隔爆兼本安型PLC（共4篇）
隔爆兼本安型PLC 篇1
1 概述
PXK-3型PLC可编程提升信号系统采用进口PLC作为主控元件, 并以《煤矿安全规程》为依据而设计研制的。是当今矿井提升信号系统的理想选择。
相比较, 过去生产的集成电路或单片机维护量大, 抗干扰能力差。而PLC可编程控制器不但现场易编程, 还有免维护、故障率低、抗干扰能力强等特点, 因此特别适合在煤矿等行业中应用。从而保证了安全, 又减少人员维护, 大大提高了生产效率。
本系统由车房显示屏、上井口主信号箱、上井口主控隔爆箱、水平信号箱、水平隔爆小电源、语言告警箱、扩音通信系统、呼叫系统、中文简易备用型号系统等部分组成。
2 主要参数
2.1 车房显示屏
电源电压:DC24V
工作电压:DC24V
工作电流:小于250m A
2.2 主信号箱:水平信号箱
电源电压:DC24V
工作电压:DC24V
工作电流:小于250m A
2.3 主控隔爆箱:
电源电压:AC127V
工作电压:DC24V
工作电流:1A
2.4 控制距离:>1500m分布电容:0.5u F音响频率:800Hz-1000Hz
音响功率流:1A
3 显示功能
3.1 车房显示屏功能
(1) 提升类别汉字显示:“提人”、“提物”、“检修”、“急停”。
(2) 提升指令的数码显示:“0”、“2”、“3”、“4”、“5”
(3) 提升钩数的记忆显示, 最大值999
(4) 提升指令数码三位存储显示:本钩、上钩、下钩、上上钩
(5) 中文汉字热备简易信号显示
(6) 提升信号的水平显示
3.2 上井口提升信号控制显示
(1) 提升类别汉字显示:“提人”、“提物”、“检修”、“急停”。
(2) 下水平发来的提升指令的数码显示
(3) 本位发出的提升指令的数码显示
(4) 本位发出的急停信号的显示
(5) 中文汉字热备简易信号显示
(6) 提升信号与水平设施的闭锁显示
(7) 提升信号的水平显示
3.3 下水平提升信号控制台的显示
(1) 提升类别汉字显示:“提人”、“提物”、“检修”、“急停”。
(2) 本位发出的提升指令的数码显示
(3) 本位发出的急停信号显示
(4) 中文汉字热备简易信号的信号显示
(5) 提升信号与水平的闭锁显示
(6) 提升信号的水平显示
(7) 其它水平的信号发出状态
4 闭锁功能
提升信号系统的闭锁功能:
(1) 信号与绞车控制回路闭锁:只有当绞车接到上井口发来的提升信号指令, 绞车方可提升。
(2) 信号与安全回路闭锁:当绞车房收到上、下井口信号工发来的“急停”信号时, 绞车安全回路跳闸。
(3) 信号有转发闭锁功能:上井口只有收到下水平发来的信号时, 才能向车房发出信号。并只能转发与下水平相同的信号, 根据矿方现场要求。在“提人”时, 上井口可以直接向绞车房发出4号或5号信号。
(4) 信号本身闭锁功能:当发出信号后, 只有清除当前信号才能再发出其它信号。
(5) 急停信号可不受转发闭锁, 不受任何闭锁限制。
(6) 停止信号不受转发闭锁, 信号本身闭锁的限制, 可直接发到车房。
(7) 检修方式不受闭锁限制, 可单机运行但为慢车信号。
(8) 各个水平的闭锁功能, 即某一水平发出信号后, 其它水平即被闭锁, 不可再次发出信号。
5 其它功能
(1) 本系统有声、光信号显示和记忆功能。
(2) 急停全线显示, 并发出特殊音响, 延时7秒后音响消失, 字保留。
(3) 车房显示的钩数记忆, 消零由司机台上的复位钮完成。
(4) 提升类别的选择由上井口主信号工通过转换开关完成。
(5) 语言告警装置为声、光、字三位一体, 语言为“准备行车、注意安全”随信号发出时同步显示报警。语言告警延时4遍后声音停止, 汉字保留, 待发信号时消失。
(6) 扩音通讯功能, 通讯方式手持双工, 车房—上井口—各水平。
