淺談超開角智能風(fēng)門系統(tǒng)設(shè)計

李勇，孫方

（北京天地華泰礦業(yè)管理股份有限公司，北京 100000）

風(fēng)門是礦井通風(fēng)的重要保障設(shè)施，是通風(fēng)安全不可缺少的一道關(guān)口。為了保障礦井通風(fēng)安全，煤礦井下需要構(gòu)筑許多風(fēng)門。東溝煤礦井下風(fēng)門多為傳統(tǒng)的正反雙向開啟的手動無壓風(fēng)門，聯(lián)鎖裝置采用配重式連鎖。這種風(fēng)門具有正反雙向控風(fēng)的優(yōu)點，不必再安設(shè)反向風(fēng)門，安裝沒有方向要求。缺點是兩扇風(fēng)門靠配重實現(xiàn)密閉與連鎖，兩扇風(fēng)門之間的密封條易損壞。開啟力與配重有關(guān)，配重重量大開啟不便，配重重量小時風(fēng)門密封不嚴實，開啟角度達不到90°，車輛通行容易碰撞風(fēng)門等問題。隨著煤礦自動化、智能化建設(shè)的加快，這種風(fēng)門已經(jīng)不能滿足要求，為此特提出超開角智能無壓風(fēng)門系統(tǒng)的設(shè)計。

1 國內(nèi)礦井風(fēng)門的發(fā)展現(xiàn)狀

我國早期煤礦大多數(shù)使用木質(zhì)風(fēng)門，隨著煤礦行業(yè)發(fā)展，木質(zhì)風(fēng)門基本被鐵質(zhì)風(fēng)門替換，但由于煤礦井下風(fēng)壓大，造成風(fēng)門開啟困難，行人、行車通過風(fēng)門時風(fēng)門關(guān)閉速度快，易出現(xiàn)風(fēng)門碰車碰人事故。隨著無壓風(fēng)門的發(fā)展，煤礦井下基本杜絕了風(fēng)門碰車碰人的事故。但還是存在風(fēng)門開啟角度達不到90°，風(fēng)門閉鎖不可靠現(xiàn)象，給煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)造成了隱患；在煤礦生產(chǎn)過程中，目前大多都是手動風(fēng)門，自動化程度低，車輛（人員）通過時要人力開關(guān)風(fēng)門，運輸效率低。不能滿足煤礦自動化、智能化發(fā)展需求。

2 超開角智能無壓風(fēng)門系統(tǒng)設(shè)計

2.1 超開角智能無壓風(fēng)門系統(tǒng)的主要設(shè)計內(nèi)容

（1）超開角智能無壓風(fēng)門系統(tǒng)總體方案的設(shè)計；（2）門體及傳動系統(tǒng)設(shè)計；（3）超開角智能無壓風(fēng)門系統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計。

2.2 超開角智能無壓風(fēng)門系統(tǒng)的組成及工作原理

超開角智能無壓風(fēng)門系統(tǒng)采用智能化、控制功能強的PLC，車輛（人員）位置檢測系統(tǒng)、中文語音提示系統(tǒng)、紅綠燈信號指示系統(tǒng)及自動下垂連鎖裝置，配置超開角無壓風(fēng)門來實現(xiàn)風(fēng)門的自動化、智能操作。超開角智能無壓風(fēng)門系統(tǒng)工作原理如下圖所示：

超開角智能無壓風(fēng)門系統(tǒng)安裝在控風(fēng)巷道中，有兩個風(fēng)門A和B。如上圖所示車（人）到達風(fēng)門A時，系統(tǒng)識別后進入開啟模式，風(fēng)門A開啟，同時發(fā)出語音“風(fēng)門A開啟，請等待”。待風(fēng)門A開啟時風(fēng)門B自動下垂連鎖裝置同時生效。風(fēng)門A開啟后，傳感器接收信號，同時發(fā)出語音“風(fēng)門A已開啟，請通行”。車（人）通過風(fēng)門A后，系統(tǒng)識別后關(guān)閉風(fēng)門A。風(fēng)門A關(guān)閉后，車（人）到達風(fēng)門B后，過程同前。如果車（人）由風(fēng)門B方向通行，過程一樣。

遠程控制時，通過可視化視頻系統(tǒng)，監(jiān)測到車（人）到達風(fēng)門A，調(diào)度中心值班人員可操控電腦，打開風(fēng)門A，讓其通行。通過后，遠程關(guān)閉風(fēng)門A。通過風(fēng)門B時，過程一樣，均是由調(diào)度中心值班人員遠程操控。

手動操作下，車輛（人員）需要通過風(fēng)門時，從A門進入，將按CK1觸控傳感器（開），A門自動打開，開門到位后，自動停止位置，通過風(fēng)門A后，通過操作CK2觸控傳感器（關(guān)），關(guān)閉風(fēng)門，到位后，自動停止，如不按CK2，延遲一段時間后，自動關(guān)門。到達風(fēng)門B后，按動CK3（開），B門自動打開，開門到位后，自動停止，按動CK4（關(guān)），關(guān)閉風(fēng)門B，到位后自動停止位置，如不按CK4（關(guān)），延遲一段時間自動關(guān)閉。當(dāng)控制系統(tǒng)及氣動執(zhí)行機構(gòu)出現(xiàn)故障失效時，可以打開氣動執(zhí)行機構(gòu)的泄壓閥后，人力開啟風(fēng)門。遠程控制時，利用可視化系統(tǒng)，在調(diào)度室遠程操控風(fēng)門開啟關(guān)閉。

