礦井通風系統多級聯動控制技術的應用研究

李萌萌

（晉能控股煤業集團煤炭事業部成莊礦，山西 晉城 048000）

引言

目前，礦井通風控制系統主要采用了獨立控制模式，只能對通風系統運行的風速、風壓等情況進行自動監測調整，不僅無法實現對風機運行狀態的動態監測，也無法對電網供電情況進行及時預警，無法滿足提升礦井通風安全性和穩定性的需求。

本文提出了一種新的礦井通風系統多級聯動控制技術，實現了對通風系統、供電網絡的智能監測和報警，不僅能夠實現對風機運行情況的變頻調整，而且也能夠實現對風機反風的智能控制和故障自動判斷，有效提升礦井通風系統的運行穩定性。

1 多級聯動控制系統

為了滿足通風系統的運行控制需求，本文所提出的多級聯動控制系統實現了將風機運行控制、供電狀態檢測和地面遠程控制進行有機的融合，具有結構簡答、可靠性好的優點，其整體控制結構如圖1所示[1]。

由圖1 可知，在每個井下通風機處均有一個本安控制箱，主要用于對通風區域內的瓦斯含量、一氧化碳含量、風速、溫度等進行監控，然后通過對監測數據信息的分析，確定當前風機的運行狀態是否滿足井下通風安全需求，針對性地對通風機的運行狀態進行調整[2]。

圖1 通風機多級聯動控制示意圖

在聯動控制系統內設置了對井下變電所進行監測的模塊，用于判斷變電所供電的穩定性和可靠性，及時進行故障預警，確保通風系統的運行安全性。地面調度中心主要用于接收通風監測系統和電網運行狀態監測系統的數據信息，將其運行狀態直觀地顯示在控制中心內，便于監測人員對井下的通風狀態進行實時監測。當出現異常時系統自動進行故障定位和報警，便于監測人員及時進行故障修復，提升井下通風系統的運行安全性。

2 風機運行雙向自動調速

礦井通風系統正常情況下為正向通風運行，但當井下出現火災或者其他事故時就需要風機能夠進行反向運行，滿足緊急情況下的通風需求。目前對通風機運行方向的控制主要是通過人工手動控制，控制效率低，而且若未嚴格按照操作程序進行切換，還容易引起風機的喘振等，影響通風安全。

該通風控制系統中設置了風向自動調控裝置，風機運行時的狀態信息會實時顯示在工控機監控屏幕上，由于風機的運行速度和方向是通過調整電流的工作電源進行控制的，因此為了實現對風機運行狀態的靈活調整，在系統中增加了變頻控制器，用于實現對風機運行狀態的平滑調節，該控制系統結構如下頁圖2 所示[3]。

由圖2 可知，該控制系統中變頻器設置在電源和電機之間，在風機風道內設置有風壓變送器，用于對風機的通風情況進行實時監測，然后將壓力信號轉換為標準電流信號，傳輸到PLC 控制中心內，通過預先編制好的控制邏輯實現對變頻器變頻信號的控制和修正，滿足精確調整的需求。

圖2 風機變頻控制邏輯示意圖

3 多級聯動控制故障診斷

由于該聯動控制系統集成了風機運行狀態監測、電網運行狀態監測等，因此結構相對復雜，一旦出現故障將極難排查，影響通風安全性。本文提出了一種新的系統自診斷控制邏輯[4]，系統在啟動運行前首先對系統自身的運行狀態進行檢測，確保系統自身各個數據的準確性，然后在系統運行時自動對各監測數據進行實時收集和對比，當數據出現異常并滿足既定的判別邏輯后系統既判斷出現了故障，然后自動對故障位置和狀態進行標定，同時對故障原因進行初步分析，將相關數據顯示在監控屏幕上，并發出聲光報警，提醒監測人員進行快速處理，確保井下的通風安全性。

為了對該多級聯動控制系統的實際運行情況進行研究，對優化前后的狀態進行統計，結果表明，采用新的系統后，風機運行時的平均故障數量由最初的24.7 次/月降低到了目前的5.31 次/月，平均故障率降低了78.5%，同時井下用于對風機和供電系統進行維護、監測的人員數量由最初的24 人降低到了目前的14 人，人員減少了41.67%，顯著提升了煤礦井下通風系統的運行安全性和穩定性，具有較大的應用推廣價值。

該通風監測系統結構如圖3 所示。

圖3 通風聯動控制系統監測界面

4 結論

1）多級聯動控制系統實現了將風機運行控制、供電狀態檢測和地面遠程控制進行有機的融合，具有結構簡答、可靠性好的優點；

2）風機運行自動調速系統能夠實現對風機運行狀態的平滑調整，多級聯動故障診斷系統能實現對故障的自動診斷和預警，提醒監測人員進行快速處理，確保井下的通風安全性；

3）新的控制系統能夠將風機運行平均故障率降低78.5%，將通風系統和供電系統巡查人員數量降低36.8%，極大提升了礦井通風系統的運行穩定性和經濟性，具有較大的應用推廣價值。