潘一矿主通风机电气集中控制系统改造

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摘 要：潘一矿主通风机安装两台上海鼓风机厂生产的GAF37.5-22.4-1型动叶可调的轴流风机，经过电气集中控制改造后，风机启动效果较好，启动较平稳。

关键词：主通风机；励磁；PLC控制

1 概述

潘一矿主通风机安装两台上海鼓风机厂生产的GAF37.5-22.4-1型动叶可调的轴流风机，拖动电机为AMZ0900SH08 DSE型 3200kW、6kV的ABB无刷励磁同步电机，一用一备，启动方式为定子串液态电阻的降压起动。2005年8月开始投入运行。

2 原风机电控方面存问题

（1）风机控制系统没有实现集中控制、一键开车，不具备自动切换功能，并且没有和矿井生产调度指挥中心进行数据交换和共享。（2）主通风机拖动主电机是ABB公司生产的无刷励磁同步电机，安全运行条件高，要求供电电压稳定、波动小。由于目前矿井供电稳定性差，电压波动范围大，再加上风机房所处位置属雷击多发区域，多次因瞬时欠压造成同步电机失步或者欠压欠励等故障造成风机停机。（3）两台风机的叶片调整角度只能手动调整，不能从电脑上自动调整，并且两台风机叶片角度，电脑上显示值和实际值存在误差。（4）风量、负压等处关键数据显示不准确。（5）原ABB励磁装置对电网系统电压要求严格，没有低电压强励措施，当电网电压波动范围超过±12%时就跳车，且电机跳车后又必须经过一定延时（10分钟），励磁装置才允许进行第二次电机系统启动，大大影响了煤矿对通风系统快速连续工作的可靠性要求。

3 电气集中控制系统改造内容

（1）励磁装置选用能够完全替代进口ABB 3200kW无刷励磁同步电机励磁装置的国产WKLF-400系列微机控制无刷同步电动机励磁系统。

（2）增加一台UPS电源柜，内装两台6kVA 在线2h的UPS，分别给两台风机的PLC柜、操作站供电，并设自动切换装置。

（3）对液压站、风门控制、动叶执行器进行改造，使其能满足风机“一键式”开车的需要。液压站控制系统增加手动方式下的主辅泵不停机切换功能及油压过低主辅泵切换功能；风门电控系统实现上位机控制和风门开关到位显示和风门开度显示，实现风门自动切换；动叶执行器消除电脑上显示值和实际值存在误差，解决监控软件、液压缸和叶片电动执行机构之间的配合问题。

（4）对PLC控制系统进行升级，更换操作站，包括上位机、组态软件以及控制系统等。将风门和液压站控制引入上位机集中控制。增加对液压站、风门、冷却水泵等辅机的单机操作。改进程序实现对电源电压运行波形的监视和记录，提供包括送电、停电、欠压等数据准确捕捉和记录；显示励磁电流；实现报警测试功能等。

（5）增加无线通信系统，将风机房的工艺参数、电气参数、设备运行状态通过无线以太网传送至矿井调度室。

（6）更换原来所有的传感器、变送器、光电隔离、温度巡检仪等，并增加风门打开到位、关闭到位、打开30%、关闭30%限位开关以及检测动叶最小、额定、最大位置的限位开关和液压站油温传感器等。

（7）增加高压保护系统的通信网关，使高压保护器、励磁装置能与PLC或上位机可靠通信。

（8）更换两台液态启动电阻柜内部分元器件，如动、静极板，电液粉，温度调节仪等。

4 电气集中控制系统改造方法

（1）新控制系统采用由二套现场控制站和二套冗余操作站组成，每台风机设一套现场控制站，现场控制站的PLC采用西门子S7-300系列，CPU为CPU315-2DP，并设有6ES7355-0VH10-0AE0闭环控制模块，确保CPU故障时，叶片角度不变。操作站的组态软件为西门子WinCC，操作站与其现场控制站之间采用Profibus-DP进行通信。

（2）风量、负压、过滤器压差、失速、叶片角度、风门开度、电机两端轴承、电机定子（三相）、风机两端轴承以及风机止推轴承温度，且每一个测温点均为两只、电机轴承、风机轴承垂直、水平方向以及风机止推轴承垂直、水平方向振动均可在电脑显示数据。

（3）进线柜电流、电压、电动机电流、有功功率、功率因数、励磁电压、励磁电流等参数在上位机上显示，借助于高压柜综保上的485串口，把数据读到上位机电脑上。

（4）液压站的油箱油温（包括Pt100和电接点温度传感器）、油位、过滤器差压、冷却水管流量、动力出油管压力和油压力、回油流量能够实时显示，加热器根据油温，自动加热、自动停止。

（5）系统设有自动、手动、模拟三种工作方式以及远方、本地两种控制方式。并且实现“一键式”开车。同时增加对液压站、风门、冷却水泵等辅机的单机操作，在上位机上实现叶片角度自动调节。

（6）励磁装置选用能够完全替代进口ABB 3200kW无刷励磁同步电机励磁装置的国产WKLF-400系列微机控制无刷同步电动机励磁系统。改造后的励磁系统能够完成原励磁系统各项功能，保证机组安全运行，同时要重点满足三个要求：一是实现电动机降压起动控制，顺利完成投全压、投励过程；二是在设备运行期间，能够躲过电网波动影响，避免电动机频繁失步或欠压欠励停车；三是解决在起动条件变化时，避免电动机因“起动超时”不能及时起动现象。

图1 系统改造图

5 改造效果

（1）风机实现集中控制和自动切换功能，满足了煤矿安全规程的规定，操作简便，为紧急情况下10分钟重新启动风机提供了有利条件，为矿井通风安全提供了安全保障。（2）进口ABB同步电机励磁系统改为国产励磁系统，提高风机应对瞬时欠压故障的能力，大幅减少停机次数，保证通风系统安全稳定。（3）上位机系统能够自动调整叶片，并显示叶片角度（消除电脑上显示值和实际值存在误差，解决了监控软件、液压缸（伺服阀）和叶片电动执行机构之间的配合问题）。（4）风机启动效果较好，改造后启动较平稳。

参考文献

[1]陆继明，毛承雄，等.同步发电机微机励磁控制[M].北京：中国电力出版社，2006.

[2]李道霖.电气控制与PLC原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2004.