礦井主通風(fēng)機(jī)自動化控制系統(tǒng)的研究

何光建

摘 要：礦井的通風(fēng)機(jī)是用來交換礦井中與礦井外空氣的，并向礦井中輸送新鮮的空氣，排除有害的氣體，這樣礦井的安全生產(chǎn)才能得到保證。但是國內(nèi)外的通風(fēng)機(jī)都是靠人工對其進(jìn)行監(jiān)測，由于人工難免出現(xiàn)失誤，所以研究如何把自動化的技術(shù)應(yīng)用于通風(fēng)機(jī)中是十分必要的。

關(guān)鍵詞：礦井；主通風(fēng)機(jī)；自動化；控制系統(tǒng)

1自動化控制技術(shù)原理

煤礦主通風(fēng)機(jī)自動化控制系統(tǒng)主要由傳感器系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)和中央控制系統(tǒng)三大部分組成。傳感器系統(tǒng)包括風(fēng)壓傳感器、風(fēng)量傳感器、溫度傳感器、有毒氣體濃度傳感器、分量調(diào)節(jié)單元等傳感器組成，傳感器在信號傳輸?shù)倪^程中可以采用時分制和頻分制兩種不同的方式。在煤礦上可以通過改變風(fēng)門的角度來調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，風(fēng)門開度的大小通過地面控制室來控制。通風(fēng)系統(tǒng)還可以通過變頻器改變通風(fēng)機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)礦井內(nèi)風(fēng)速和風(fēng)量的自動調(diào)節(jié)。在國外還可以通過傳感器對礦井內(nèi)局部溫度或者氣體濃度的檢測來控制局部通風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。中央控制系統(tǒng)則是采用微型計(jì)算機(jī)完成對監(jiān)控站的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和整理，并根據(jù)礦井的需要動態(tài)控制通風(fēng)量。計(jì)算機(jī)具有接口多，擴(kuò)展能力強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，在煤礦風(fēng)機(jī)的自動化控制過程中具有反映速度快，控制精度高的特點(diǎn)。

2礦井主通風(fēng)機(jī)工作原理

2.1軸流式通風(fēng)機(jī)

一般是由流線體、擴(kuò)散筒、葉輪、集流器、傳動部件和機(jī)殼等部分組成，葉輪是風(fēng)機(jī)的主要部件，葉片數(shù)目一般為2～24，均勻分布在輪轂上，葉片安裝角通?？刂圃?0°～45°，并隨著葉片數(shù)量的增多風(fēng)壓逐漸升高；軸流式通風(fēng)機(jī)采用鋼板焊接或鉚接，動力機(jī)驅(qū)動葉輪通常是在圓筒形機(jī)殼內(nèi)不斷旋轉(zhuǎn)，從而使氣體從集流器進(jìn)入，葉輪能量一般是從速度和壓力的提高中獲得，最后沿軸向排出。

2.2離心式通風(fēng)機(jī)

離心式通風(fēng)機(jī)組成部分包括機(jī)殼、葉輪，小型通風(fēng)機(jī)的葉輪一般會安裝到電動機(jī)上，而對于中、大型通風(fēng)機(jī)一般需要借助聯(lián)軸器或皮帶與電動機(jī)相連。通常情況下，離心式通風(fēng)機(jī)一般單側(cè)進(jìn)氣，選擇單級葉輪子。如果流量比較大時，會選擇雙側(cè)進(jìn)氣。離心式通風(fēng)機(jī)的工作原理是借助傳動裝置來帶動葉輪持續(xù)性旋轉(zhuǎn)，葉片流道間的空氣會在葉片旋轉(zhuǎn)過程中獲得離心力，然后通過葉端被拋出葉輪，最終進(jìn)入機(jī)殼。在一定的壓差作用下，進(jìn)風(fēng)口的風(fēng)流自葉根流入葉道，在葉端流出，從而形成連續(xù)的流動。

3通風(fēng)機(jī)主系統(tǒng)自動化控制的方式

3.1開關(guān)的相應(yīng)指令

這種方式采用的是繼電器節(jié)點(diǎn)與PLC連接在一起，從而獲取運(yùn)行狀態(tài)。通過獲得控制變頻器進(jìn)行活動的數(shù)據(jù)對電機(jī)的啟停進(jìn)行控制，同時變頻器輸出頻率改變也是很重要的因素。同時因?yàn)樽冾l器的輸出頻率事先就是設(shè)定好的，均為固定的數(shù)值，無法對異步電機(jī)進(jìn)行控制，而這種方式僅僅適用于不需要電機(jī)進(jìn)行連續(xù)變換速度的場合。

