礦井通風(fēng)機(jī)自動調(diào)節(jié)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

孫 婧

（山西省煤炭職業(yè)中等專業(yè)學(xué)校，山西 太原 030006）

引言

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率有了較大的提高，對煤礦環(huán)境的改善起到了重要的作用。但由于井下工作環(huán)境的復(fù)雜惡劣，造成通風(fēng)機(jī)實際的運(yùn)行狀態(tài)及使用特性不能按照理想狀態(tài)進(jìn)行，且礦井生產(chǎn)的不同階段，對于通風(fēng)機(jī)的性能也具有不同的要求。針對實際的應(yīng)用需求，建立通風(fēng)機(jī)自動調(diào)節(jié)監(jiān)控系統(tǒng)，對通風(fēng)機(jī)進(jìn)行實時的監(jiān)測，并能依據(jù)生產(chǎn)過程的不同需求進(jìn)行通風(fēng)機(jī)自動化的調(diào)節(jié)，使得通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)與實際的工況相符合，保證煤礦的井下通風(fēng)安全，降低通風(fēng)機(jī)的能耗，提高煤礦的經(jīng)濟(jì)效益[1-2]。

1 通風(fēng)機(jī)自動調(diào)節(jié)監(jiān)控系統(tǒng)的整體設(shè)計

通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和壓力是通風(fēng)機(jī)運(yùn)行的重要參數(shù)，對風(fēng)量和壓力的監(jiān)測可采用相應(yīng)的傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集及傳輸，同時需對礦井內(nèi)部的大氣壓力、溫度、濕度等參數(shù)進(jìn)行采集，從而形成外部環(huán)境的監(jiān)測數(shù)據(jù)[3]。通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和壓力取決于通風(fēng)機(jī)的安裝角度，可通過調(diào)節(jié)葉片的安裝角度來實現(xiàn)風(fēng)量和壓力的調(diào)節(jié)。采用GAF 風(fēng)機(jī)可在工作狀態(tài)下依據(jù)相關(guān)指令通過液壓的方式實現(xiàn)對葉片安裝角度的調(diào)節(jié)，保證了風(fēng)機(jī)的運(yùn)行及安裝角度的一致性。同時，監(jiān)控系統(tǒng)要采集葉片的安裝角度，采用固定在液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)上的直線位移傳感器進(jìn)行葉片安裝角度的采集。

通風(fēng)機(jī)自動調(diào)節(jié)監(jiān)控系統(tǒng)采用分布式控制技術(shù)，進(jìn)行集中管理和分散控制，由此可以保證監(jiān)控系統(tǒng)的危險分散和監(jiān)控分散。自動調(diào)節(jié)監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)組成如圖1 所示。在系統(tǒng)中，需要監(jiān)測的不同參數(shù)通過傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，經(jīng)過放大、濾波后進(jìn)入各輸入模塊，輸入模塊與計算機(jī)之間采用485 通訊的形式[4]，計算機(jī)作為系統(tǒng)的服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收、存儲及處理，依據(jù)處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行信號的輸出或報警，報警信號經(jīng)過聲光報警器的動作實現(xiàn)報警，其余輸出的信號經(jīng)輸出模塊轉(zhuǎn)化成可執(zhí)行的模擬信號，帶動液壓系統(tǒng)的工作，實現(xiàn)對葉片安裝角度的調(diào)節(jié)。

圖1 自動調(diào)節(jié)監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)

2 自動調(diào)節(jié)監(jiān)控系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計

2.1 自動調(diào)節(jié)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計

依據(jù)礦井的不同工況進(jìn)行風(fēng)量和壓力的調(diào)節(jié)，對于采集的壓力和風(fēng)量數(shù)據(jù)要盡量準(zhǔn)確，從而保證系統(tǒng)調(diào)節(jié)的有效性。由于風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中從井下抽取的風(fēng)中含有大量的煤塵及水汽等污染物，不利于傳感器數(shù)據(jù)的采集。在通風(fēng)機(jī)的入口處設(shè)置引壓裝置如圖2 所示，在風(fēng)機(jī)的入口距離相近處設(shè)置不同的斷面I、II，在兩端面之間設(shè)置不同的測量點(diǎn)[5]。通過引壓裝置能夠避免大量的積水進(jìn)入到儀表中，避免儀表的損壞并防止引壓管的堵塞，影響系統(tǒng)的運(yùn)行。

圖2 通風(fēng)機(jī)引壓裝置

對于風(fēng)壓和風(fēng)量的監(jiān)測如下頁圖3 所示，經(jīng)過引壓后的氣體，通過安全閥及干燥器的作用，通過手動的控制閥進(jìn)入到傳感器中進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，當(dāng)通風(fēng)機(jī)進(jìn)行反風(fēng)工作時，要手動將控制閥進(jìn)行切換。傳感器的安裝，保證了數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性，通過局域網(wǎng)將系統(tǒng)中的變送器、輸入輸出模塊及控制計算機(jī)進(jìn)行連接，這樣就組成了自動調(diào)節(jié)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)。

圖3 礦井風(fēng)壓、風(fēng)量監(jiān)測系統(tǒng)

2.2 自動調(diào)節(jié)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計

依據(jù)系統(tǒng)的功能要求，采用VB6.0 作為系統(tǒng)的開發(fā)工具，提供了集成化的開發(fā)環(huán)境，可以進(jìn)行程序的快速開發(fā)[6]。系統(tǒng)軟件部分的主要功能依據(jù)不同的模塊進(jìn)行開發(fā)，如圖4 所示。

圖4 系統(tǒng)軟件部分主要功能模塊

在軟件系統(tǒng)中，通訊模塊對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，實現(xiàn)主計算機(jī)和各傳感器及執(zhí)行結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)絡(luò)，從而實現(xiàn)實時監(jiān)控控制的功能。數(shù)據(jù)處理模塊對采集的信號數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理以滿足計算機(jī)及控制器對數(shù)據(jù)的要求，保證數(shù)據(jù)信號的有效性。顯示模塊用于對采集的數(shù)據(jù)以圖形化的形式進(jìn)行顯示，以便更好地進(jìn)行數(shù)據(jù)的觀測及指令的下發(fā)。查詢模塊用于對歷史數(shù)據(jù)的查詢及數(shù)據(jù)的分析，從而更好地對當(dāng)前的工況進(jìn)行分析。報警控制模塊依據(jù)系統(tǒng)指令實現(xiàn)系統(tǒng)的報警功能，提醒工作人員，避免發(fā)生礦井危險。網(wǎng)絡(luò)通訊模塊用于對自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程通訊，可以實現(xiàn)對系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控及控制。

3 結(jié)論

礦井通風(fēng)機(jī)是保證礦井通風(fēng)安全的重要設(shè)備，由于井下環(huán)境較為惡劣，為保證通風(fēng)機(jī)的正常工作，設(shè)計并應(yīng)用了礦井通風(fēng)機(jī)自動調(diào)節(jié)監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)采用液壓裝置調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)，采用加裝安全閥的引壓裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，通過局域網(wǎng)連接不同的硬件設(shè)施，并通過模塊化的軟件設(shè)計，實現(xiàn)對通風(fēng)機(jī)的自動調(diào)節(jié)監(jiān)控。礦井內(nèi)部的工況變化時，可以依據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)經(jīng)系統(tǒng)處理后，采取相應(yīng)的措施，實現(xiàn)通風(fēng)機(jī)自動調(diào)節(jié)滿足現(xiàn)場工況的需求，保證了礦井的安全。