(7) 呼叫功能, 上、下井口之间进行, 不对车房。
(8) 中文汉字热备简易信号, 此信号不参与任何闭锁, 做为常用信号检修时, 临时替用的信号。
(9) 系统有PLC对外设 (按钮、传感器) 的故障监测, 检测及报警功能, 以保证系统的可靠性和稳定性。
(10) 系统有PLC对自身程序, 电源电压, 电池等的监测及报警功能。
副斜井安装PXK-3隔爆兼本安型PLC斜井提升信号系统到现在, 系统运转良好, 在各项安全检查中收到肯定和好评, PLC斜井信号系统的投入使用为朱家河煤矿副斜井提升的安全运行奠定了坚实的基础。
隔爆兼本安型PLC 篇2
在煤矿井下采掘设备隔爆兼本安型电气控制箱中,非本安电路和本安电路并存。为了防止非本安电路的能量窜入本安电路,需要在本安电路和非本安电路之间进行合适的结构布置,并采取电气隔离措施[1]。其中结构布置应保证本安电路与非本安电路有适当的安全距离;电气隔离措施是指在本安电路和非本安电路之间放置隔离电路,防止危险能量窜入本安电路,以保证本安电路的防爆性[2]。本文按照GB3836.4—2010《由本质安全型“i”保护的电气设备》对煤矿井下采掘设备隔爆兼本安型电气控制箱中本安电路的结构和电气要求,介绍本安电路的结构布置及电气隔离方法,针对采掘设备上通信、监控、传感等电子设备输出的各种本安信号,在电气控制箱中设计对应的本安非本安隔离电路(如通信隔离电路、模拟量隔离电路、开关量隔离电路),以实现本安电路与非本安电路的可靠电气隔离,确保本安电路的防爆性能。
1 结构布置
煤矿井下采掘设备隔爆兼本安型电气控制箱的防爆性能不仅取决于电路的电气参数,还依赖于电路的结构布置[3]。合适的结构布置可防止由非本安电路与本安电路混触、漏电、击穿等原因造成的非本安电路危险能量窜入本安电路的问题,避免破坏本安电路的防爆性能[4]。
1.1 电气间隙和爬电距离
煤矿井下采掘设备隔爆兼本安型电气控制箱中印刷电路板、元件出线脚、继电器触点及接线部位、插接件、内部接线端子等的本安电路与非本安电路裸露导体之间的电气间隙和爬电距离须大于GB3836.4—2010中表5的规定值。当导体和元件容易发生移动时,应适当加大移动部位的电气间隙和爬电距离。对于本安电路裸露导体与地之间及本安电路裸露导体之间的电气间隙和爬电距离,若击穿后影响本安性能,也须大于GB3836.4—2010中表5的规定值。若裸露导体部位胶封或印刷电路板涂2遍以上绝缘漆,则电气间隙和爬电距离可缩小为规定值的1/3。按照GB3836.4—2010中表5的要求,设计的本安电路与非本安电路裸露导体之间的电气间隙应大于3 mm,爬电距离大于3 mm,在绝缘涂层下电气间隙和爬电距离为1 mm,本安电路与外壳的电气间隙大于3 mm。
1.2 绝缘及耐压
本安电路与外壳之间的绝缘应能承受500 V工频耐压,与非本安电路之间的绝缘应能承受1 500 V工频耐压;本安电源输入、输出之间的绝缘应能承受2 500 V工频耐压。工频耐压试验历时1 min,无击穿、无闪络现象。
1.3 接线端子
煤矿井下采掘设备隔爆兼本安型电气控制箱的本安电路外接端子应设在单独接线腔内。若不能满足这一要求,则本安电路外接端子可以与非本安电路外接端子设在同一接线腔内,但是非本安电路外接端子裸露带电部位外缘与本安电路外接端子裸露带电部位外缘之间的距离应大于50 mm。若不能保证50 mm的距离,需用接地金属板或绝缘隔板将本安电路外接端子和非本安电路外接端子隔开。隔板应安装牢固,嵌入深度大于1.5 mm,且隔板应高出接线端子,隔板顶部边缘至两侧接线端子的距离之和大于50 mm。本安电路接线端子旁应设“本安端子”字样或“ib”标记。
1.4 本安布线
本安电路使用的导线绝缘应能承受500 V工频耐压,且导线为蓝色,并与非本安电路的导线单独捆扎,分开布置。本安电路接插件中的插头、插座应分开布置,并应有防误插措施,本安插件为蓝色。