3.2模擬量的控制方式

變頻器的輸入信號是不相同的，分為數(shù)字信號以及模擬信號兩種，并且模式信號可以通過A/D模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)換從而輸出0～10V的電壓或者是4～20mA的電流。將信號傳輸?shù)阶冾l器的輸入端，再對控制器的頻率控制使得其成為模擬數(shù)據(jù)的控制方式。這種方式也有它自身的缺點(diǎn)，它只能在PLC與變頻器距離較近的情況之下使用，因而不適應(yīng)礦井的通風(fēng)系統(tǒng)的要求。

4系統(tǒng)具有的功能以及運(yùn)行方式

4.1系統(tǒng)的功能

第一個功能是可以對通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的特性以及運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的參數(shù)進(jìn)行顯示，同時應(yīng)用監(jiān)控模擬系統(tǒng)相應(yīng)的工作的界面。第二個功能是當(dāng)發(fā)生故障時要進(jìn)行分辨是故障報警還是因?yàn)橥ｋ姽收?，同時發(fā)生指令，在警報故障之后還應(yīng)該對故障進(jìn)行記錄，以便以后使用。第三個功能是有著現(xiàn)在的運(yùn)行時的參數(shù)和歷史的運(yùn)行參數(shù)的相應(yīng)的記錄，并且提供打印的功能，在發(fā)生故障的時候可以自己自動地打印故障原因的記錄。第四個功能是有兩種方式對機(jī)器進(jìn)行開關(guān)機(jī)的行為，即為可以手動也可以自動進(jìn)行開關(guān)機(jī)，高壓柜和勵磁柜還能夠被遙控。第五個功能是風(fēng)道的風(fēng)門在開機(jī)后可自動進(jìn)行倒換的行為。第六個功能是在進(jìn)行在線巡查的時候能正確顯示各個倒機(jī)風(fēng)門絞車、反風(fēng)風(fēng)門絞車的運(yùn)行的情況。第七個功能是依靠自身判斷勵磁電流和勵磁點(diǎn)煙是否準(zhǔn)確，在出現(xiàn)開車指示的時候，可以進(jìn)行手動或者是自動的開車行為。第八個功能是系統(tǒng)具有強(qiáng)大的自控功能，如果現(xiàn)在運(yùn)行的風(fēng)機(jī)出現(xiàn)了相應(yīng)的故障，備用的風(fēng)機(jī)能夠在10s之內(nèi)就啟動起來。第九個功能是自動控制系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)的接口，可以通過因特網(wǎng)直接連接到煤礦控制中心，遠(yuǎn)程監(jiān)測以及控制功能就此實(shí)現(xiàn)。

4.2系統(tǒng)的運(yùn)行方式

本系統(tǒng)可以采用的運(yùn)行方式分為以下三種。第一種是就地控制方式，可以在現(xiàn)場利用觸摸屏進(jìn)行相應(yīng)的操作，這種方式因?yàn)槠渚哂泻芎玫姆€(wěn)定性，所以它是最可靠的運(yùn)行的方式。第二種是遠(yuǎn)程控制方式，這種方式可以在另外一個地方對電機(jī)進(jìn)行遙控，但是這種方式受到線路的影響，在反應(yīng)時間上比上一種方式要慢，但是系統(tǒng)穩(wěn)定性好，若采用的電線是光纜的電線來進(jìn)行信息的傳遞，是可以保證風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行的。第三種是自動控制方式，這種方式從本質(zhì)上來說也是遠(yuǎn)程控制的一種，但是這種方式是在無人操作的情況之下，而且在PLC技術(shù)所監(jiān)控的通風(fēng)機(jī)是具有自動運(yùn)行的能力的。在這種方式下，若是風(fēng)機(jī)出現(xiàn)了故障，就能夠自動對其發(fā)出停止的指令，并且啟用備用的風(fēng)機(jī)，是一種很方便的操作方式。

5結(jié)論

通風(fēng)系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)中占有重要的地位，通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞直接影響了礦井承受災(zāi)害的能力以及相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益。把自動化的技術(shù)應(yīng)用到礦井通風(fēng)系統(tǒng)中，可以對礦井的溫度以及濕度和有毒的氣體進(jìn)行檢測，調(diào)控通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量與風(fēng)的壓強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了對于風(fēng)的調(diào)控，從而保障了礦井安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]李健波.礦井主通風(fēng)機(jī)自動化控制系統(tǒng)的研究[J].科技傳播，2014，04：78+82.

[2]李賀.礦井主通風(fēng)機(jī)自動化與信息化改造[J].礦山機(jī)械，2008，15：30-32.

[3]王利華，王小松，魏廣金.礦井主通風(fēng)機(jī)自動監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].工礦自動化，2010，12：95-99.

[4]廖麗，李翠華.我國礦井主通風(fēng)機(jī)設(shè)備的現(xiàn)狀及發(fā)展[J].煤炭工程，2004，09：71-73.