礦井主通風機自動化控制系統(tǒng)

文/李小紅

礦井主通風機的主要作用是實現(xiàn)礦井內(nèi)外的空氣置換，即排除礦井中的有毒有害氣體，并將礦井外的新鮮空氣輸送到礦井之中，從而保障礦井安全作業(yè)，保護井下工人的生命安全。同時，如今科學技術(shù)迅速發(fā)展的背景下，自動化控制技術(shù)在各行各業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，礦井主通風機應(yīng)用自動化控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)主通風機工作效率的提高，從而為保障礦井安全生產(chǎn)做出更好的貢獻。

1 礦井主通風機的常見類型及其原理

礦井主通風機主要是向需風地點進行供風，對礦井主通風機的工作原理進行分析，從能量轉(zhuǎn)換角度來看，礦井主通風機是將機械能轉(zhuǎn)化為氣體能量的一種設(shè)備。就現(xiàn)階段來說，比較常用的礦井主通風機有離心式通風機、軸流式通風機兩種類型。

1.1 離心式通風機的組成及其工作原理

離心式通風機是目前礦井中比較常用的一種主通風機。其主要由葉輪、機殼兩個部分組成。小型通風機一般是在電動機上安裝葉輪，而中大型通風機多是通過皮帶或者是聯(lián)軸器與電動機進行連接。離心式通風機通常情況下是單側(cè)進氣，所以多應(yīng)用單級葉輪子。在流量較大的情況下，離心式通風機需要雙側(cè)進氣。如圖1所示。

從工作原理方面來看，離心式通風機主要是利用傳動裝置，帶動葉輪持續(xù)旋轉(zhuǎn)，同時在葉片旋轉(zhuǎn)的過程中，葉片流道之間的空氣產(chǎn)生離心力，通過葉端被拋出葉輪，進入機殼。受到一定差壓的影響，進風口的風流從葉根進入葉道，并從葉端流出，從而形成連續(xù)流動。

1.2 軸流式通風機的組成及其工作原理

軸流式通風機也是目前礦井中比較常用的一種主通風機。其主要由機殼、葉輪、流線體、集流器、擴散筒以及傳動部件等部分組成。其中最主要的部件便是葉輪，葉片通常為2～24片，在輪轂上呈均勻分布，葉片之間的角度為10～45度，葉片數(shù)量越多，風壓也就越高。軸流式通風機通常是利用鋼板焊接或鉚接的方式，其工作原理是，在動力機的驅(qū)動作用之下，圓筒形機殼內(nèi)葉輪不斷旋轉(zhuǎn)，促使氣體在集流器中進入，隨著葉輪速度、壓力的不斷提高，使氣體沿軸向排出。如圖2所示。

2 礦井主通風機控制形式

礦井主通風機自動化控制系統(tǒng)可以采取以下幾種形式運行：

2.1 就地控制

可以在現(xiàn)場利用觸摸屏進行操作，其穩(wěn)定性較好，是最可靠的一種運行形式。

2.2 遠程控制

即在另外一個地方來遠程遙控電機。遠程控制形式在很大程度上受到線路影響，與就地控制相比，遠程控制的反應(yīng)時間較長，但其也有著良好的穩(wěn)定性，若采用光纜進行信息傳遞，則可以保障電機的正常運行。

2.3 自動控制

從本質(zhì)上來說，自動控制也是一種遠程控制，但是其無需人工操作，且可以實現(xiàn)通風機的自動運行。采取自動控制形式，若是通風機發(fā)生故障，便可以自動發(fā)出停機指令，同時啟動備用通風機。

3 礦井主通風機自動化控制系統(tǒng)的構(gòu)成

礦井主通風機自動化控制系統(tǒng)主要由通風系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)以及中央控制系統(tǒng)三個部分組成。

3.1 通風系統(tǒng)

其主要利用變頻器，來改變礦井主通風機中電機的轉(zhuǎn)速，并以此來對礦井中的風量、風速進行控制，同時其可以自動調(diào)節(jié)，無需人工參與。國外諸多國家甚至可以借助傳感器，來感知礦井內(nèi)的溫濕度，并以此為根據(jù)，對.礦井主通風機的電機轉(zhuǎn)速進行合理調(diào)節(jié)，便可以改善礦井中的環(huán)境。

3.2 傳感器系統(tǒng)