1.5 电源变压器
给本安电路直接供电的电源变压器输入绕组应设有短路保护[5],变压器上本安电路的接线端子与其它非本安电路的接线端子应布置在两侧,并能承受输出绕组的短路电流,在热保护器动作之前不应超过绝缘等级的允许温度,且不应损坏。此外,本安电路供电绕组与其它绕组应分开布置,并在两种绕组中间采用铜质材料接地屏蔽,变压器铁芯接地。
1.6 本安隔离栅印制板
隔离栅的印制板设计及电路板工艺处理要充分考虑绝缘强度及本安电路的耐压要求。印制板导电铜箔之间、元器件导电部位和焊点之间的爬电距离应大于1 mm,电气间隙大于3 mm,元件焊好后正反两面刷2遍绝缘清漆并烤干。
2 电气隔离
电气隔离措施用于将本安电路和非本安电路可靠分离,防止非本安电路的能量或其它能量窜到本安电路而影响本安电路的性能[6]。采用光电耦合器隔离本安电路和非本安电路的方法简单可靠,同时可减少许多防爆性能试验。因此,在条件允许的情况下,应尽量采用光电耦合器对本安电路和非本安电路进行隔离。采掘设备上传感器和仪表输出的开关、电压、电流、电阻、通信等本安信号需经本安隔离后才能输入非本安电路。以下为在煤矿井下采掘设备隔爆兼本安型电气控制箱设计中采用的本安非本安隔离电路。
2.1 RS485通信隔离电路
图1为RS485通信隔离电路。A2、B2为本安端,A1、B1为非本安端,R1、R6为限流电阻,R2、R4为上拉电阻,R3、R5为下拉电阻,V1为本安电源,V2为非本安电源,D1、D2为反向二极管。该电路可实现本安电路与非本安电路的通信隔离。
2.2 模拟量隔离电路
图2为模拟量隔离电路。Vi为 0～10 V输入电压或0～20 mA输入电流,Vo为0～10 V输出电压,R1、R2为取样电阻,R5为限流电阻,V1为本安电源,V2为非本安电源,IC1、IC4为运算放大器,IC2、IC3为光耦。由于IC1、IC2之间存在传输时延,IC1和R4组成的负反馈电路显得滞后,容易引起自激振荡,可采用电容C1消除自激振荡。IC2、IC3初级串联,共用同一激励电流,IC4和R7、R8组成输出级,以提高模拟量隔离器的输出能力。通过调节电阻R8,使输出电压Vo随输入电压Vi线性改变。
2.3 压频变换电路
图3为压频变换电路。该电路将本安输入信号隔离为非本安频率信号,输入到电气控制箱内的非本安电路。Vi为 0～10 V输入电压,fo为输出频率,R1、C1组成低通滤波电路,V1为本安电源,V2为非本安电源,在R2、R3、C3、Vi不变的情况下,通过调节R6改变fo。
2.4 电阻信号隔离电路
图4为电阻信号隔离电路。Ri为本安设备输出的0～500 Ω可变电阻信号,V1为本安电源,Vi为 0～10 V输出电压,V/V为模拟量隔离电路,V/f为压频变换电路。电阻信号通过恒流源电路转换为0～10 V电压,经模拟量隔离电路或压频变换电路输入非本安电路。
2.5 开关量隔离电路
图5为开关量隔离电路。R1、R2为限流电阻,V1为本安电源,V2为非本安电源,IC1为光耦4N35,用于隔离输入节点信号。
2.6 继电器隔离电路
继电器在控制中可用于隔离本安电路和非本安电路。若继电器线圈回路为本安电路,而继电器常开或常闭触点控制回路为非本安电路,则继电器触点控制回路的电压、电流、容量应分别小于250 V、5 A和100 VA。若超限则须用绝缘板或接地金属板隔离,以防止继电器触点动作引起空气电离,从而影响本安性能。
3 应用
中煤科工集团太原研究院研制的采掘设备上布置有多个本安设备,如传感器、语音报警器等。采掘设备本安系统如图6所示。
