煤礦巷道通風機集中控制系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用

＊馬衛(wèi)斌

（晉能控股煤業(yè)集團煤峪口礦供電科 山西 037003）

1.概述

煤礦開采的自動化技術(shù)逐漸提高，對于配套設(shè)備的自動化控制及可靠性提出了更高的要求。通風機是礦井巷道常用的通風設(shè)備，進行巷道通風可以提供新鮮空氣，并排出礦井巷道內(nèi)的有害氣體，保證煤礦開采的安全[1]。在煤礦的開采作業(yè)中，通常情況下需要多臺通風機進行同時工作，保證巷道通風的連續(xù)性。通風機工作的可靠性決定了礦井巷道通風的安全性，對多臺通風機進行集中的同步控制對保證井下的作業(yè)安全具有重要的意義。

2.通風機集中控制系統(tǒng)整體方案

對煤礦巷道內(nèi)的多臺通風機進行集中控制，控制系統(tǒng)要具備完整的信號檢測、故障保護、人機交互及通訊功能。信號檢測包括控制系統(tǒng)可以采集系統(tǒng)內(nèi)的電壓、電流等常規(guī)運行信號及運行環(huán)境的瓦斯等危險氣體濃度信號，采樣信號準確可靠，能夠反映通風機的運行狀態(tài)及運行環(huán)境，從而制定相應(yīng)的故障保護設(shè)置[2]。系統(tǒng)的故障保護功能主要包括漏電保護、電流保護及電壓保護，對系統(tǒng)的短路、過載等進行動作，并采用電壓保護，提高電壓的穩(wěn)定性并保證系統(tǒng)的工作處于額定狀態(tài)。人機交互是指依據(jù)礦井內(nèi)的實際工況，對通風機的運行參數(shù)進行不同的設(shè)置，及時適應(yīng)工作環(huán)境的變化并對運行參數(shù)及狀態(tài)進行實時的顯示。通訊同能是通過集中控制系統(tǒng)實現(xiàn)對礦井巷道的安全監(jiān)測，是煤礦自動化開采的體現(xiàn)[3]。依據(jù)集中控制系統(tǒng)的功能，依據(jù)某煤礦的通風機設(shè)置，設(shè)計集中控制系統(tǒng)的框圖如圖1所示。

圖1 集中控制系統(tǒng)框圖

在圖1所示的框圖中，CPU作為系統(tǒng)的中央處理器，是集中控制系統(tǒng)的核心；INVERTER作為變頻器，進行礦井危險氣體排放的變頻實現(xiàn)；EM231是模擬量的處理模塊，對系統(tǒng)采集的模擬量信號進行處理；EM277是通訊模塊，實現(xiàn)系統(tǒng)的通訊；VS是電壓檢測的單元，對系統(tǒng)內(nèi)的運行電壓進行監(jiān)測及維穩(wěn)；FIS是功能信號輸入，實現(xiàn)人機對系統(tǒng)運行的調(diào)整；DPS是輸入單元，對系統(tǒng)輸入額定的運行參數(shù)；CS是電流的監(jiān)測單元，對系統(tǒng)內(nèi)的運行電流進行監(jiān)測；ELLS是漏電保護單元，實現(xiàn)系統(tǒng)的電纜絕緣保護；MB作為保護主板，實現(xiàn)電流的保護；DM是繼電器的驅(qū)動模塊，對系統(tǒng)的繼電器進行控制；CRS是接觸器返回，接收返回的信號；PLC依據(jù)信號的有無來確定通風機的運行狀態(tài)；LCD顯示器對系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行動態(tài)的實時顯示，便于對運行狀態(tài)進行監(jiān)控[4]。

CPU輸入輸出包含模擬量和數(shù)字量信號，由于煤礦環(huán)節(jié)惡劣，采用抗干擾能力強的PLC作為中央控制器，采用西門子S7-200系列PLC，CPU226作為主控模塊，依據(jù)系統(tǒng)需求，選擇CPU配置見表1所示。

