154 期 1.2 ） ； K1为压风自救区不均衡系数，无量纲（取值为 1.2 ） ； M为井下工作人员人数 （取值 280 ） ； q 为井下每 个工作人员的平均需风量 （m3/min ） 。 因此，可以计算出， Q1.21.22800.3121 （m3/min ） 。 根据井下用风设备以及工作人员需风量分析计 算结果可以知道， 矿井地面布置的 3 台压缩式中同时 2 台进行工作， 就可以满足井下用风需要。当井下处 于检修状态时， 一台压缩机提供的风量就可以满足矿 井井下需风量。 2.2方案设计总体概况 正常情况下， 2 台空压机完成可以满足井下供风 需要， 因此， 为了降低成本， 提升空气压缩机的利用 率，对 3 台空气压缩机中的 2 台进行高压变频改造， 并采用 ACS- 4000 集中控制系统对空压机进行控制， 平时使用变频控制空压机。 ACS- 4000 集中控制系统主要包括 PLC 控制器、 触摸屏、 人机交互界面 （中文 ） ， 便于管理人员操控， 并 将控制系统采用工业以太网方式与监控中心进行连 接， 实现监控中心对空气压缩机机房的远程控制。空 气压缩机集中控制系统有联控控制柜以及上位机等。 3变频控制设计 3.1控制总体方案 采用变频技术可以有效的减少空气压缩机电力 消耗， 节能效果明显， 同时空气压缩机电动机启动过 程中对电网冲击小， 将变频控制技术与集中控制技术 结合， 可以根据井下需风情况对空气压缩机运行进行 灵活控制， 增加空气压缩机的自动化控制水平及运行 效率。 根据矿井情况， 将空气压缩机房内的 2 号、 3 号 空气压缩机改造成变频控制， 1 号空气压缩机仍是正 常高压启动。 3 号空气压缩机电机与放置在空气压缩机机房 内的高压变频控制柜进行连接， 通过控制高压变频柜 的输出电流频率对空气压缩机的运转进行控制， 正常 情况下空气压缩机处于额定运转，当需要加压时， 通 过进气阀进行； 当压力罐压力在设定值之上时， 空气 压缩机仅仅需要产生一部分用于自身润滑以及冷却 的气体就可，若空气压缩机仍按照加压时的速度运 转， 会造成大量的电力资源消耗， 采用高压变频控制 技术， 对空气压缩机的运行速度进行控制， 在保证空 气压缩机正常运行的基础上， 降低运转速度， 从而减 少电力消耗， 同时还可以提升空气压缩机电机的功率 因数 （Power Factor ） ， 稳定电压， 延长电机的使用寿 命。 3.2ACS- 4000 集中控制 1 ） 集中控制方式。 集中控制采用 ACS- 4000 型集 中控制系统， 该系统可以实现空气压缩机的单点压力 控制、 温度控制， 同时控制方式也较为灵活。 系统单点 压力控制时是通过布置在压风系统中的压力传感器 监测数据， 对空气压缩机的运行状态进行控制， 较传 统的分级压力方式的，单点压力控制方式较为简便； 温度控制是通过对系统温度进行监测， 探测到温度超 过设定值时发出报警信号， 必要时停止空气压缩机运 行； ACS- 4000 型集中控制系统可以进行联机控制也 可进行单机控制， 采用联机控制时可以自动的对控制 台数进行设定。 2 ） 压力控制。采用单点压力控制方式， 将高精度 压力传感器安装在压缩机连接的储气瓶上， 便于实现 对系统压力的精准测量， 在 ACS- 4000 集中控制系统 中设定需要的压力范围值， 当系统监测到压力低于设 定的压力范围时，通过控制系统内部的 PLC 控制器 向高压变频器发出控制信号，根据设定的启动程序， 启动相应的空气压缩机； 当压力传感器监测到系统压 力达到系统设定压力的上限值时， ACS- 4000 集中控 制系统便再次通过 PLC 控制器向高压变频器发出指 令， 停止运行相应的空器压缩机； 当井下处于检修时， 需要的风量较小， 长时间处于卸载状态下的空气压缩 机会自动停止运行， 以便降低电力消耗。 3 ） 温度控制。 将高精度的温度传感器分别安装到 压风系统的风包以及空气压缩机上， 对风包内的温度 及空气压缩机温度进行监测，当检测到风包温度、 空 气压缩机温度超过设定值时，便通过 PLC 控制器发 出报警信息， 必要时停止空气压风机运行， 对空压系 统进行形成一定的保护。 采用温度控制控制框图如图 1 所示。 图 1温度控制原理示意框图 3 ） 空气压缩机启动顺序。采用控制电缆将 ACS4000 集中控制系统与高压变频控制器进行连接， 便于高压变频控制器对集中控制系统控制信号的接 收。 矿井中 3 台空气压缩机中有2 台受到高压变频控 制 （2 号、 3 号空气压缩机） ， 在 ACS4000 集中控制系 106 ChaoXing （上接第 104 页 ） 对于测绘人员如何更好更专业的为其他行业服务该 方面的研究还需更深入的研究。 而本文也仅在较浅的 层面进行了简单的分析和总结， 还需各位同行进一步 研究。 参考文献 [1] 刘宇轩，马春林，程俊，等. 数字化地形地籍成图系统 CASS 用户手册 2006. 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