煤礦主通風(fēng)機(jī)房智能化建設(shè)分析與無人值守改造研究

龐海云

（趙莊煤業(yè)機(jī)電信息管理部，山西 長治 046600）

1 趙莊煤業(yè)工程概況

趙莊煤業(yè)年生產(chǎn)能力為800萬t/年，屬于高瓦斯礦井，因此需要選用分區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)，該礦選用機(jī)械抽出式進(jìn)行排風(fēng)。在南蘇風(fēng)井通風(fēng)機(jī)房位置設(shè)置有2臺GAF42－21.1－2對旋軸流風(fēng)機(jī)，相應(yīng)的配套電機(jī)選用的型號的為YKK1000 10。同時在南蘇通風(fēng)機(jī)房配置在線監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)θ缦赂艣r進(jìn)行實時監(jiān)測數(shù)據(jù)諸如：運(yùn)行風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)、、電機(jī)數(shù)據(jù)、風(fēng)門開閉到位等，從而可以實現(xiàn)設(shè)置過壓操作、繞組超溫、軸承超溫報警操作功能[1]。與此同時該系統(tǒng)可以對如下數(shù)據(jù)進(jìn)行操作如數(shù)據(jù)查詢、查看實施數(shù)據(jù)變化情況、報警信息查詢等，圖1表示相應(yīng)的風(fēng)井主要通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)。

圖1 主要通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)

2 主通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)概況

該礦用通風(fēng)機(jī)房設(shè)置有高壓固態(tài)軟啟動，其中啟動方式有：本控、遠(yuǎn)控、DCS三種啟、停控制方式，該控制形式可以借助控制面板進(jìn)行啟動模式的轉(zhuǎn)換，當(dāng)該系統(tǒng)處于高壓固態(tài)軟啟動狀態(tài)時進(jìn)行切換。在CM V-720-10裝置啟動控制的過程中設(shè)置由“軟啟/直啟”，進(jìn)而可以借助RS-485單元與上位機(jī)進(jìn)行信息的交互。

在進(jìn)行切換風(fēng)機(jī)的過程中，高壓固態(tài)軟件選用軟啟動形式?？梢詫④泦又苯愚D(zhuǎn)換成為直啟動。在主通風(fēng)機(jī)內(nèi)部設(shè)置有直接啟動電機(jī)的真空接觸器，接著真空接觸器觸發(fā)直接啟動電機(jī)，從而保證風(fēng)機(jī)的運(yùn)行?？墒怯捎谑褂谩败泦?直啟”時，可以借助旋轉(zhuǎn)鑰匙進(jìn)行開關(guān)的轉(zhuǎn)換，操作過程相對繁瑣。因此為了實現(xiàn)無人看守作業(yè)，需要對風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行智能化技術(shù)改造。

3 改造思路

借助智能化集控臺進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)智能化監(jiān)控，同時在進(jìn)行網(wǎng)路通信接口方面，通信端口必須高于備用設(shè)備的20%以上，這樣能夠?qū)崟r監(jiān)測通風(fēng)系統(tǒng)負(fù)壓、出口風(fēng)速、風(fēng)量、通風(fēng)機(jī)性能參數(shù)、風(fēng)門性能參數(shù)、電機(jī)軟啟動狀態(tài)等等。另外，通過構(gòu)建專家數(shù)據(jù)庫可以實現(xiàn)對傳感器單元以及風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)庫的組合。一般數(shù)據(jù)需要通過傳輸系統(tǒng)傳輸給主通風(fēng)機(jī)監(jiān)控單元，接著可以將數(shù)據(jù)傳輸給無人看守值班集控中心，從而能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制，以及在線監(jiān)控風(fēng)機(jī)鼓掌報警，最終能夠?qū)崿F(xiàn)無人值班看守。

該風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)核心包括如下幾個控制單元[2]：雙PLC控制柜、雙CPU單元、雙工控機(jī)、兩套系統(tǒng)一用一備。與此同時設(shè)置雙機(jī)熱備軟冗余模式。

3.1 電動機(jī)軸承潤滑

經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)要想能夠有效地保證電機(jī)軸承潤滑系統(tǒng)的有效性，必須選用礦用防爆自動潤滑、注油系統(tǒng)，在軸承溫度監(jiān)測方面具有超溫保護(hù)、報警靈敏性高、系統(tǒng)可靠功能。

3.2 智能化集控臺監(jiān)控

該智能化控制系統(tǒng)在實現(xiàn)主通風(fēng)機(jī)與風(fēng)門控制方面都采用自動控制，這樣不僅能夠?qū)崿F(xiàn)主通風(fēng)機(jī)正常工作時的“一鍵倒機(jī)”功能，而且能夠?qū)νL(fēng)系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)控。最后根據(jù)檢測到的數(shù)據(jù)構(gòu)建專家數(shù)據(jù)庫，一般數(shù)據(jù)需要通過傳輸系統(tǒng)傳輸給主通風(fēng)機(jī)監(jiān)控單元，接著可以將數(shù)據(jù)傳輸給無人看守值班集控中心，從而能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制，以及在線監(jiān)控風(fēng)機(jī)鼓掌報警，最終實現(xiàn)無人值班看守。