2.3 門體及傳動系統(tǒng)設(shè)計

超開角手自無壓風(fēng)門是由門框、門扇、密封條、拉簧、鏈輪、鏈條、油缸、自動下垂連鎖組成。

門框、門扇均由不銹鋼材制成，密封條由礦用橡膠密封帶制成，安裝在門扇四周。拉簧使用高強度彈簧，一端固定在門框另一端固定在門扇上。鏈輪采用高強度鏈輪，直徑不小于100mm，齒高不小于30mm，鏈條同樣采用高強度且與鏈輪相匹配。油缸采用直徑不小于50mm，行程不小于800mm，壓力0.4～0.6MPa，帶泄壓閥的氣動油缸。

自動下垂連鎖由直徑不小于5mm，高強度鋼絲、銷軸，厚度不小于30mm的Q335鋼板組成。自動下垂連鎖鋼絲線與連鎖鋼板連接，經(jīng)過風(fēng)門上安裝的導(dǎo)向輪經(jīng)預(yù)留口與另一道風(fēng)門的鏈條連接，以此實現(xiàn)風(fēng)門連鎖。

門扇與門框連接采用新設(shè)計，取消以前銷軸式連接，改用伸出式連接。使風(fēng)門的開啟角度遠大于90°。且在人力開啟時，開啟角度達到90°風(fēng)門便不再自行關(guān)閉，開啟角度小于90°時，風(fēng)門自動關(guān)閉。

圖1 超開角手自無壓風(fēng)門系統(tǒng)工作原理圖

圖2 超開角手自無壓風(fēng)門示意圖

2.4 超開角智能無壓風(fēng)門系統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計

（1）超開角智能無壓風(fēng)門控制系統(tǒng)由PLC控制器，各類傳感器、檢測裝置等組成。

（2）PLC采用計算機結(jié)構(gòu)，由中央處理單元、存儲器輸入輸出接口電路、總線單元和電源單元等組成。

圖3 PCL的基本結(jié)構(gòu)框圖

（3）井下控制系統(tǒng)可接入地面調(diào)度總控系統(tǒng)，并安裝遠程監(jiān)視視頻系統(tǒng)和遠程控制系統(tǒng)。

3 超開角智能無壓風(fēng)門系統(tǒng)實施效果及經(jīng)濟效益

超開角智能無壓風(fēng)門系統(tǒng)在煤礦應(yīng)用上，可以解決煤礦井下風(fēng)門自動化、智能化水平低，運輸效率低，聯(lián)鎖裝置不可靠，可以實時監(jiān)控風(fēng)門狀況，進行遠程控制，大大提高了煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)的自動化、智能化水平，保障了風(fēng)門的可靠性，通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定，使煤礦整體效益大幅提升。超開角智能無壓風(fēng)門系統(tǒng)的設(shè)計完全符合《煤礦安全規(guī)程》要求，系統(tǒng)穩(wěn)定，故障率小、電器元件設(shè)備均為本型設(shè)備，無大功率電氣設(shè)備，提高了超開角智能無壓風(fēng)門系統(tǒng)的安全性。

4 超開角智能無壓風(fēng)門系統(tǒng)主要創(chuàng)新點

（1）超開角智能無壓風(fēng)門系統(tǒng)開啟關(guān)閉完全實現(xiàn)自動化，無須手動操作，提高了運輸效率，并可避免車輛撞壞風(fēng)門事故的發(fā)生，確保了運輸安全。

（2）重新設(shè)計的自動下垂連鎖裝置，將連鎖裝置故障率大幅度降低，取代了傳統(tǒng)的繩索閉鎖、機械閉鎖裝置，杜絕了兩道風(fēng)門同時開啟的可能，確保通風(fēng)安全。

（3）超開角智能無壓風(fēng)門系統(tǒng)設(shè)有停車線，開、關(guān)門傳感器，聲光語音報警箱，大幅度防止車輛碰撞風(fēng)門、風(fēng)門夾人等事故的發(fā)生，確保車輛（人員）的通行安全。

（4）超開角智能無壓風(fēng)門系統(tǒng)設(shè)計安裝手動防爆磁控開關(guān)，光電脈沖感應(yīng)失效后可隨時開關(guān)風(fēng)門。

（5）超開角智能無壓風(fēng)門系統(tǒng)的傳動系統(tǒng)設(shè)計安裝手控泄壓開關(guān)，出現(xiàn)停電后，可隨時人力開關(guān)風(fēng)門。

（6）超開角智能無壓風(fēng)門系統(tǒng)設(shè)計安裝聲光語音報警器，隨時廣播風(fēng)門開閉狀況，提示人員車輛順利通過。

（7）風(fēng)門紅外傳感器采用反應(yīng)靈敏、抗干擾性強的紅外傳感器，確保系統(tǒng)的高靈敏度，控制器采用高性能PLC控制器及遠程數(shù)字通訊技術(shù)，抗干擾性能好。

（8）超開角智能無壓風(fēng)門系統(tǒng)還可以與地面調(diào)度室連接，安裝遠程視頻監(jiān)控與控制系統(tǒng)。

5 結(jié)語

綜上所述，本文結(jié)合東溝煤礦井下風(fēng)門的一系列缺點如風(fēng)門連鎖裝置故障率高、開啟角度小、車輛通行容易碰撞風(fēng)門，自動化、智能化水平低等實際情況提出了超開角智能無壓風(fēng)門系統(tǒng)設(shè)計，解決了上述問題，并提升了風(fēng)門系統(tǒng)的可靠性、自動化、智能化程度，值得在其他項目中參考應(yīng)用。