CN109958609A - 隧道变频空压机组智能动力供风系统及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明设计涉及控制技术领域，特别涉及一种隧道变频空压机组智能动力供风系统及施工方法。具体的施工方法包括以下步骤：施工准备→供风总体布置→供风总体布置及功能设计→动力供风管道施工→变频机组控制系统布置→变频机组供风系统安装→机组供风施工→机组移机及维护八个步骤；与传统方法相比，利用传感器对送风量进行实时测控，在风量不足的条件下，利用PLC控制系统连续不断启动多台空压机，供风系统空压机实现连续不间断的电机无极调速，进而实现连续不间断改变送风量；在风量足够情况下，实时降低电机转速，直至关闭多台空压机，减少能源浪费。
Description
技术领域
本发明设计涉及控制技术领域，特别涉及一种隧道变频空压机组智能动力供风系统及其施工方法。
背景技术
隧道施工时，需要空压机对凿岩设备、喷射施工供风。传统风机风量的调节是人工或辅助机械通过控制闸板阀门开度来实现风量控制的，通常情况下，隧道送风在没有变频器工作条件下，一台空压机送风满负荷启动。如风量不足，需人工启动第二台或多台空压机。然而，由于工况变化或工序调整，空压机的额定功率在大部分时间内大于正常使用功率，满载负荷送风会使大量电能白白消耗，造成能源的浪费。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明隧道变频空压机组智能动力供风系统及其施工方法，采用PLC控制以及变频器工作原理，利用传感器对送风量进行实时测控，在风量不足的条件下，利用PLC控制系统连续不断启动多台空压机，供风系统空压机实现连续不间断的电机无极调速，进而实现连续不间断改变送风量；在风量足够情况下，实时降低电机转速，直至关闭多台空压机，减少能源浪费。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：
隧道变频空压机组智能动力供风系统，包括供风管道、空压机组、压力传感器、变频控制柜和设于所述变频控制柜内的可编程逻辑控制器，其中变频控制柜内还设有变频器，所述空压机组、变频控制柜分别设于隧道外，所述供风管道的主管道设于隧道内，设有若干进风口且分别与空压机组连通，所述压力传感器设于所述供风管道的前端，并通过导线与可编辑逻辑控制器电连接；所述空压机组由一台主控空压机和至少三台空压机组成，其中主控空压机直接与所述变频器电连接，其余空压机分别通过可编辑逻辑控制器与变频器电连接。
隧道变频空压机组智能动力供风系统的施工方法，具体的施工方法包括以下步骤：
步骤1、施工准备：收集准备作业隧道作业面隧道长度、断面、作业机械设备、施工工艺等于需风量相关的基本需要的信息；
步骤2、隧道变频空压机组智能动力供风系统总体布置及功能设计：首先进行功能确定与参数收集，功能与参数主要为动力供风工程需要具备的具体功能，电气元件的要求，隧道动力供风系统主要由洞内的供风系统管道、需风动力设备以及洞外的变频空压机组、传感器组成，系统采用弱点控制强电方式；在洞内需要用风的位置设置压力传感器，压力传感器前置于需要动力供风位置，通过压力传感器监测动力供风系统管道内的压力后，将信号传回给PLC，其中PLC置于洞外的变频控制柜内；PLC监测信号控制弱电开关系统，在压力不足的条件下逐台启动空压机组，洞外变频空压机组其中一台空压机与变频器连接，在连续启动其中一台空压机后，变频器开始工作，改变电机转速，连续调整供风量；
步骤3、隧道动力供风管道施工：隧道施工时，在洞口布置一处固定空压站，空压站内布置电动空压机向隧道内供风，空压机采用并方式接入高压风管，空压机的配置数量应根据隧道动力供风计算确定，同时根据供风长度，考虑延长度的风压损失；其中在分风器处布置用于检测实时风压的压力传感器，高压风管选用φ200mm无缝钢管，接至距掌子面30m处，然后采用φ50高压胶管接连接分风器，分风器与凿岩机间连接的采用φ30胶管且长度小于15m；
步骤4、变频机组控制系统布置：变频机组控制系统布置包括空压机节能柜技术设计、柜体结构前开门结构、二次接线技术、集控系统技术和保护功能技术；
所述空压机节能柜技术设计包括自动控制节能模式和手动控制模式，在正常情况下实现智能自动控制，当变频系统出现故障时，使用PLC智能控制，当变频器及PLC系统出现故障时，通过手动开关切换运行；