图6中,各个本安设备输出标准电压信号、电流信号、RS485通信信号、电阻信号以及节点信号,由本安电缆传输到隔爆兼本安型电气控制箱接线腔内的接线端子,并通过本安穿腔端子进入到电气控制箱主腔内的本安非本安隔离栅进行隔离,然后输入到非本安电路。电气控制箱中的本安电源为多个本安设备供电。
4 结语
煤矿井下采掘设备隔爆兼本安型电气控制箱的本安设计符合GB3836.4—2010的要求,并通过了国家安全生产矿用设备检测检验中心的本安试验。该隔爆兼本安型电气控制箱与各个本安设备构成的本安系统已在煤矿井下采掘设备上使用。现场应用结果表明,该系统安全可靠,维护简便。
摘要：针对煤矿井下采掘设备防爆兼本安型电气控制箱内本安电路与非本安电路并存、非本安电路的能量可能会窜入本安电路而影响本安电路防爆及本安性能的问题,从结构设计和电气隔离两方面介绍了煤矿井下采掘设备隔爆兼本安型电气控制箱的本安设计方法,给出了电气间隙、爬电距离、绝缘及耐压、接线端子、本安布线、电源变压器、本安隔离栅印制板等结构布置方法以及RS485通信隔离电路、模拟量隔离电路、压频变换电路、电阻信号隔离电路、开关量隔离电路、继电器隔离电路等电气隔离措施。应用表明,采用该方法设计的煤矿井下采掘设备隔爆兼本安型电气控制箱安全可靠,维护简便,能够满足煤矿井下的防爆要求。
关键词：采掘设备,隔爆兼本安型,电气控制箱,本安设计,结构布置,电气隔离
参考文献
[1]吴长康.本安电路设计方法的探讨[J].电气制造,2009(10):53-56.
[2]徐建平.“防爆安全技术”讲座第9讲本安仪表的结构设计[J].自动化仪表,2008(11):73-77.
[3]孙海燕.矿用软起动器隔爆结构和本安电路设计[D].重庆:重庆大学,2006.
[4]中国电器工业协会.GB3836.4—2010爆炸性环境第4部分:由本质安全型“i”保护的设备[S].2010.
[5]冯小龙,王鸿渐,张兴华,等.基于LM723的煤矿工作面本安电源的设计及实现[J].煤炭工程,2008(12):18-19.
隔爆兼本安型PLC 篇3
目前,随着信息化的发展,计算机广泛用于煤矿生产过程的数据采集、安全监控、数据分析、机械控制等。由于煤矿行业有别于其它行业,存在着作业环境复杂、危险性高、强度大等特点。因此,煤矿对各种通信设备的性能有进一步的要求。目前,用于井下的计算机采用键盘等输入设备与其直接相连,虽然键盘等做了防水、防爆、防尘处理,但是在传输过程中仍然会受到外界噪声的影响以及本身设备之间信号的参考点存在电势差容易形成“接地环路”,造成信号在传输过程中失真。同时由于输入设备与计算机直接相连,计算机为各种外设提供电源,由于主机所提供电源不是本质安全(以下简称本安)电源,所以,当主机开启时或在正常使用或出现故障时,容易产生的电火花或热效应的能量不能保证控制在小于0.28 mJ(即瓦斯体积分数为8.5%,最小点燃能量),这样就存在安全隐患。因此,要保证计算机稳定可靠安全运行,应在各个过程环路中使用信号隔离法,断开过程环路,独立供电,实现输入输出之间完全隔离,并保证高抗干扰性能。本文针对煤矿井下电气设备要求本质安全的特点,设计了一种用于本安键盘与矿用隔爆兼本安型计算机之间通信的信号隔离器。
1 信号隔离器总体结构
矿用隔爆兼本安型计算机信号隔离器主要包括输入设备接口、主机接口、USB信号隔离芯片、光电耦合器、本安电源等,如图1所示[1]。
信号由输入设备发出,通过信号隔离芯片进行信号控制,满足光电耦合器(6N137)信号工作要求,信号在光电耦合器中进行光电转换,由电信号转换成光信号然后再转换成电信号传送到主机。通过USB2.0通信协议,计算机在接收完信号后需要向输送方传回接收应答信号,所以本设计采用了2路转换电路设计,实现键盘到主机、主机到键盘的通信[2]。在通信过程中,输入设备(本安键盘)以及隔离器都是由本安电源进行供电。
2 信号隔离器硬件电路设计
