自動化控制在礦井通風機中的應用

林麗影

（中國平煤神馬集團十一礦，河南 平頂山 467500）

0 前言

礦井通風一直是礦井生產(chǎn)的重中之重。而高性能主扇風機是保證礦井正常通風的基礎(chǔ)。目前，國內(nèi)礦井使用的風機大多是軸流式通風機。一直以來，主扇風機雖經(jīng)歷不斷的改進，但還是不能實現(xiàn)完全的自動化，效率也都不高。據(jù)某煤炭公司對148 臺礦井主通風機的調(diào)查，運行效率在70%以上的僅占10%左右；運行效率低于55%的竟達59%。這主要是受主扇風機高可靠性要求的制約，一般技術(shù)很難達到。本文要介紹的是用機電自動測控技術(shù)來實現(xiàn)礦井風機操作的自動化，該風機效率能達到70%左右，其在平煤股份十一礦中央風井得到了成功的應用。

1 問題的提出

平煤股份十一礦通風方式為抽出式，原來只有一個南風井主扇，裝備有兩臺對旋軸流式通風機。整個操作過程全部用人力完成，不僅復雜，并且容易誤操作。葉片角度事先調(diào)節(jié)為固定角度，以致風機啟動時帶有負荷，經(jīng)常發(fā)生啟動不了的現(xiàn)象。且風門在打開的時候容易因為操作失誤造成過卷事故。一旦要求調(diào)節(jié)葉片角度時，更是非常麻煩，需要人工一片一片的調(diào)，不僅費時而且費力。這些問題已經(jīng)制約了該礦生產(chǎn)能力的進一步提高，因此新建一個用自動化技術(shù)控制的風井就顯得極為重要。2012 年，十一礦經(jīng)過技術(shù)改造，新建中央回風立井，作為礦井新水平的專用回風井，主扇裝備兩臺1250kW 的單級軸流式通風機，該風機的操作可全部實現(xiàn)自動化控制。

2 自動化控制風機的優(yōu)點

自動化控制的通風機具有結(jié)構(gòu)簡單、操作維護方便等優(yōu)點，它的操作可以全部在電腦上完成，包括風機的啟動、打開風門、調(diào)節(jié)葉片角度甚至于一鍵全自動倒機，都可以在電腦上完成，不僅節(jié)省了大量的時間，而且操作準確無誤。自動化控制的通風機整個倒機過程不到3分鐘就能完成，為礦井改擴建增產(chǎn)計劃提供了通風保證。另外，自動化控制的通風機除可以在電腦上實現(xiàn)對風機的操作之外，還可以從電腦畫面上實時監(jiān)控各個參數(shù)值的變化，當風機的某一部件運行不正常，其參數(shù)接近報警值時，監(jiān)控系統(tǒng)會出現(xiàn)報警信號，對一些不影響通風機正常運行的故障，監(jiān)控系統(tǒng)只進行報警，不對通風機進行控制，對于一些影響通風機正常運行的故障，監(jiān)控系統(tǒng)會先發(fā)出預警，經(jīng)過一段延時之后作用于通風機，進行跳閘，停止電機運轉(zhuǎn)，起到保護通風機的作用。

3 風機的機械結(jié)構(gòu)

平煤股份十一礦中央風井所用的通風機為北京豪頓華公司生產(chǎn)的ANN-2884/1400N 型單級軸流式通風機，它由冷卻系統(tǒng)-水泵，傳動系統(tǒng)-液壓站、電機，執(zhí)行機構(gòu)-風筒、風帽、風門、葉輪等部分組成。風機靜止部件穩(wěn)定可靠，葉輪機殼與葉輪尖端之間的間隙很小，可保證較高的效率。葉輪經(jīng)過仔細選材和部件設(shè)計，可確保風機壽命長，運行可靠。風門采用百葉窗式的構(gòu)造，開啟風門時完全不用擔心會出現(xiàn)過卷。風機的葉片是用不銹鋼制作的，即便是長時間不打開風機，葉片也不會發(fā)生銹蝕。

風機性能是基于礦井負荷，通過總控制系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)的。控制系統(tǒng)將設(shè)定點的調(diào)節(jié)信號直接傳給安裝在風機外的電動調(diào)節(jié)執(zhí)行器上。電動調(diào)節(jié)執(zhí)行器將此信號轉(zhuǎn)換成擴散筒外調(diào)節(jié)臂的機械運動。調(diào)節(jié)臂帶動風機內(nèi)部的驅(qū)動裝置，從而驅(qū)動了連接在驅(qū)動裝置處的液壓裝置，這樣就實現(xiàn)了葉片角度的調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)方式不僅降低了勞動強度，節(jié)約了人力，提高了勞動效率，并且調(diào)節(jié)的角度也更加的準確。

