礦井主通風(fēng)機(jī)自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的研究

邱仲輝

（晉能控股集團(tuán)晉華宮大型設(shè)備科，山西 大同 037003）

引言

礦井主通風(fēng)機(jī)是煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)的核心，其工作的穩(wěn)定性和可靠性直接關(guān)系到煤礦井下的綜采安全性?，F(xiàn)有的通風(fēng)倒機(jī)控制方案操作程序復(fù)雜，一旦操作順序出錯(cuò)，將導(dǎo)致倒機(jī)失效，影響通風(fēng)安全。井下電磁干擾源多，對(duì)變頻控制器會(huì)產(chǎn)生較大的干擾，影響對(duì)通風(fēng)機(jī)控制的穩(wěn)定性。這些普遍存在的問(wèn)題給井下的通風(fēng)穩(wěn)定性造成了極大的影響，因此設(shè)計(jì)一款新的礦井通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)，提升控制精度和穩(wěn)定性。

1 引壓管防凍的設(shè)計(jì)方案

我國(guó)煤礦一般分布在北方地區(qū)，在不同的季節(jié)溫度差異性顯著，特別是在冬季時(shí)，地面溫度會(huì)達(dá)到0℃以下。目前的通風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，風(fēng)壓監(jiān)測(cè)傳感器裝置是位于監(jiān)控室內(nèi)，在監(jiān)控室和指定的風(fēng)壓測(cè)量位置之間會(huì)有一定的間隔，兩地之間是利用引壓管進(jìn)行數(shù)據(jù)信息傳遞和交互，引壓管是和電纜一起鋪設(shè)在電纜溝內(nèi)，因此引壓管在監(jiān)測(cè)點(diǎn)和監(jiān)控室之間實(shí)際上是呈“U”形的狀態(tài)存在。從地下管道內(nèi)吹出的風(fēng)含有大量的水蒸氣，當(dāng)?shù)孛鏈囟容^低時(shí)會(huì)產(chǎn)生凍結(jié)，水蒸氣隨著引壓線集聚在“U”形的底部，引起管路堵塞，進(jìn)而導(dǎo)致影響風(fēng)壓測(cè)量精度，通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)失效。

在對(duì)現(xiàn)有通風(fēng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)風(fēng)壓監(jiān)測(cè)失效分析的基礎(chǔ)上，本文提出了一種新的風(fēng)壓抗凍裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示[1]。

由圖1可知，該系統(tǒng)將傳統(tǒng)的壓力變送傳輸模式升級(jí)為了電信號(hào)傳輸模式[2]，降低了監(jiān)控室和風(fēng)壓測(cè)量點(diǎn)位之間的引壓管長(zhǎng)度，使整個(gè)引壓管保持了平直模式，避免了因彎折導(dǎo)致的積水結(jié)冰問(wèn)題，同時(shí)也顯著地提升了日常的故障維修排查便捷性。

圖1 風(fēng)壓抗凍裝置結(jié)構(gòu)

在新的監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)中，在風(fēng)機(jī)外殼指定位置設(shè)置一個(gè)接線盒，然后把管路一側(cè)和接線盒端口連接，并將另一側(cè)設(shè)置到壓力監(jiān)測(cè)裝置上，壓力監(jiān)測(cè)裝置和控制系統(tǒng)之間采用通信電纜連接。該新的接線模式不僅能夠有效地解決引壓管凍結(jié)問(wèn)題，而且相當(dāng)于在系統(tǒng)中增加了一種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接站，能夠?qū)鬏斝盘?hào)進(jìn)行集中處理，提升了數(shù)據(jù)處理的速度和有效性。

2 倒機(jī)控制的設(shè)置

在礦井通風(fēng)的過(guò)程中，若出現(xiàn)緊急情況或者特殊情況，需要對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行倒機(jī)，滿足通風(fēng)控制安全性的需求，傳統(tǒng)控制模式中需要多步驟操作，對(duì)操作順序和時(shí)間都有一定的要求，控制流程繁瑣、操作周期長(zhǎng)，因此難以滿足緊急情況下的控制需求。其倒機(jī)控制流程如下頁(yè)圖2所示。