所述柜体前开门结构采用GGD前开门结构，设备的框架和外壳采用冷轧钢板，厚度大于2mm，且能承受设备内外电路短路时的电动力和热效应，且所述柜门上装有信号灯和操作开关，所述信号灯与操作开关均与柜内保护接地母线连接；
所述二次接线端子额定电流大于15A，500W，均为螺栓型结构，并设有隔板和标志牌，每组端子排留有大于总数10%的备用端子；其中控制导线采用铜导线，截面大于1mm²，用于电流互感器的界面大于1.5mm²；
所述集控系统技术为实时与现场空压机的系统进行数据交换，采集空压机自身的运行参数，实时显示现场空压机单元当前的报警信息以及保存的报警记录，实时模拟显示空压机的运行状态，具有查询空压机主要参数的数据报表和用户操作安全登录管理功能，配合变频器根据用风量确认开启空压机的台数并根据实时压力检测，通过变频器对压缩机电机调整转速，实现恒压供风，变频器具有最低频率设置限制；
所述保护功能技术包括超温报警、超压保护和空压机保护，所述超温报警在测定出口温度超过说明书标定数值时对其应指示灯闪烁并声光报警，所述超压保护在气压压力超过设定值时，对应指示灯闪烁，声光报警，所述空压机保护在空压机短路、过压、欠压、接地故障、过流、电机过载、电机失速、电机欠压、输入相监控、电机相监控功能；
步骤5、变频机组供风系统安装：首先在机组位置进行场地规划，空压机之间设置净间距大于1.5m，机房与散发爆炸性、腐蚀性、有毒气体、粉尘等有害物质的场所隔绝，且机器间具有良好的通风，避免日晒；
步骤6、机组供风施工：系统分变频系统和工频系统运行，由变频控制柜的转换开关SA1切换工作状态；
在自动模式下：将转换开关SA1打开至变频运行位置，在触摸屏画面点击“系统控制”按钮，画面跳转至系统控制模式画面，点击“自选控制”按钮，画面跳转只系统控制模式选择画面，点击“自动控制”按钮，画面切换至自动控制模式画面；点击该画面上的“启动”按钮，控制系统将自动运行，无需再持续观察空压机，此时系统由变频器的PID控制，当压力不足时空压机将自动启动，当压力超过上限值，空压机转速自动下降，空压机保持恒定值，当变频器驱动的空压机（1#）运行无法满足工艺要求时，将根据逻辑顺序依次启动2#、3#、4#...n#空压机运转，每台空压机运行15s后，自动给加载控制线路供电；自动模式停止时，先点击一号空压机的卸载按钮，再次点击自动控制模式画面的按钮“停止”，停止运行次系统；
在手动模式下：首先将空压机由自动模式的运行状态切换为停止状态，点击“自动控制”按钮，画面切换到手动控制模式画面点击“启动”按钮，随后点击空压机上的启动按钮，1#空压机将在工作模式运行，用气量比较大可根据需求手动启动2#、3#、4#...n#空压机；手动模式停止时，先点击空压机面板上的停止按钮，空压机将停止运行，再点击触摸屏上手动控制模式画面的按钮“停止”，控制柜将停止给1#空压机供电；
步骤7、机组移机及维护：空压机组的移机解除管道连接，采用吊机吊离，变频PLC系统移机应避免柜体变形损坏电器设备，并注意防雨以及避免暴晒导致线路老化；空压机在运转1000小时或一年后，需要更换滤芯，在多尘地区则缩短更换时间间隔，滤清器维修时需停机，检查压缩机所有部件，排除压缩机的故障。
采用液压强夯机与平板夯路机协作回填的施工方法，与传统方法相比，实时变频调控，经济效益显著，在风量不足的条件下，利用PLC控制系统连续不断启动多台空压机，每台空压机实现连续不间断的电机转速调整进而连续不间断改变送风量，直到送风量满足设定要求；在风量足够情况下，实时降低电机转速，直至关闭多台空压机，减少能源浪费，同时节能降耗，延长设备使用寿命。
进一步限定，所述隧道变频空压机组智能动力供风系统采用弱电控制强电的方式进行控制。
进一步限定，所述空压机的供风参数为15~25m³/min。
进一步限定，所述控制导线中用于电流互感器的单线为单芯、聚氯乙烯绝缘导线，额定电压不低于500W。
进一步限定，所述空压机拆机时，需要遵循下列事项：（1）拆卸中应按空压机的各部件的结构不同，预先考虑操作程序，避免先后倒置或因贪图省事而猛拆猛敲；（2）拆卸的顺序与装配的顺序相反，即先拆外部附件，后拆内部零、部件，从上部到下部依次拆组合件，再拆零件（3）拆卸时使用专用的工具；（4）大型空气压缩机拆卸时需要准备起吊工具和绳套，并在绑吊时注意保护部件，避免磕碰和损坏；（5）整齐堆放拆卸下的零件，大型零部件放置在垫木上，小型零件放置在收纳箱内，紧密零件专门保管；（6）拆卸下的零件按原有结构整放在一起或用绳子串在一起，避免错乱。