其主要分為風量傳感器、風量控制單元傳感器、溫度變化傳感器、風的壓強傳感器、有毒氣體變化傳感器等多種不同的類型。傳感器主要通過改變風門角度，來實現(xiàn)風量控制目的，同時由地面控制臺來決定風門角度大小。

3.3 中央控制系統(tǒng)

其為礦井主通風機自動化控制系統(tǒng)的核心部分，其主要借助微型計算機，來收集、整理礦井中的數(shù)據(jù)，并以這些數(shù)據(jù)作為根據(jù)，計算礦井所需通風量。計算機存在諸多接口，因此擴展能力非常強。對礦井主通風機實施自動化控制時，精度高、反應(yīng)速度快，同時除控制風速、風量之外，中央控制系統(tǒng)還可以對礦井實際情況進行監(jiān)督、報警，從而有利于保障礦井生產(chǎn)安全。

4 礦井主通風機自動化控制系統(tǒng)的工作方式

礦井主通風機自動化控制系統(tǒng)中，為實現(xiàn)其反應(yīng)速度的提高，需要結(jié)合變頻器、PLC，來實現(xiàn)對異步電機變頻的控制，并進行調(diào)速。通常來說，PLC主要借助開關(guān)指令及模擬量方式來實現(xiàn)控制。

4.1 開關(guān)指令

開關(guān)指令控制方式指的是，將PLC與繼電器節(jié)點連接起來，獲取系統(tǒng)的運行狀態(tài)。同時，以變頻器的活動數(shù)據(jù)為根據(jù)，也可以控制電機的啟停。但是這種方式僅適用于無需電機連續(xù)變速的場合。

4.2 模擬量方式

圖1：離心式通風機及其結(jié)構(gòu)簡圖

圖2：軸流式通風機及其結(jié)構(gòu)簡圖

變頻器的輸入信號不同，主要分為模擬信號、數(shù)字信號兩種類型。模式信號可通過A/D模塊轉(zhuǎn)換，進而輸出4～20毫安的電流或者0～10伏的電壓。將信號傳輸給變頻器的輸入端，然后控制變頻器的頻率，從而使其成為模擬數(shù)據(jù)的有效控制方式。但是，其僅適用于變頻器與PLC距離較小的場合。

5 礦井主通風機自動化控制系統(tǒng)的功能

礦井主通風機自動化控制系統(tǒng)的功能諸多，主要包括：

（1）可以顯示礦井主通風機運行過程中的相關(guān)參數(shù)及運行狀態(tài)特性，還可以利用監(jiān)控模擬系統(tǒng)對礦井相關(guān)工作界面實施監(jiān)督。

（2）故障發(fā)生后，自動化控制系統(tǒng)可以分辨是停電故障還是故障報警，并發(fā)出指令，若是警報故障，則可以記錄該故障，為后續(xù)提供有效的參考。

（3）對歷史運行參數(shù)、現(xiàn)在運行中的參數(shù)均可以記錄下來，同時具備打印功能，一旦出現(xiàn)故障，則可以對故障原因記錄自動進行打印。

（4）可以采取兩種方式來進行主通風機的開關(guān)機，也就是手動開關(guān)機、自動開關(guān)機，同時，高壓柜、勵磁柜還可以被遙控。

（5）主通風機開機后，風道風門可以自動倒換。

（6）在線巡查時，可以將各倒機風門絞車及反風風門絞車運行情況等正確顯示出來。

（7）礦井主通風機自動化控制系統(tǒng)可以依靠自身來判斷勵磁點煙、勵磁電流是否準確，出現(xiàn)開車指示時，選擇是自動開車還是手動開車。

（8）礦井主通風機自動化控制系統(tǒng)的自控功能良好，若運行過程中風機發(fā)生故障問題，則10秒的時間內(nèi)備用電機便可以啟動，以確保礦井主通風機的正常運行。

（9）礦井主通風機自動化控制系統(tǒng)具有遠程網(wǎng)絡(luò)接口，可以通過網(wǎng)路與礦井控制中心直接連接，從而實現(xiàn)遠程監(jiān)測、控制。

6 結(jié)語

綜上所述，礦井生產(chǎn)過程中，通風機發(fā)揮著重要的作用，直接影響著礦井生產(chǎn)的安全性，必須給予高度重視，并應(yīng)用自動化控制系統(tǒng)，實現(xiàn)通風機的安全、穩(wěn)定運行，充分發(fā)揮通風機的作用，改善礦井生產(chǎn)環(huán)境。