表1 CPU系統(tǒng)配置

控制系統(tǒng)的變頻器是進行危險氣體排放的控制設(shè)備，其穩(wěn)定性對于系統(tǒng)的控制安全具有重要的影響，對于通風機進行控制，其過載和調(diào)速精度要求不高，采用U/F控制方式，可以降低控制的成本[5]。采用CHF系列的通用變頻器，采用485接口與PLC進行通訊，變頻器的主要參數(shù)見表2所示。

表2 變頻器的運行參數(shù)

3.通風機集中控制系統(tǒng)的控制方式

對于集中控制系統(tǒng)的控制方式，由于電氣設(shè)備之間的組合應(yīng)用，在進行操作時，要保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性及易操作，能夠根據(jù)礦井內(nèi)的通風情況進行實時的調(diào)整，及時進行危險氣體的排放，保證礦井的作業(yè)安全。多通風機控制系統(tǒng)采用幾種不同的控制方式實現(xiàn)系統(tǒng)的控制功能，包括自動控制、手動控制、空載測試控制及直接啟動控制[6]。

自動控制方式如圖2所示，系統(tǒng)啟動后，接觸器1、2吸合，通過變頻器控制電動機軟啟動，PLC檢測巷道內(nèi)的危險氣體濃度值，依據(jù)不同的濃度參數(shù)，自動調(diào)整通風機的轉(zhuǎn)速，對礦井內(nèi)部實現(xiàn)通風；在運行過程中，PLC檢測各通風機的運行參數(shù)，當有故障出現(xiàn)時，相應(yīng)的接觸器自動跳閘，并由報警器進行報警。當有故障發(fā)生時，處于備用狀態(tài)的通風機自動進行軟啟動，礦井內(nèi)依據(jù)通風機的運行設(shè)定相應(yīng)的危險氣體傳感器如圖3所示，其中F表示局部的單臺通風機。

圖2 集中控制系統(tǒng)的主接線圖

圖3 巷道內(nèi)危險氣體檢測傳感器布置

手動控制模式是在氣體檢測傳感器發(fā)生故障時，則系統(tǒng)可停止運行發(fā)出報警通知。在手動控制模式下，工作人員可手動調(diào)整變頻器的頻率，實現(xiàn)通風機的轉(zhuǎn)速調(diào)整，進而對通風機的通風狀態(tài)進行調(diào)整?？蛰d測試控制模式是在故障檢修完成后，利用空載的功能進行效果的核驗，在空載測試控制的模式下，系統(tǒng)的主回路電源切斷，控制系統(tǒng)實現(xiàn)不經(jīng)啟動而實現(xiàn)集中控制系統(tǒng)的檢測。在自動控制的模式下，兩套集控系統(tǒng)產(chǎn)生故障無法進行自動轉(zhuǎn)換時，會進行報警，提醒作業(yè)人員進行系統(tǒng)的檢修。同時，可以選擇一套控制系統(tǒng)設(shè)定為直接啟動控制，按下啟動按鈕后，通風機實現(xiàn)額定狀態(tài)下運轉(zhuǎn)。此時的系統(tǒng)處于無保護狀態(tài)，應(yīng)對保障系統(tǒng)進行及時的檢修，進行空載測試后，停止運行中的系統(tǒng)，設(shè)定為自動啟動方式，集中控制系統(tǒng)恢復(fù)自動控制方式。

4.總結(jié)

通風機的運行能夠為煤礦巷道提供新鮮的空氣，將有害的危險氣體排出。采用多通風機集中控制系統(tǒng)，能夠依據(jù)礦井內(nèi)各位置的工況不同，實現(xiàn)對通風機運行狀態(tài)的調(diào)整。集中控制系統(tǒng)的功能完善，能夠?qū)崿F(xiàn)測量、變頻、保護及通訊等功能，實現(xiàn)對通風機的智能化控制，從而可以為煤礦的井下安全提供保障，實現(xiàn)煤礦的安全生產(chǎn)。