礦用通風機控制系統性能改進分析

摘 要：我國礦產儲量豐富，礦產的開發不僅能夠為電力工程輸送源源不斷的能源，還能為其他各行業的生產帶來相應的原材料。我國自改革開放以來，大力發展采礦產業，時至今日，采礦產業已經成為我國重要的產業之一，為我國經濟建設做出了巨大的貢獻，也在一定程度上提高了人們的生活水平。在采礦過程中，礦用通風機是必不可少的，它不僅能夠將礦井下的危險氣體排出，保證井下作業人員的生命安全，還能在適當降低井下的環境溫度，在一定程度上提高了作業的舒適程度?，F如今，通風機的性能正在日漸強大，運行效率的提高也成為通風機的重要研發方向。本文以通風機的控制系統為研究對象，提出幾點改善通風機性能的方法。

關鍵詞：通風機;控制系統;性能改進

0 引言

隨著我國煤礦開采力度的加大，釆礦作業的安全性也得到了越來越多的重視。在我國提倡“安全生產”、“綠色開發”等理念之后，釆礦的安全作業要求就更上了一個層次，成為各煤礦高度重視的課題。通風機作為礦井下常用的設備之一，對礦井下維持良好的作業環境有著非常重要的作用。礦井通風機的穩定運行能夠最大限度保證礦井下空氣的通暢。不過由于礦井環境通常較為惡劣，加上通風機長時間運行，很容易因為超負荷而產生故障，導致性能下降，無法滿足當前礦井開發的需求，更嚴重的還會導致礦井下危險氣體囤積，給作業人員的人身安全帶來嚴重威脅。通風機的控制系統作為設備中非常關鍵的組成，其中的PLC控制模塊、變頻器、通訊連接模塊等多部分的性能都會影響通風機的整體表現，要想提升通風機的整體性能，需要對這些模塊進行優化設計，讓通風機在保持更長時間穩定運轉的基礎上，發揮更好的通風作用。

1 通風機控制系統的特點

礦用通風機是井下作業必不可少的設備，常用的通風機包括主通風機和輔助通風機兩個部分，通風機整體設置有一個進風口和兩個出風口?，F在普遍在礦井作業中使用的通風機結構大體相同，主要有一級葉輪、二級葉輪、集流器、擴壓器、整流罩、消音器等。這些部件各自發揮功能，使得通風機整體達到預期的通風效果。經過長時間的實踐，這一套結構已經能夠較好地應對礦井排風需求。目前市售通風機的控制系統主要由各類傳感器、PLC模塊、配電柜、顯示界面、變頻器等多個部分組成，其中溫度傳感器復雜監控礦井內的溫度，電量采集模塊負責控制通風機的電能供應，變頻器負責調解通風機的功率，以讓其在不同負荷下運轉，保持最佳的礦井環境。這些模塊共同組成了通風機的監控系統，可以通過傳感器對井下環境進行監測，將溫度變化、震動情況、通風量等一些列參數傳輸回控制中心，并由控制中心的技術人員對其進行操作，實現遠程控制。

在控制的過程中，通風機首先利用前端的傳感器對于環境中的各種數據進行檢測和收集，并將數據信號通過通訊模塊傳輸到PLC控制模塊中，并在PLC控制模塊中完成對數據的處理，將處理之后的信號顯示在顯示屏上，并針對通風機的各種故障發出不同的警報，并根據不同的情況執行安全切斷設備等操作。

2 硬件系統設計

2.1 PLC控制模塊的匹配設計

PLC是市場上較為成熟的控制模塊，經過多年的發展，現如今PLC控制模塊的采集精度已經非常高了，而且運行速度也照過去有了大幅的提升，在各種設備控制領域得到了非常廣泛的應用。PLC控制模塊是通風機整個監控系統中最為核心的部分，它的運行效率和精度對設備在井下的使用壽命會產生非常直接的影響。所以，在對這一模塊進行功能優化時，可以選用SIMATIC S7-200系列控制模塊，這類控制模塊性能較好，而且功能強大，不僅具有CPU、存儲卡、通訊接口等信息處理和傳輸的必備結構，還有24路的CPU數字輸入量以及16路的數字輸出量。SIMATIC S7-200控制模塊采用了CP243-1的以太網模塊，能夠良好完成和上機位的數據交互任務。它的額定工作電壓是24VDC，接口型號為RS45，整體傳輸速度達到了10/100Mbit/s，性能優異。不僅如此，它還可以通過STEP7編程來對程序進行修改和更新，以此來完成更為復雜的任務，PLC模塊的性能借此實現優化。