以風(fēng)機(jī)切換進(jìn)行說明主通風(fēng)機(jī)房值班室設(shè)置的智能化集控臺操作流程[3]：第一步，開啟備用風(fēng)機(jī)平風(fēng)門，這樣保證其處于開機(jī)狀態(tài)。第二步，選擇軟啟動方式，同時依據(jù)設(shè)定的操作流程，將關(guān)閉運(yùn)行的風(fēng)機(jī)1、2電機(jī)軟啟動；第三步，開啟備用風(fēng)機(jī)立風(fēng)門，這時借助設(shè)置的反饋調(diào)節(jié)檢測風(fēng)門執(zhí)行情況，經(jīng)過1 min確定風(fēng)機(jī)門是否到位；第四步，將原運(yùn)行的風(fēng)機(jī)平風(fēng)門關(guān)閉，與此同時將運(yùn)行的立風(fēng)門關(guān)閉，這時借助反饋信號確定平風(fēng)門、立風(fēng)門是否關(guān)閉，經(jīng)過2 min后確認(rèn)平風(fēng)門、立風(fēng)門是否達(dá)到關(guān)閉位置；第五步，調(diào)用備用風(fēng)機(jī)一級、二級電機(jī)軟啟動，保證備用風(fēng)機(jī)運(yùn)行?？梢越柚悄芗仄脚_顯示倒機(jī)狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)能夠滿足自動倒機(jī)時，僅僅把“操作狀態(tài)選擇”設(shè)置在自動方式，當(dāng)單擊“一鍵倒機(jī)”按鈕即可進(jìn)入自動倒機(jī)狀態(tài)，從而實現(xiàn)倒機(jī)操作。

3.3 風(fēng)門智能控制

在風(fēng)門位置必須設(shè)置兩套限位開關(guān)，同時將其接入電控系統(tǒng)。同時可以由電控裝置實現(xiàn)自保。為了能夠有效地防止出現(xiàn)意外，可以將中間繼電器隔離，這樣可以防止出現(xiàn)電纜發(fā)生意外斷線，而出現(xiàn)風(fēng)機(jī)停車的現(xiàn)象。經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)該控制系統(tǒng)能夠?qū)︼L(fēng)門進(jìn)行控制，不僅能夠有效地控制風(fēng)門開與關(guān)閉，而且能夠?qū)Ω鱾€電機(jī)與風(fēng)門進(jìn)行控制。

3.4 電機(jī)啟動

假如高壓軟啟動裝置發(fā)生故障時，那么可以選用直啟動形式進(jìn)行改進(jìn)。在主風(fēng)機(jī)智能控制裝置內(nèi)部設(shè)置有真空接觸控制器，可以實現(xiàn)內(nèi)部軟與直啟動控制。其可以將直接啟動旁路接觸器引至一個固定的控制柜中，接著可以將固定控制柜中控制軟啟、直啟的控制線引至新型智能化集控臺中。在該智能化集控界面上面設(shè)置主、備風(fēng)機(jī)上設(shè)置軟、直啟按鈕。假如軟啟動處于故障狀態(tài)，那么內(nèi)部設(shè)置的程序可以將其置于自動直啟動模式，從而可以快速啟動風(fēng)機(jī)，這樣能在通風(fēng)機(jī)房中實現(xiàn)無人看守。

3.5 供電快速切換

當(dāng)主通風(fēng)機(jī)雙回路出現(xiàn)單回路停電時，那么設(shè)置的電源快切單元動作，其能夠快速切換到另一路，相應(yīng)的風(fēng)機(jī)電機(jī)由于出現(xiàn)欠壓波動導(dǎo)致高壓軟啟動出現(xiàn)問題，從而嚴(yán)重影響風(fēng)機(jī)工作。鑒于此需要從如下兩個方面開展工作[4]：其一，可以將高壓軟啟動控制單元進(jìn)行優(yōu)化升級，使得軟啟動動作實現(xiàn)超前動作；其二，從電源快切裝置進(jìn)行優(yōu)化處理，專業(yè)技術(shù)人員可以通過調(diào)整動作時間，不僅可以在任何情況下都可以達(dá)到失電，而且保證了風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行，優(yōu)化主通風(fēng)機(jī)實現(xiàn)自動化以及智能化遠(yuǎn)程監(jiān)測，同時實現(xiàn)無人看守。

4 改造效果

1）經(jīng)過實踐應(yīng)用發(fā)現(xiàn)該智能控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)主通風(fēng)機(jī)與集控中心無人看守，能夠較好地監(jiān)控風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。與此同時該系統(tǒng)具有一鍵啟動、一鍵復(fù)位、一鍵倒機(jī)等功能。

2）由于在主通風(fēng)機(jī)房與無人值守集控中心安裝了一鍵啟動，通常值班室可以借助該系統(tǒng)對風(fēng)門開關(guān)程序進(jìn)行操作。一般將開關(guān)設(shè)置為軟啟形式，從而便于工作人員操作主、備用風(fēng)機(jī)切換，與此同時在無人值守集控中心也可以實現(xiàn)上述功能。

3）該無人值守集控中心以及相應(yīng)的智能化集控中心可以實現(xiàn)如下功能：在線監(jiān)測、界面顯示、數(shù)據(jù)儲存、信息查詢以及打印等。