矿用隔爆兼本安型计算机信号隔离器硬件电路主要包括3个部分:(1) 5 V电源转换电路;(2) 信号隔离芯片外围硬件电路;(3) 光耦隔离电路。
2.1 5 V电源转换电路设计
由于煤矿井下作业的特殊环境,对供电电源有着严格的要求。下位机通常情况下由本安电源供电,这种电源在正常的工作和故障状态下,其输出的最高电压、最大电流均具有本质安全的性能。在隔离器工作时采用的是5 V的本安电源,有时本安电源并不是5 V,因此,为了满足实际工作的需要,必须将本安电源的电压调控到5 V左右。5 V电源电压转换电路如图2所示。在该转换电路中使用MAX1659芯片作为核心控制芯片[3]。
MAX1659允许的输入端电压范围很宽:2.7～16.5 V。输出的方式有2种:一种是准输出5 V,一种是可变输出,范围为1.25～16 V。最大输出电流为350 mA时,芯片只消耗120 μA的电流。空负载时,只消耗30 μA电流。同时MAX1659具有过热保护、过流保护和反向电压保护功能。电压转换电路设计时把MAX1659输出控制引脚2与电源相连,也就是使其保持高电平,保证输出端不断输出5 V电源VCC2。
2.2 信号隔离电路设计
矿用隔爆兼本安型计算机信号隔离器采用信号隔离芯片CH315H控制上位机和下位机的传输信号。CH315H支持全速USB和低速USB传输,支持USB设备的动态插拔。信号隔离电路如图3所示。输入信号通过UD+、UD-进入隔离芯片。下位机隔离芯片由转换的本安电源供电,上位机隔离芯片由主机供电。发光二极管D1用于指示USB数据是否正常传输;电容C1、C3用于隔离芯片内部节点退耦,C2用于电源退耦[4]。
2.3 光耦电路设计
由于USB信号全速传输为12 Mbit/s,那么这就要考虑光耦的速度和速度对称性对信号迟滞和平衡的影响,因此,在选择光耦时采用传输速率大于10 Mbit/s的光耦,可以选择单通道6N137或者HCPL601高速光耦。高速光电耦合器6N137 由磷砷化镓发光二极管和光敏集成检测电路组成。通过光敏二极管接收信号并经内部高增益线性放大器把信号放大后,由集电极开路门输出。该光电器件具有10 Mbit/s的高速性能,因而在传输速度上完全能够满足隔离总线的要求[5]。图4为光电耦合器硬件设计电路。当6N137的3 管脚作为输入端,2管脚作为电源使能端时,这时会得到同相逻辑传输,同时在3管脚处接限流电阻R1,如果不加限流电阻或者电阻过小,6N137内部的发光二极管导通电流会对管脚2处的电源产生较大的冲击,尤其是数字波形较陡时,上升、下降沿的频谱很宽,会造成相当大的尖峰脉冲噪声[6]。在输出端由主机内部电源VCC1对其供电,在VCC1(脚8)和地(脚5)之间必须接一个高频特性良好的电容C1,如瓷介质或钽电容,而且应尽量放在脚5和脚8附近(不要超过1 cm)。这个电容不仅可以吸收电源线上的纹波,又可以减小光电隔离器接受端开关工作时对电源的冲击。脚7是使能端,当它在0～0.8 V时强制输出为高(开路)。脚6是集电极开路输出端,通常加上拉电阻R0,减少6N137的耗能,降低对电源的冲击。
3 结语
矿用本安型计算机信号隔离器具有良好的信号隔离功能,能够准确有效实时地传送键盘输入的数据,同时在矿井特殊复杂的工作环境中具有良好的抗干扰性能;可以自动识别USB全速(Full-Speed)或者低速(Low-Speed);具有自动检测传输状态的功能(通过发光二极管进行检测)。由于该隔离器将上位机与本安键盘供电分别隔离开,这样当上位机启动时,就不会对键盘产生回路冲击电流,有效地避免电火花的产生,有利于煤矿井下安全工作。同时键盘使用单独的本安电源供电,使电路在工作时产生的热能量减少,满足井下作业安全要求。
参考文献
[1]岳周,冯伟.新型信号隔离器和安全栅的特点及扩展应用[J].自动化仪表,2007(增刊1):40-42.