2.2 變頻器匹配設計

一般來說，礦用通風系統需要配備兩臺以上的通風機，稱作主通風機和輔助通風機。而且每臺通風機還有單級運行和多級運行兩種模式，也就是說，系統中至少需要安裝4各變頻器。當電機開始運行時，變頻器也要隨之執行相應的操作。所以，變頻器選用了ACS800-04P型號，這一型號的變頻器由系統儲能、整流、逆變和控制元件構成，經過長時間的運行測試和生產實踐，這一型號的變頻器性能穩定，而且可實現程序的編輯，控制精度相對較高，能夠實現更為復雜的功能。當變頻器接入高電壓時，變頻器內部借助整流、逆變等功能，將電流轉化為系統運行所需的直流電，保證設備的良好運轉。

3 設備內部軟件設計

3.1 通信參數設計

通風機控制系統在運行的過程中，會產生各種各樣的通信參數，其中最主要的就是PLC中央處理器和變頻器、模擬量模塊、溫度監測儀、電量模塊等工作時之間互通產生的通信參數。這些參數都是通過Modus總線進行傳輸的。還有一部分通訊參數是上機位控機和軟件之間發生互通時產生的參數，這類參數的傳輸是通過以太網通訊模塊進行連接實現的，在正常運轉狀態下，能夠很好地承擔起控制系統內部的信息傳輸工作，確保通風機的一部分控制需求能夠得到滿足。

3.2 PID閉環調節設計

不可否認的是，井下的環境較為復雜，通風機的運行效果不僅受氣自身零部件性能的影響，還受井下具體環境的影響。通風機的排風量會隨著井下環境的變化而變化。所以，為了提高對通風機的控制效果，技術人員可以對其采用PID調節。PID調節是一個閉環的算法，涉及到一定的數學計算方式，比如積分、微分等。在PID閉環算法中，系統首先對通風機的通風量相關數據進行收集，然后將各種數值和預定的通風量閾值進行比對，根據比對結果采取相應的操作。當數值達到閾值時，通風機系統不進行調節;當數值沒有達到閾值時，說明通風量并沒有達到要求，系統需要對通風量進行調節，以保證通風量滿足要求。

4 應用效果分析

為了提高系統整體運行的穩定性，執行了為期兩個月的應用測試。測試結果顯示，該系統的運行效果良好，運行狀態穩定，能夠滿足日常井下作業的通風要求，還能夠實現對通風機運行過程中各功能的檢測。不僅如此，該系統還能根據傳感器收集的數據對通風機進行控制，借助PID實現精準調節。另外，當通風機運行過程中出現溫度過高、風壓過高的情況時，還能借助警報系統發出警報，提醒控制中心的技術人員，由地面控制中心第一時間采取應對措施。測試表明，該系統的運用整體上提高了通風機30%以上的運行效率，同時降低了檢修成本，為企業創造了更多的經濟效益。

5 結束語

礦用通風機的性能對井下作業環境會產生非常顯著的影響，反之，井下作業環境也在一定程度上影響通風機的使用效果。企業要加大力度對通風機的性能進行優化，讓它能夠在各種復雜的井下環境中進行長時間穩定、高效的作業。測試表明，該控制系統大幅提升了通風機的性能，并降低了故障發生的概率，同時節約了檢修成本。本文針對礦用通風機控制系統的性能改進提供了相應的優化設計案例，經測試證明穩定、高效，希望各采礦企業加以參考，并結合具體的井下環境，對通風機控制系統進行改進。

參考文獻：

[1]李金華.國內礦用通風機的現狀與發展[J].煤礦機械，2013， 34（05）：2-4.

[2]李崗.礦用通風機變頻節能技術探討[J].能源與節能，2015 （11）：81-82.

作者簡介：

劉勝（1978- ），男，籍貫：山西省沁縣，學歷：本科，現從事于陽煤集團壽陽開元礦業有限責任公司，主要從事礦山機電工作。