4 風機的電控部分

平煤股份十一礦中央風井所用的風機監(jiān)控系統(tǒng)為上海普昱公司開發(fā)的PYFK-1/2000 型風機監(jiān)控系統(tǒng)。它由2 臺PLC 控制柜以及若干壓力、溫度檢測器組成。PLC 控制柜內(nèi)置處理器CPU、嵌入組態(tài)軟件，可以監(jiān)控互備的兩套風機的運行狀態(tài)。這種監(jiān)控系統(tǒng)具有極高的先進性，對礦井通風系統(tǒng)的安全運轉(zhuǎn)及高效工作提供了有力的保障。

該風機監(jiān)控系統(tǒng)具有自動、手動和檢修三種工作方式，正、反轉(zhuǎn)運行兩種通風方式；能夠?qū)︼L門電動執(zhí)行機構(gòu)、葉片調(diào)節(jié)機構(gòu)和制動機構(gòu)進行控制，并可檢測其位置信號；能夠?qū)χ麟姍C起動柜的正、反向運行進行控制，對一次回路和故障狀態(tài)進行監(jiān)視；能夠與高壓綜合保護裝置通訊，實現(xiàn)對高壓開關(guān)柜的遙測、遙控、遙信；能夠?qū)ν絼畲烹姍C的勵磁系統(tǒng)實現(xiàn)分勵、投勵控制和故障檢測；能夠?qū)︼L機的喘振、振動信號進行檢測并實現(xiàn)保護；另外，它具備自動、手動及遠程三種操作方式；能夠完成對高壓系統(tǒng)的有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率、電壓、電流數(shù)據(jù)，電機定子的三相繞組溫度、軸端軸承溫度信號，及風機的主軸承溫度信號等的監(jiān)測；還能夠?qū)︼L機配套的液壓泵、水泵所屬電機、加熱器進行控制，并對其相關(guān)的油溫、油位、壓力、流量信號進行檢測和保護；能夠?qū)崟r顯示、記錄所有的監(jiān)測對象，繪制歷史曲線，并提供歷史數(shù)據(jù)的查詢；能夠根據(jù)監(jiān)測到的負壓、差壓、溫度信號，計算風機的風量，繪制實時的風機特性曲線、功率風量曲線、綜合效率曲線，并提供歷史數(shù)據(jù)查詢；能夠?qū)崟r顯示系統(tǒng)的報警信息，實時報警打印，并提供報警歷史信息的查詢；該風機監(jiān)控系統(tǒng)還能實現(xiàn)一鍵全自動倒機，一鍵倒機具有“故障倒機”和“時間倒機”兩種方式，當選擇“故障倒機”時，一旦運行風機發(fā)生故障，備用風機可以自動投入運行，當選擇“時間倒機”時，一旦運行時間達到設(shè)定時間，監(jiān)控系統(tǒng)就自動進行倒機，這些操作都不需要操作人員的干預，監(jiān)控系統(tǒng)可以自動完成。另外，該風機監(jiān)控系統(tǒng)還能與工業(yè)以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠傳、遠程監(jiān)控等功能。

以下是該風機監(jiān)控系統(tǒng)工作的流程圖（圖1）：

圖1

5 應用效果

平煤股份十一礦中央風井主要通風機從安裝到掛網(wǎng)投運，整個過程比較順利，且調(diào)試基本上都很成功，并且操作簡便，投運至今沒有出現(xiàn)一次誤動作。該風機投入正常運轉(zhuǎn)后，礦井主要通風機運行效率明顯提高，從以前的50%提高到70%以上。并且還降低了單位運行能耗，提高了風量，減少了維修次數(shù)，使礦井的通風系統(tǒng)可靠性有了顯著提高，從而為礦井的安全生產(chǎn)提供了可靠的保證。

不過經(jīng)過一年多的運轉(zhuǎn)，風機在在運行過程中也發(fā)現(xiàn)了一些問題，如：出現(xiàn)風機不停，葉片角度回零，造成空轉(zhuǎn)現(xiàn)象；以及PLC 死機，通訊中斷，監(jiān)測畫面數(shù)據(jù)無變化等情況。

針對這些問題提出以下建議：

（1）需要配備2 名專業(yè)的主扇司機，責任心強，熟悉風機的各種性能參數(shù)，實時通過電腦系統(tǒng)對風機進行監(jiān)控，出現(xiàn)異常及時匯報處理。

（2）加強對PLC 柜、通訊模塊、工控機等自動化設(shè)備的檢查維護，定期除塵，減少電氣故障。

（3）增加葉片角度減小、風量減少等參數(shù)的報警設(shè)置，當葉片角度減少或者風量減少達到10%時，監(jiān)控系統(tǒng)自動進行聲光報警，提醒司機及時進行角度回調(diào)。

6 結(jié)束語

總之，自動化控制在礦井通風機中的應用，使得煤礦通風系統(tǒng)具有故障率低、維護量小、可靠性高、精度高等優(yōu)點。因此，把自動化控制的先進技術(shù)應用到煤礦的通風系統(tǒng)中，既提高了工作效率，又保證了礦井安全，實踐證明具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

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