[2]刘荣.圈圈教你玩USB[M].北京:北京航空航天大学出版社,2009.
[3]罗强.基于单片机的嵌入式工程开发详解[M].北京:电子工业出版社,2009.
[4]张楠楠,尤一鸣.恶劣环境下的高性价比的数据采集系统[J].天津工业大学学报,2003,22(1):81-83.
[5]邵辉,舒嵘.光电隔离器6N137的特性和应用[J].电子技术,1996,23(2):38-39.
隔爆兼本安型PLC 篇4
关键词：变频器,乳化液泵站,控制原理
赵固一矿11111综采工作面切眼长202 m, 走向长980 m, 采高3.5 m。该工作面安装134架ZF10000/20/38型液压支架, 配套SGZ800/800刮板输送机和MG300/700-WD采煤机各1台。移动列车配置KBSG-2000KVA/10KV/1.14KV变压器、BRW-315/31.5乳化液泵站及组合开关等设备。传统工频驱动乳化液泵站运行时, 只能采用控制阀门或挡板开度的方法来改变流量、压力等, 即用人为增减阻力的办法实现调节。当工作面需要注小流量浆液时, 大量能量损失在泄压阀上, 机械损耗大;乳化液泵一经启动便长时间连续运行, 一直处于加压—泄压—加压反复循环的过程, 造成大量电能浪费;工频运行时, 泄压阀打开或关闭瞬间的进液管剧烈跳动容易造成爆管和密封漏液;另外, 乳化液泵站工作噪声大, 恶化了井下工人的工作环境。而变频器主要用于交流电动机 (异步电机或同步电机) 转速的调节, 是理想的交流电动机调速装置, 具有调速性能好及节能效果明显等优点。因此, 赵固一矿乳化液泵选择采用BPJ-315/1140隔爆兼本质安全型变频器驱动。
1变频控制系统原理及构成
1.1变频器控制系统原理
(1) 变频器内部控制环节。
变频器内部控制主要指变频器内部PID功能模块。首先给系统1个需要的管道压力信号, 系统运行后, 通过传感器收集到管道实际压力反馈信号, 主控环节的压力设定信号与系统压力反馈信号形成闭环以维持管网恒定压力 (图1) 。可通过参数选择确定PID的特性。
(2) 电机控制环节。
当管网压力变化要求调节乳化泵转速时, 变频器通过改变输入电流的频率来控制电机转速, 由此控制乳化泵的运行状态, 调节管道内的压力。
(3) 信号反馈环节。
管网内压力信号通过传感器转变为电信号输入变频器主控, 与设定环节形成PID控制闭环。
对于乳化泵站系统, 压力控制为一个大惯性环节, 且其要求不太高, 所以不必使用微分环节。
1.2变频调速系统构成
(1) 系统电路结构。
系统采用交—直—交变频原理, 其中, 主电路包括整流、滤波、逆变3个环节。为保证系统可靠运行, 增加了保护电路, 包括过流、过压、欠压等环节, 系统原理如图2所示。
(2) 变频系统实际配置。
选用BPJ-315/1140型矿用乳化液泵变频调速系统, 系统配置如图3所示, 由1台馈电开关连接1台BPJ-315/1140型变频器, 再由变频器拖动1台乳化液泵电机。
(3) 实时监测系统。
在乳化液泵主输液管 (蓄能器旁) 和泵箱平衡阀输出主管路引入变频器的电子压力传感器, 实现了管路压力变化在线检测, 此信号全部反馈到变频器箱, 变频器控制系统根据压力信号进行自动控制, 达到乳化液泵站调节节能效果。
2乳化液泵变频控制过程