进一步限定，所述空气压缩机采用电动类型，设置于洞口处，空气压缩机的生产能力Q由储气筒到风动机具设备沿途的损失、各机具的耗风量、风动机具的同时工作系数以及备用系数满足公式：Q=(1+K备)（∑q•K+q漏）km，其中K为同时工作系数，按《公路隧道施工技术细则》JTG/T F60表12.1.1～1的规定确定，Km为空气压缩机所处海拔高度对空气压缩机生产能力的影响系数，按《公路隧道施工技术细则》表12.1.1～2的规定确定，K备为空气压缩机的备用系数，取75%～90%，∑q为风动机具所需风量，q漏为管路及附件的漏耗损失。
进一步限定，所述q漏的计算公式为q漏=a∑L (m³/min)，其中a为每公里漏风量，取1.5～2.0 m³／min，L为管路总厂（km）。
根据以上与现有技术的综合对比，本施工方法具有以下优点：
1、实时变频调控，经济效益显著：隧道变频空压机组智能动力供风系统的施工方法则采用传感器对送风量进行实时测控，在风量不足的条件下，利用PLC（可编程控制程序）控制系统连续不断启动多台空压机，每台空压机实现连续不间断的电机转速调整进而连续不间断改变送风量，直到送风量满足设定要求；在风量足够情况下，实时降低电机转速，直至关闭多台空压机，减少能源浪费。
2、节能降耗，延长设备使用寿命：能源浪费减少，节能减排效益显著。变频就是改变供电频率，从而调节负载，起到降低功耗，减小损耗，延长设备使用寿命等作用。
3、变频技术应用于工程，推广前景好：常规送风技术能耗大，变频送风技术针对长大隧道供风技术经济性非常好，推广前景好。
附图说明
图1为本发明隧道变频空压机组智能动力供风系统的施工方法流程示意图；
图2为本发明中隧道变频空压机组智能动力供风系统的布置图；
图3为本发明中空压机节能柜的设备表；
图4为本发明中空压机集控柜的设备表；
图5为本发明中户外箱式空调柜的设备表。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员可以更好地理解，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。
如图1、图2、图3、图4和图5所示的隧道变频空压机组智能动力供风系统的施工方法，包括以下步骤：
隧道变频空压机组智能动力供风系统，包括供风管道1、空压机组2、压力传感器4、变频控制柜3和设于所述变频控制柜3内的可编程逻辑控制器6，其中变频控制柜3内还设有变频器5，所述空压机组2、变频控制柜3分别设于隧道外，所述供风管道1的主管道设于隧道内，所述供风管道1设有若干进风口且分别与空压机组2连通，所述压力传感器4设于所述供风管道1的前端，并通过导线与可编辑逻辑控制器6电连接；所述空压机组2由一台主控空压机21和至少三台空压机22组成，其中主控空压机21直接与所述变频器5电连接，其余空压机22分别通过可编辑逻辑控制器6与变频器5电连接。所述隧道变频空压机组智能动力供风系统采用弱电控制强电的方式进行控制。所述空压机22的供风参数为15~25m³/min。所述控制导线中用于电流互感器的单线为单芯、聚氯乙烯绝缘导线，额定电压高于500W。
隧道变频空压机组智能动力供风系统的施工方法，具体的施工方法包括以下步骤：
步骤1、施工准备：收集准备作业隧道作业面隧道长度、断面、作业机械设备、施工工艺等于需风量相关的基本需要的信息；
步骤2、隧道变频空压机组智能动力供风系统总体布置及功能设计：首先进行功能确定与参数收集，功能与参数主要为动力供风工程需要具备的具体功能，电气元件的要求，隧道动力供风系统主要由洞内的供风系统管道、需风动力设备以及洞外的变频空压机组、传感器组成，系统采用弱点控制强电方式；在洞内需要用风的位置设置压力传感器，压力传感器前置于需要动力供风位置，通过压力传感器监测动力供风系统管道内的压力后，将信号传回给PLC，其中PLC置于洞外的变频控制柜内；PLC监测信号控制弱电开关系统，在压力不足的条件下逐台启动空压机组，洞外变频空压机组其中一台空压机与变频器连接，在连续启动其中一台空压机后，变频器开始工作，改变电机转速，连续调整供风量；