由圖2可知，主通風(fēng)機(jī)根據(jù)風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)的不同，其倒機(jī)控制流程也不一致，在進(jìn)行關(guān)閉時(shí)必須遵循逐次關(guān)閉的原則，否則會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)風(fēng)壓急劇增加，影響通風(fēng)安全性[3]。在該新的監(jiān)控系統(tǒng)中對(duì)控制程序和流程進(jìn)行了升級(jí)，根據(jù)倒機(jī)控制流程和要求，設(shè)計(jì)了一鍵倒機(jī)控制，當(dāng)給出啟動(dòng)控制信號(hào)后系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的邏輯控制程序和時(shí)間，自動(dòng)進(jìn)行順序控制，從而消除了因人工控制失效導(dǎo)致的通風(fēng)安全問(wèn)題，極大地提升了倒機(jī)控制的一致性和有效性。

圖2 風(fēng)機(jī)倒機(jī)控制流程

3 變頻控制器控制優(yōu)化

煤礦井下各類機(jī)械設(shè)備多、電磁信號(hào)復(fù)雜，極易對(duì)變頻控制器的運(yùn)行產(chǎn)生干擾，影響其控制穩(wěn)定性，進(jìn)而導(dǎo)致對(duì)通風(fēng)機(jī)的變頻控制調(diào)節(jié)失效，影響風(fēng)機(jī)運(yùn)行安全和經(jīng)濟(jì)性。針對(duì)這種問(wèn)題，在新的控制系統(tǒng)中加入了變頻器抗干擾設(shè)計(jì)和變頻器運(yùn)行監(jiān)測(cè)模塊，實(shí)現(xiàn)了對(duì)變頻控制器運(yùn)行的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和報(bào)警。

由于變頻器輸出的控制電壓為矩形電壓，波形寬度不一致，因此在傳輸過(guò)程中會(huì)形成電磁感應(yīng)干擾，影響正常信號(hào)的傳輸，因此在變頻器的輸入端和輸出端各加入了一個(gè)濾波電路[4]，對(duì)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)進(jìn)行濾波處理減少數(shù)據(jù)信號(hào)的干擾，同時(shí)各傳輸線路均采用具有抗干擾能力的雙層屏蔽線路，減少外界電磁信號(hào)對(duì)傳輸過(guò)程的影響。

為了提高對(duì)變頻器輸出信號(hào)穩(wěn)定性的監(jiān)測(cè)，在系統(tǒng)中增加了一個(gè)變頻控制器監(jiān)測(cè)模塊，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 變頻器監(jiān)控模塊示意圖

通過(guò)該變頻監(jiān)控模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)變頻器控制信息的實(shí)時(shí)顯示，將各類關(guān)鍵數(shù)據(jù)以圖表、曲線的模式顯示在控制端，便于監(jiān)測(cè)人員的及時(shí)觀測(cè)，同時(shí)系統(tǒng)中還具有數(shù)據(jù)報(bào)警功能，當(dāng)變頻器的輸出數(shù)據(jù)超過(guò)正常范圍后系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警并指示故障原因和位置，便于工作人員及時(shí)檢修，提升系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

4 結(jié)論

1）在風(fēng)機(jī)上增加一個(gè)接線盒，采用電信號(hào)傳輸模式，不僅能夠有效地解決引壓管凍結(jié)問(wèn)題，而且相當(dāng)于在系統(tǒng)中增加了一種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接站，能夠?qū)鬏斝盘?hào)進(jìn)行集中的處理，提升了數(shù)據(jù)處理的速度和有效性；

2）一鍵倒機(jī)控制，能夠消除了因人工控制失效導(dǎo)致的通風(fēng)安全問(wèn)題，極大地提升了倒機(jī)控制的一致性和有效性；

3）在系統(tǒng)中加入濾波電路并采用屏蔽電纜，解決了變頻器易受干擾的難題，在系統(tǒng)中增加變頻器監(jiān)控模塊，能夠自動(dòng)對(duì)變頻器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)報(bào)警，提升了運(yùn)行穩(wěn)定性。