一、礦井通風機

礦井通風機是煤礦生產中重要的固定設備，其運行直接關系到煤礦生產的安全。在煤礦生產設備中，通風機設備主要用于通風系統，向井下輸送新鮮空氣，增加井下氧氣濃度，消除井下有害氣體。通風系統通常根據生產需要對壓力、風速、風量和溫度指標進行控制和調節，以適應工藝要求和操作條件，最常用的控制手段是通過調節風門和擋板的開度來調節被控對象。這樣，無論生產需求如何，通風機都要全速運轉，工況的變化使風門和擋板的節流損失能量。這種調節方式不僅限制了控制精度，還造成了大量的能源浪費和設備損耗，導致生產成本增加，設備使用壽命短，設備維護維修成本高。

風機設計過程中管網管理阻力難以計算，更難以考慮長期運行過程中出現的各種問題。因此，系統的最大風量和風壓裕度總是作為選擇的依據，風機的型號和系列分類是有限的，因此在沒有選擇合適的風機運行時，通常會傾斜，這使得裕度大于20%-30%的選擇。當這些裕量過大的風機運行時，只有風門或風道擋板的開度能夠滿足生產工藝對風量的要求。

利用調速裝置，通過改變風機的轉速，從而改變風機的風量來滿足生產過程的需要，這種調節方式稱為風機調速。以調速方式運行的風機能耗最低，綜合效益最高。交流電機的調速方式有很多種，其中變頻調速是最高效的調速方案，可以實現風機的無級調速，并且可以方便地形成閉環控制系統，實現恒壓、恒溫或恒風量控制。

二、礦井通風機變頻器的選擇

變頻器在礦井通風機中的應用有兩個主要功能。第一，變頻器在礦井通風機中的應用可以提高通風機的使用效率，即可以節約能源。其次，提高了礦井通風系統的自動化控制程度，閉環控制方式可以有效提高通風機的自動化控制程度，提高節能效果。那么，礦井通風機如何選擇變頻器呢？

首先要考慮風機在當前運行條件下是否有節能潛力。如果風門幾乎完全打開，滿足礦井所需風量，那么這臺風機就不需要安裝變頻；反之，可以考慮選擇變頻器調速。其次，礦井通風機屬于平方轉矩負載，因此應選擇適合通風機的通用變頻器。一般應根據主風機電機的額定電流選擇變頻器。變頻器的電壓等級應滿足電源和電機的額定電壓要求，額定輸出電流大于主風機電機的額定電流。另外需要注意的是，變頻器頻繁運行的頻率不能太低，以防電機溫度過度升高。最后，應選擇質量可靠、售后服務好的正規廠家的變頻器產品。

三、礦井通風機變頻閉環控制系統

閉環控制是控制論的一個基本概念。指受控輸出以某種方式返回受控輸入，并對輸入施加控制影響的控制關系。在控制論中，閉環通常意味著輸出端通過“側鏈”反饋給輸入端。輸出端反饋給輸入端，參與輸出端再控制，這是閉環控制的目的。閉環控制是根據被控對象的輸出反饋進行校正的控制方式。它根據定額或標準修正實際與計劃之間的偏差。閉環控制，從輸出的變化中取出控制信號作為比較量反饋到輸入端控制輸入量。一般取出量的相位與輸入量相反，所以稱為負反饋控制。自動控制通常是閉環控制。閉環控制有反饋環節，提高了系統的精度，縮短了響應時間。適用于對響應時間和穩定性要求較高的系統。

1、礦井通風機閉環控制系統設計

礦井通風機閉環控制系統的主要目的是解決現有通風機不能根據現場環境自行調整工作狀態，導致電能浪費和安全隱患的問題。礦井通風機閉環控制系統由通風機、變頻器和可編程控制器組成。可編程邏輯控制器配有反饋信號采集單元，呼吸機、變頻器、邏輯控制器和負反饋采集單元構成閉環控制單元。該系統可以實時采集礦井瓦斯濃度、風機風壓等數據，閉環控制風機轉速，提高了智能化程度，有效節約了電能。此外，風機還配有過壓、欠壓、超溫保護裝置，當一臺風機機組出現過壓、欠壓或超溫時，可自動切換到另一臺風機，實現了故障時風機的智能切換，使風機能夠在井下實時送風，提高了井下工人的安全系數。

2、礦井通風機變頻閉環控制系統的組成

礦井通風機閉環控制系統通常由通風機、變頻器、可編程控制器、氣體濃度傳感器、壓力變送器、溫度傳感器等組成。礦井通風機閉環控制系統包括至少兩套由通風機、變頻器、可編程邏輯控制器和信號采集單元組成的閉環控制單元，各閉環控制電路的可編程邏輯控制器聯鎖。

3、礦井通風機變頻閉環控制系統的具體實施

礦井通風機變頻閉環控制系統包括通風機、控制通風機正反轉和轉速的變頻器、控制變頻器輸出頻率的可編程邏輯控制器、采集反饋信號的反饋采集單元，包括氣體濃度傳感器和壓力變送器。

可編程邏輯控制器、變頻器風扇和氣體濃度傳感器構成正反饋閉環C1，閉環C1被設置為最高優先級。氣體濃度傳感器用于收集其濃度反饋信號。當氣體濃度超過預設值或上升時，氣體濃度信號將反饋給可編程邏輯控制器。PID運行后，可編程邏輯控制器控制風機轉速增加，即增加風機風量，降低氣體濃度。

可編程邏輯控制器、變頻器、呼吸機和壓力變送器組成負反饋閉環C2，閉環C2的優先級低于閉環C1，即當氣體濃度過高或上升時，閉環C2不工作，只有當氣體濃度低于預設值或穩定不上升時，閉環C2的壓力變送器才會將風壓信號傳輸給可編程邏輯控制器， 如果風壓高于預設值，則向變頻器發出降低風機轉速的指令，從而達到節約電能的目的。 通風機和電網之間設置有緊急啟動開關。當變頻器、可編程控制器、傳感器等閉環系統出現故障時，呼吸機可直接接入電網，以50Hz頻率直接運行。

四、結束語

變頻控制技術在礦井通風機中的應用，可以實現通風機的節能經濟運行，通過PID或PLC與各種傳感器組成的閉環控制系統，實現礦井通風系統的全面自動監控。礦井通風機閉環控制系統具有很強的實時監控和故障診斷能力。通過風機變頻器控制系統驅動通風機，可以克服電機啟動時大電流的影響，明顯提高通風機的管理水平，保證井下送風的安全性、合理性和穩定性。