步骤3、隧道动力供风管道施工：隧道施工时，在洞口布置一处固定空压站，空压站内布置电动空压机向隧道内供风，空压机采用并方式接入高压风管，空压机的配置数量应根据隧道动力供风计算确定，同时根据供风长度，考虑延长度的风压损失；其中在分风器处布置用于检测实时风压的压力传感器，高压风管选用φ200mm无缝钢管，接至距掌子面30m处，然后采用φ50高压胶管接连接分风器，分风器与凿岩机间连接的采用φ30胶管且长度小于15m；所述空气压缩机采用电动类型，设置于洞口处，空气压缩机的生产能力Q由储气筒到风动机具设备沿途的损失、各机具的耗风量、风动机具的同时工作系数以及备用系数满足公式：Q=(1+K备)（∑q•K+q漏）km，其中K为同时工作系数，按《公路隧道施工技术细则》JTG/TF60表12.1.1～1的规定确定，Km为空气压缩机所处海拔高度对空气压缩机生产能力的影响系数，按《公路隧道施工技术细则》表12.1.1～2的规定确定，K备为空气压缩机的备用系数，取75%～90%，∑q为风动机具所需风量，q漏为管路及附件的漏耗损失。所述q漏的计算公式为q漏=a∑L (m³/min)，其中a为每公里漏风量，取1.5～2.0 m³／min，L为管路总厂（km）；
步骤4、变频机组控制系统布置：变频机组控制系统布置包括空压机节能柜技术设计、柜体结构前开门结构、二次接线技术、集控系统技术和保护功能技术；
所述空压机节能柜技术设计包括自动控制节能模式和手动控制模式，在正常情况下实现智能自动控制，当变频系统出现故障时，使用PLC智能控制，当变频器及PLC系统出现故障时，通过手动开关切换运行；
所述柜体前开门结构采用GGD前开门结构，设备的框架和外壳采用冷轧钢板，厚度大于2mm，且能承受设备内外电路短路时的电动力和热效应，且所述柜门上装有信号灯和操作开关，所述信号灯与操作开关均与柜内保护接地母线连接；
所述二次接线端子额定电流大于15A，500W，均为螺栓型结构，并设有隔板和标志牌，每组端子排留有大于总数10%的备用端子；其中控制导线采用铜导线，截面大于1mm²，用于电流互感器的界面大于1.5mm²；
所述集控系统技术为实时与现场空压机的系统进行数据交换，采集空压机自身的运行参数，实时显示现场空压机单元当前的报警信息以及保存的报警记录，实时模拟显示空压机的运行状态，具有查询空压机主要参数的数据报表和用户操作安全登录管理功能，配合变频器根据用风量确认开启空压机的台数并根据实时压力检测，通过变频器对压缩机电机调整转速，实现恒压供风，变频器具有最低频率设置限制；
所述保护功能技术包括超温报警、超压保护和空压机保护，所述超温报警在测定出口温度超过说明书标定数值时对其应指示灯闪烁并声光报警，所述超压保护在气压压力超过设定值时，对应指示灯闪烁，声光报警，所述空压机保护在空压机短路、过压、欠压、接地故障、过流、电机过载、电机失速、电机欠压、输入相监控、电机相监控功能；
步骤5、变频机组供风系统安装：首先在机组位置进行场地规划，空压机之间设置净间距大于1.5m，机房与散发爆炸性、腐蚀性、有毒气体、粉尘等有害物质的场所隔绝，且机器间具有良好的通风，避免日晒；
步骤6、机组供风施工：系统分变频系统和工频系统运行，由变频控制柜的转换开关SA1切换工作状态；
在自动模式下：将转换开关SA1打开至变频运行位置，在触摸屏画面点击“系统控制”按钮，画面跳转至系统控制模式画面，点击“自选控制”按钮，画面跳转只系统控制模式选择画面，点击“自动控制”按钮，画面切换至自动控制模式画面；点击该画面上的“启动”按钮，控制系统将自动运行，无需再持续观察空压机，此时系统由变频器的PID控制，当压力不足时空压机将自动启动，当压力超过上限值，空压机转速自动下降，空压机保持恒定值，当变频器驱动的空压机（1#）运行无法满足工艺要求时，将根据逻辑顺序依次启动2#、3#、4#...n#空压机运转，每台空压机运行15s后，自动给加载控制线路供电；自动模式停止时，先点击一号空压机的卸载按钮，再次点击自动控制模式画面的按钮“停止”，停止运行次系统；
