礦井主通風機自動化控制系統的研究

何光建

摘 要：礦井的通風機是用來交換礦井中與礦井外空氣的，并向礦井中輸送新鮮的空氣，排除有害的氣體，這樣礦井的安全生產才能得到保證。但是國內外的通風機都是靠人工對其進行監測，由于人工難免出現失誤，所以研究如何把自動化的技術應用于通風機中是十分必要的。

關鍵詞：礦井；主通風機；自動化；控制系統

1自動化控制技術原理

煤礦主通風機自動化控制系統主要由傳感器系統、通風系統和中央控制系統三大部分組成。傳感器系統包括風壓傳感器、風量傳感器、溫度傳感器、有毒氣體濃度傳感器、分量調節單元等傳感器組成，傳感器在信號傳輸的過程中可以采用時分制和頻分制兩種不同的方式。在煤礦上可以通過改變風門的角度來調節通風機的風量，風門開度的大小通過地面控制室來控制。通風系統還可以通過變頻器改變通風機電機的轉速來實現礦井內風速和風量的自動調節。在國外還可以通過傳感器對礦井內局部溫度或者氣體濃度的檢測來控制局部通風機的運轉。中央控制系統則是采用微型計算機完成對監控站的數據進行采集和整理，并根據礦井的需要動態控制通風量。計算機具有接口多，擴展能力強等一系列優點，在煤礦風機的自動化控制過程中具有反映速度快，控制精度高的特點。

2礦井主通風機工作原理

2.1軸流式通風機

一般是由流線體、擴散筒、葉輪、集流器、傳動部件和機殼等部分組成，葉輪是風機的主要部件，葉片數目一般為2～24，均勻分布在輪轂上，葉片安裝角通常控制在10°～45°，并隨著葉片數量的增多風壓逐漸升高；軸流式通風機采用鋼板焊接或鉚接，動力機驅動葉輪通常是在圓筒形機殼內不斷旋轉，從而使氣體從集流器進入，葉輪能量一般是從速度和壓力的提高中獲得，最后沿軸向排出。

2.2離心式通風機

離心式通風機組成部分包括機殼、葉輪，小型通風機的葉輪一般會安裝到電動機上，而對于中、大型通風機一般需要借助聯軸器或皮帶與電動機相連。通常情況下，離心式通風機一般單側進氣，選擇單級葉輪子。如果流量比較大時，會選擇雙側進氣。離心式通風機的工作原理是借助傳動裝置來帶動葉輪持續性旋轉，葉片流道間的空氣會在葉片旋轉過程中獲得離心力，然后通過葉端被拋出葉輪，最終進入機殼。在一定的壓差作用下，進風口的風流自葉根流入葉道，在葉端流出，從而形成連續的流動。

3通風機主系統自動化控制的方式

3.1開關的相應指令

這種方式采用的是繼電器節點與PLC連接在一起，從而獲取運行狀態。通過獲得控制變頻器進行活動的數據對電機的啟停進行控制，同時變頻器輸出頻率改變也是很重要的因素。同時因為變頻器的輸出頻率事先就是設定好的，均為固定的數值，無法對異步電機進行控制，而這種方式僅僅適用于不需要電機進行連續變換速度的場合。

3.2模擬量的控制方式

變頻器的輸入信號是不相同的，分為數字信號以及模擬信號兩種，并且模式信號可以通過A/D模塊進行轉換從而輸出0～10V的電壓或者是4～20mA的電流。將信號傳輸到變頻器的輸入端，再對控制器的頻率控制使得其成為模擬數據的控制方式。這種方式也有它自身的缺點，它只能在PLC與變頻器距離較近的情況之下使用，因而不適應礦井的通風系統的要求。

4系統具有的功能以及運行方式

4.1系統的功能

第一個功能是可以對通風機運行狀態的特性以及運行過程中所產生的參數進行顯示，同時應用監控模擬系統相應的工作的界面。第二個功能是當發生故障時要進行分辨是故障報警還是因為停電故障，同時發生指令，在警報故障之后還應該對故障進行記錄，以便以后使用。第三個功能是有著現在的運行時的參數和歷史的運行參數的相應的記錄，并且提供打印的功能，在發生故障的時候可以自己自動地打印故障原因的記錄。第四個功能是有兩種方式對機器進行開關機的行為，即為可以手動也可以自動進行開關機，高壓柜和勵磁柜還能夠被遙控。第五個功能是風道的風門在開機后可自動進行倒換的行為。第六個功能是在進行在線巡查的時候能正確顯示各個倒機風門絞車、反風風門絞車的運行的情況。第七個功能是依靠自身判斷勵磁電流和勵磁點煙是否準確，在出現開車指示的時候，可以進行手動或者是自動的開車行為。第八個功能是系統具有強大的自控功能，如果現在運行的風機出現了相應的故障，備用的風機能夠在10s之內就啟動起來。第九個功能是自動控制系統具有遠程網絡的接口，可以通過因特網直接連接到煤礦控制中心，遠程監測以及控制功能就此實現。

4.2系統的運行方式

本系統可以采用的運行方式分為以下三種。第一種是就地控制方式，可以在現場利用觸摸屏進行相應的操作，這種方式因為其具有很好的穩定性，所以它是最可靠的運行的方式。第二種是遠程控制方式，這種方式可以在另外一個地方對電機進行遙控，但是這種方式受到線路的影響，在反應時間上比上一種方式要慢，但是系統穩定性好，若采用的電線是光纜的電線來進行信息的傳遞，是可以保證風機的正常運行的。第三種是自動控制方式，這種方式從本質上來說也是遠程控制的一種，但是這種方式是在無人操作的情況之下，而且在PLC技術所監控的通風機是具有自動運行的能力的。在這種方式下，若是風機出現了故障，就能夠自動對其發出停止的指令，并且啟用備用的風機，是一種很方便的操作方式。

5結論

通風系統在煤礦生產中占有重要的地位，通風系統設計的好壞直接影響了礦井承受災害的能力以及相應的經濟效益。把自動化的技術應用到礦井通風系統中，可以對礦井的溫度以及濕度和有毒的氣體進行檢測，調控通風機的風量與風的壓強，實現了對于風的調控，從而保障了礦井安全。

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