变频器被投入自动运行时, 乳化泵电机变频接触器首先被控制导通, 变频器输出频率上升, 同时管网压力信号逐渐增加, 出液管网的压力信号与压力设定信号负反馈闭环, 当管网压力与设定压力基本平衡时, 变频器控制变频电机维持在一定的频率下运行。此时, 变频器的PID调节器将管网的压力反馈信号与设定压力信号进行比较, 当压力反馈信号值高于设定值时, PID自动调节降低变频器输出频率, 从而降低电动机转速, 使乳化泵站的输出液体减少, 管网压力下降, 使系统管网压力与设定压力基本平衡, 并在新的平衡点运行;当压力反馈信号值低于设定值时, PID自动调节升高变频器输出频率, 从而提高电动机的转速, 使乳化泵站输出液体增加, 管网压力升高, 使系统管网压力与设定压力基本平衡, 并在新的平衡点运行。变频器PID调节属于动态调节, 通过对管网压力信号实时检测及时调整变频器输出频率, 达到系统恒压供液的效果。
3使用效果分析
BPJ-315/1140矿用隔爆兼本质安全型交流变频器电压为1 140 V, 电流为186 A, 功率为315 kW, 冷却方式为水冷;乳化液泵型号为BRW315/31.5, 公称压力为31.5 MPa, 公称流量为315 L/min, 转速为1 490 r/min, 配用电机功率200 kW。
3.1节电效果
由焦煤检测中心直接对变频控制乳化液泵测得的数据知, 生产班每小时节省电量68.22 kW·h, 节电率为52.9%。正常生产时, 乳化液泵每天运行约20 h (每年按330 d) , 则使用变频控制每天节省电量1 364.4 kW·h。另外, 综采工作面每月末为矿井检修, 检修当天乳化液泵运行约16 h (每年共12 d) , 则每天节省电量1 091.52 kW·h。全年共节约电量463 350.24 kW·h, 按电价0.719 8元/ (kW·h) 来计, 每年节约电费为33.4万元。
3.2管路冲击及机械磨损
(1) 管路冲击。
工频运行时, 当压力达到机械泄压值 (31 MPa) 时泄压阀打开, 当压力值降至泄压阀关闭值后, 经现场观察进液管明显有±3 cm的剧烈跳动, 压力瞬间变大, 很容易造成爆管和密封漏液。切换至变频运行时, 压力在27～31 MPa之间变化。当压力低于27 MPa时, 变频器提高频率, 电动机增大转矩运行 (最高可达80%) , 使压力很快提高至31 MPa;当压力达到31 MPa时, 变频器降低频率, 电动机输出6%的转矩来维持压力, 进入空载节能状态, 很少出现进液管跳动现象。变频控制乳化液泵运行时, 对管路冲击明显减少, 减轻了对压力阀组密封和管路的损害。
(2) 机械磨损。
经现场观测, 变频器输出频率大部分时间在35～40 Hz范围变化, 当负载增大时, 瞬间达到48 Hz就能满足压力需要。由n=60f/P, 频率取观测平均值 (37 Hz) 计算, 变频运行时, 电机平均转速1 110 r/min;工频运行平均转速为1 490 r/min, 明显减少了电机轴承的机械磨损。
3.3降噪效果
使用AR824声强仪现场测试结果:①距泵站2 m。加载时, 工频驱动101 dB, 变频驱动86 dB, 减小15 dB;启动时, 工频驱动108 dB, 变频驱动92 dB, 减小16 dB。②距泵站6 m。加载时, 工频驱动95 dB, 变频驱动81 dB, 减小14 dB;启动时, 工频驱动105 dB, 变频驱动88 dB, 减小17 dB。
4结语