在手动模式下：首先将空压机由自动模式的运行状态切换为停止状态，点击“自动控制”按钮，画面切换到手动控制模式画面点击“启动”按钮，随后点击空压机上的启动按钮，1#空压机将在工作模式运行，用气量比较大可根据需求手动启动2#、3#、4#...n#空压机；手动模式停止时，先点击空压机面板上的停止按钮，空压机将停止运行，再点击触摸屏上手动控制模式画面的按钮“停止”，控制柜将停止给1#空压机供电；
步骤7、机组移机及维护：空压机组的移机解除管道连接，采用吊机吊离，变频PLC系统移机应避免柜体变形损坏电器设备，并注意防雨以及避免暴晒导致线路老化；空压机在运转1000小时或一年后，需要更换滤芯，在多尘地区则缩短更换时间间隔，滤清器维修时需停机，检查压缩机所有部件，排除压缩机的故障。在拆机时，还需要遵循下列事项：（1）拆卸中应按空压机的各部件的结构不同，预先考虑操作程序，避免先后倒置或因贪图省事而猛拆猛敲；（2）拆卸的顺序与装配的顺序相反，即先拆外部附件，后拆内部零、部件，从上部到下部依次拆组合件，再拆零件（3）拆卸时使用专用的工具；（4）大型空气压缩机拆卸时需要准备起吊工具和绳套，并在绑吊时注意保护部件，避免磕碰和损坏；（5）整齐堆放拆卸下的零件，大型零部件放置在垫木上，小型零件放置在收纳箱内，紧密零件专门保管；（6）拆卸下的零件按原有结构整放在一起或用绳子串在一起，避免错乱。
所述空气压缩机采用电动类型，设置于洞口处，空气压缩机的生产能力Q由储气筒到风动机具设备沿途的损失、各机具的耗风量、风动机具的同时工作系数以及备用系数满足公式：Q=(1+K备)（∑q•K+q漏）km，其中K为同时工作系数，按《公路隧道施工技术细则》JTG/T F60表12.1.1～1的规定确定，Km为空气压缩机所处海拔高度对空气压缩机生产能力的影响系数，按《公路隧道施工技术细则》表12.1.1～2的规定确定，K备为空气压缩机的备用系数，取75%～90%，∑q为风动机具所需风量，q漏为管路及附件的漏耗损失。所述q漏的计算公式为q漏=a∑L (m³/min)，其中a为每公里漏风量，取1.5～2.0 m³／min，L为管路总厂（km）。
在施工过程中要进行质量控制：①所有进场主要材料必须经过验收合格后方可投入使用，主要检查相关出厂检验报告、合格证、生产资质或国家相关产品认证、随机自带技术文件等，实行生产许可证和安全认证制度的产品，应有许可证编号和安全认证标志，如当地有见证送检要求，必须完成见证取样送检合格后，方可投入使用。②检查高低压配电设备的合格证和随带技术文件，变压器、高压环网柜应有出厂试验记录，有铭牌，附件齐全，绝缘件无缺损、裂纹，充油部分无渗漏， 充气高压设备气压指示正常，涂层完整，外观检查：有铭牌，柜内元器件无损坏丢失，接线无脱落焊，附件齐全， 绝缘件无缺损、裂纹，柜体无明显碰撞凹陷。③查验母线合格证及随带技术资料，并检查防潮密封是否良好，附件是否齐全，各段编号标志是否清晰、外壳有无变形，母线螺栓搭接面是否平整，镀层覆盖是否完整、有无起皮；插接母线上的静触头有无缺陷，表面是否光滑，镀层是否完整。④电缆桥架应有合格证，型号、规格符合设计要求。部件齐全，表面光滑、不变形，材质厚度、镀层满足要求、，无锈蚀、破损或划伤，推荐选用热镀锌桥架，特别是对于地下室等潮湿场所。⑤导管、线盒按批查验合格证；钢管无压扁、内壁光滑，镀锌钢管镀层覆盖完整、表面无锈斑，塑料管及其配件不破裂、表面有阻燃标记和厂标，抽样检测导管的管径和壁厚。⑥电线电缆的规格、型号符合设计要求，具有产品合格证，且必须通过国家3c强制认证，注有生产厂家和出厂日期。导线外观平整光滑，线径一致，绝缘层薄厚均匀，无硬伤及扭曲现象。耐热、阻燃的电线电缆外护层有明显标识。⑦查验开关插座的合格证，且必须通过国家3c强制认证，面板绝缘材质符合阻燃性能指标并有安全认证标志，板面无变色、无扭曲变形。⑧配电箱、柜 箱体开启部件操作灵活，油漆完整，护口齐全，箱内电器元件型号及规格符合设计要求，电器件、导线排列整齐，箱内配线已严格区分导线颜色，有专用的零线与地线端子排并分开设置，并且箱柜体本体自带接地保护连接点，且需使用镀锌螺杆焊接在箱体上，螺杆镀锌层完好，并配齐弹簧垫、平垫、配套螺母等配件。其中住户配电箱必须有明显标识注明回路用途，其它3箱和低压柜必须将回路系统图或二次接线原理图贴于箱盖背面或侧面，面壳各开关、按钮需有专用标签或标识系统注明用途。⑨灯具必须满足国家强制性3C认证，灯具的防护等级和防触电等级必须根据使用场所，满足国家相关要求，灯具的构造应符合安全要求和周围的环境要求，如防尘、防水、抗撞击、抗风、防爆等，推荐 选用节能光源，以满足环保要求。⑩在安装的过程中技术要求如下：a变压器、高低压柜、穿墙套管及支持绝缘子等安装就位，经检查合格后，才能安装由变压器引至高低压柜的母线；b封闭、插接式母线每段母线组对接续前，绝缘电阻测试合格，绝缘电阻值大于20MΩ，才能安装组对；c绝缘子的底座、套管的法兰、保护网（罩）及母线支架等可接近裸露导体应接地（PE）或接零（PEN）可靠。但不应作为接地或接零的接续导体。接地线排列整齐、方向一致；d支架与预埋件焊接固定时，焊缝饱满；膨胀螺栓固定时，连接紧固，防松零件齐全。托盘、桥架连接板的螺栓应紧固，螺母应位于托盘、桥架的外侧；e导管敷设在多尘或潮湿场所的电线保护管，管口及其各连接处均应密封；f电线电缆选用铜芯电线电缆，不推荐采用铝芯电线电缆，敷设在管内的电缆宜采用塑料护套电缆；穿管敷设的绝缘导线和电缆，其电压等级不应低于交流500伏。
在施工过程中也注意安全措施的防护，①认真贯彻“安全第一，预防为主”的方针，根据国家有关规定、条例，结合施工单位实际情况和工程的具体特点，组成专职安全员和班组兼职安全员以及工地安全用电负责人参加的安全生产管理网络，执行安全生产责任制，明确各级人员的职责，抓好工程的安全生产。②施工现场按符合防火、防风、防雷、防触电等安全规定及安全施工要求进行布置，并完善布置各种安全标识，高空作业必须系好安全带，防止高空坠落、落物打击等。③建立完善的施工安全保证体系，加强施工作业中的安全检查，确保作业标准化、规范化。④安全用电以及压力容器作业等特种人员必须持证上岗。⑤施工用电安全保证措施如下：（1）现场施工用电采用三相五线制；（2）实行三级供电二级保护，每级配电箱均设置开关，三级电箱必须做到一机一闸一漏一保护；（3）照明与动力用电分开，插座上标明设备使用名称；（4）电缆线及支线架空或埋地，架空敷设采用缘子，不直接绑扎在金属构架上，严禁用金属裸线绑扎；（5）移动电箱内动力与照明分箱设置；（6）编制施工用电专项方案，并有可靠的安全技术措施，上报审批后方可进行；（7）施工现场的电器设备设施有有效的安全管理制度，现场电线电气设备设施由具有资质的电工专职负责经常性的检查整理，发现问题立即解决；（8）凡是触及或接近带电体的地方，均采取绝缘保护以及保护安全距离等措施；（9）电线和设备选型按国家标准限定安全载流量；（10）所有施工人员应掌握安全用电的基本知识和所用设备性能，用电人员各自保护好设备的负荷线、地线和开关，发现问题及时找电工解决，严禁非专业电气操作人员乱动电器设备；（11）高压线引至施工现场的一级配电箱，室内通风及排水良好，门向外开，上锁并由专人负责，其他人员不得随便进入；（12）配电系统分级配电，配电箱、开关箱外观完整、牢固、防雨防尘、外涂安全色、统一编号。其安装形式必须符合有关规定，箱内电器可靠、完好，造型、定值符合规定，并标明用途；（13）现场内支搭架空线路的线杆底部要实，不得倾斜下沉，与临近建筑应有一定安全距离，且必须采用绝缘导线，不得成束架空敷设，达不到要求必须采取有效保护措施；（14）所有电器设备及其金属外壳或构架均应按规定设置可靠的接零及接地保护；（15）施工现场所有用电设备，必须按规定设置漏电保护装置，要定期检查，发现问题及时处理解决；（16）现场内各种用电设备，尤其是电焊、电热设备、电动工具，其装设使用应符合规范要求，维修保管专人负责；（17）防触电措施如下：a、施工用电实行三级漏电配电，施工电缆线按规定架空铺设；b、开关箱内的漏电保护器具额定漏电电流应不小于30mA，额定漏电应不大于15mA，额定漏电动作时间不能大于0.10s；c、保护零线按规定作好重复接地；d、气焊作业双线到位；e、用电管理：安装、维修或拆除临时用电工程，必须由电工完成，实行定期检查制度，并做好检查记录。非电工人员不得拆改电器、电源，电工人员必须执证上岗；f、电工定期对施工现场用电设备进行检查，及时发现和排除电气事故隐患，尤其在雨季；g、施工用电的线路及设备，按施工组织设计安装设置，严禁用电线路搭靠或固定在机械、栏杆、钢筋、钢管钉等金属件上；对电气设备、绝缘用具必须定期检查、测试，防雷设施在雷雨季节到来之前检测；变、配电室不应使用易燃的建筑材料，门向外开，建筑结构应符合防火、防水、防漏和通风良好的要求。
还要保证施工环境，做好环保措施：①成立对应的施工环境卫生管理机构，在工程施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章，加强对施工燃油、工程材料、设备、废水、生产生活垃圾、弃渣的控制和治理，遵守有防火及废弃物处理的规章制度，做好交通环境疏导，充分满足便民要求，认真接受城市交通管理，随时接受相关单位的监督检查。②将施工场地和作业限制在工程建设允许的范围内，合理布置、规范围挡，做到标牌清楚、齐全，各种标识醒目，施工场地整洁文明。③对施工中可能影响到的各种公共设施制定可靠的防止损坏和移位的实施措施，加强实施中的监测、应对和验证。同时，将相关方案和要求向全体施工人员详细交底。
以上对本发明提供的隧道变频空压机组智能动力供风系统的施工方法进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.隧道变频空压机组智能动力供风系统，其特征在于：包括供风管道、空压机组、压力传感器、变频控制柜和设于所述变频控制柜内的可编程逻辑控制器，其中变频控制柜内还设有变频器，所述空压机组、变频控制柜分别设于隧道外，所述供风管道的主管道设于隧道内，设有若干进风口且分别与空压机组连通，所述压力传感器设于所述供风管道的前端，并通过导线与可编辑逻辑控制器电连接；所述空压机组由一台主控空压机和至少三台空压机组成，其中主控空压机直接与所述变频器电连接，其余空压机分别通过可编辑逻辑控制器与变频器电连接。
2.隧道变频空压机组智能动力供风系统的施工方法，具体的施工方法包括以下步骤：
步骤1、施工准备：收集准备作业隧道作业面隧道长度、断面、作业机械设备、施工工艺等于需风量相关的基本需要的信息；
步骤2、隧道变频空压机组智能动力供风系统总体布置及功能设计：首先进行功能确定与参数收集，功能与参数主要为动力供风工程需要具备的具体功能，电气元件的要求，隧道动力供风系统主要由洞内的供风系统管道、需风动力设备以及洞外的变频空压机组、传感器组成，系统采用弱点控制强电方式；在洞内需要用风的位置设置压力传感器，压力传感器前置于需要动力供风位置，通过压力传感器监测动力供风系统管道内的压力后，将信号传回给PLC，其中PLC置于洞外的变频控制柜内；PLC监测信号控制弱电开关系统，在压力不足的条件下逐台启动空压机组，洞外变频空压机组其中一台空压机与变频器连接，在连续启动其中一台空压机后，变频器开始工作，改变电机转速，连续调整供风量；
步骤3、隧道动力供风管道施工：隧道施工时，在洞口布置一处固定空压站，空压站内布置电动空压机向隧道内供风，空压机采用并方式接入高压风管，空压机的配置数量应根据隧道动力供风计算确定，同时根据供风长度，考虑延长度的风压损失；其中在分风器处布置用于检测实时风压的压力传感器，高压风管选用φ200mm无缝钢管，接至距掌子面30m处，然后采用φ50高压胶管接连接分风器，分风器与凿岩机间连接的采用φ30胶管且长度小于15m；
步骤4、变频机组控制系统布置：变频机组控制系统布置包括空压机节能柜技术设计、柜体结构前开门结构、二次接线技术、集控系统技术和保护功能技术；
所述空压机节能柜技术设计包括自动控制节能模式和手动控制模式，在正常情况下实现智能自动控制，当变频系统出现故障时，使用PLC智能控制，当变频器及PLC系统出现故障时，通过手动开关切换运行；
所述柜体前开门结构采用GGD前开门结构，设备的框架和外壳采用冷轧钢板，厚度大于2mm，且能承受设备内外电路短路时的电动力和热效应，且所述柜门上装有信号灯和操作开关，所述信号灯与操作开关均与柜内保护接地母线连接；
所述二次接线端子额定电流大于15A，500W，均为螺栓型结构，并设有隔板和标志牌，每组端子排留有大于总数10%的备用端子；其中控制导线采用铜导线，截面大于1mm²，用于电流互感器的界面大于1.5mm²；
所述集控系统技术为实时与现场空压机的系统进行数据交换，采集空压机自身的运行参数，实时显示现场空压机单元当前的报警信息以及保存的报警记录，实时模拟显示空压机的运行状态，具有查询空压机主要参数的数据报表和用户操作安全登录管理功能，配合变频器根据用风量确认开启空压机的台数并根据实时压力检测，通过变频器对压缩机电机调整转速，实现恒压供风，变频器具有最低频率设置限制；
所述保护功能技术包括超温报警、超压保护和空压机保护，所述超温报警在测定出口温度超过说明书标定数值时对其应指示灯闪烁并声光报警，所述超压保护在气压压力超过设定值时，对应指示灯闪烁，声光报警，所述空压机保护在空压机短路、过压、欠压、接地故障、过流、电机过载、电机失速、电机欠压、输入相监控、电机相监控功能；
步骤5、变频机组供风系统安装：首先在机组位置进行场地规划，空压机之间设置净间距大于1.5m，机房与散发爆炸性、腐蚀性、有毒气体、粉尘等有害物质的场所隔绝，且机器间具有良好的通风，避免日晒；
步骤6、机组供风施工：系统分变频系统和工频系统运行，由变频控制柜的转换开关SA1切换工作状态；
在自动模式下：将转换开关SA1打开至变频运行位置，在触摸屏画面点击“系统控制”按钮，画面跳转至系统控制模式画面，点击“自选控制”按钮，画面跳转只系统控制模式选择画面，点击“自动控制”按钮，画面切换至自动控制模式画面；点击该画面上的“启动”按钮，控制系统将自动运行，无需再持续观察空压机，此时系统由变频器的PID控制，当压力不足时空压机将自动启动，当压力超过上限值，空压机转速自动下降，空压机保持恒定值，当变频器驱动的空压机（1#）运行无法满足工艺要求时，将根据逻辑顺序依次启动2#、3#、4#...n#空压机运转，每台空压机运行15s后，自动给加载控制线路供电；自动模式停止时，先点击一号空压机的卸载按钮，再次点击自动控制模式画面的按钮“停止”，停止运行次系统；
在手动模式下：首先将空压机由自动模式的运行状态切换为停止状态，点击“自动控制”按钮，画面切换到手动控制模式画面点击“启动”按钮，随后点击空压机上的启动按钮，1#空压机将在工作模式运行，用气量比较大可根据需求手动启动2#、3#、4#...n#空压机；手动模式停止时，先点击空压机面板上的停止按钮，空压机将停止运行，再点击触摸屏上手动控制模式画面的按钮“停止”，控制柜将停止给1#空压机供电；
步骤7、机组移机及维护：空压机组的移机解除管道连接，采用吊机吊离，变频PLC系统移机应避免柜体变形损坏电器设备，并注意防雨以及避免暴晒导致线路老化；空压机在运转1000小时或一年后，需要更换滤芯，在多尘地区则缩短更换时间间隔，滤清器维修时需停机，检查压缩机所有部件，排除压缩机的故障。
3.根据权利要求1所述的隧道变频空压机组智能动力供风系统，其特征在于：所述隧道变频空压机组智能动力供风系统采用弱电控制强电的方式进行控制。
4.根据权利要求1所述的隧道变频空压机组智能动力供风系统，其特征在于：所述空压机的供风参数为15~25m³/min。
5.根据权利要求1所述的隧道变频空压机组智能动力供风系统，其特在于：所述控制导线中用于电流互感器的单线为单芯、聚氯乙烯绝缘导线，额定电压高于500W。
6.根据权利要求2所述的隧道变频空压机组智能动力供风系统的施工方法，其特征在于：所述空压机拆机时，需要遵循下列事项：（1）拆卸中应按空压机的各部件的结构不同，预先考虑操作程序，避免先后倒置或因贪图省事而猛拆猛敲；（2）拆卸的顺序与装配的顺序相反，即先拆外部附件，后拆内部零、部件，从上部到下部依次拆组合件，再拆零件（3）拆卸时使用专用的工具；（4）大型空气压缩机拆卸时需要准备起吊工具和绳套，并在绑吊时注意保护部件，避免磕碰和损坏；（5）整齐堆放拆卸下的零件，大型零部件放置在垫木上，小型零件放置在收纳箱内，紧密零件专门保管；（6）拆卸下的零件按原有结构整放在一起或用绳子串在一起，避免错乱。
7.根据权利要求2所述的隧道变频空压机组智能动力供风系统的施工方法，其特征在于：所述空气压缩机采用电动类型，设置于洞口处，空气压缩机的生产能力Q由储气筒到风动机具设备沿途的损失、各机具的耗风量、风动机具的同时工作系数以及备用系数满足公式：Q=(1+K备)（∑q•K+q漏）km，其中K为同时工作系数， Km为空气压缩机所处海拔高度对空气压缩机生产能力的影响系数，K备为空气压缩机的备用系数，取75%～90%，∑q为风动机具所需风量，q漏为管路及附件的漏耗损失。
8.根据权利要求7所述的隧道变频空压机组智能动力供风系统的施工方法，其特征在于：所述q漏的计算公式为q漏=a∑L (m³/min)，其中a为每公里漏风量，取1.5～2.0 m³／min，L为管路总厂（km）。
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