李健波

唐山開灤趙各莊礦業(yè)有限公司機(jī)電科，河北唐山 063101

0 引言

礦用通風(fēng)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)煤礦井上和井下空氣交換的重要設(shè)備，它負(fù)責(zé)向井下輸送新鮮空氣，排除有害、有毒氣體，調(diào)節(jié)礦井內(nèi)風(fēng)量、濕度和溫度，以確保礦井的安全生產(chǎn)[1]。另外通風(fēng)機(jī)在工作時(shí)要求的電流和電壓較大，工作環(huán)境惡劣，在運(yùn)行過程中出現(xiàn)事故的概率較高。在國內(nèi)大多數(shù)煤礦采用人工管理，無法實(shí)現(xiàn)對煤礦實(shí)時(shí)監(jiān)控、調(diào)度和管理，不利于煤礦通風(fēng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行[2]。在煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中的自動化包括了對環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測的自動化和對通風(fēng)狀況的檢測兩個(gè)方面，在煤礦通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)中引入自動化控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對煤礦通風(fēng)，預(yù)防和減輕礦井事故，提高井下工作的安全系數(shù)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 自動化控制技術(shù)原理

煤礦主通風(fēng)機(jī)自動化控制系統(tǒng)主要由傳感器系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)和中央控制系統(tǒng)三大部分組成[3]。

傳感器系統(tǒng)包括風(fēng)壓傳感器、風(fēng)量傳感器、溫度傳感器、有毒氣體濃度傳感器、分量調(diào)節(jié)單元等傳感器組成，傳感器在信號傳輸?shù)倪^程中可以采用時(shí)分制和頻分制兩種不同的方式。在煤礦上可以通過改變風(fēng)門的角度來調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，風(fēng)門開度的大小通過地面控制室來控制。通風(fēng)系統(tǒng)還可以通過變頻器改變通風(fēng)機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)礦井內(nèi)風(fēng)速和風(fēng)量的自動調(diào)節(jié)。在國外還可以通過通過傳感器對礦井內(nèi)局部溫度或者氣體濃度的檢測來控制局部通風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。中央控制系統(tǒng)則是采用微型計(jì)算機(jī)完成對監(jiān)控站的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和整理，并根據(jù)礦井的需要動態(tài)控制通風(fēng)量。計(jì)算機(jī)具有接口多，擴(kuò)展能力強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，在煤礦風(fēng)機(jī)的自動化控制過程中具有反映速度快，控制精度高的特點(diǎn)。中央控制系統(tǒng)還負(fù)責(zé)對礦井內(nèi)環(huán)境的監(jiān)控和報(bào)警等功能，其具體的原理如下圖1 所示。

圖1 自動化控制系統(tǒng)原理圖

2 主通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)自動化控制的方式

在煤礦主通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中為了提高其自動化的程度，往往將PLC 和變頻器結(jié)合實(shí)現(xiàn)對異步電機(jī)的變頻調(diào)速控制。通常情況下，PLC 采用開光指令、模擬量和RS-485 三種不同的方式實(shí)現(xiàn)對變頻器的調(diào)節(jié)[4]。

2.1 開關(guān)指令

該控制方式把繼電器節(jié)點(diǎn)與PLC 連接在一起，以獲取運(yùn)行狀態(tài)。通過對變頻器的控制實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)電機(jī)的啟?？刂坪洼敵鲱l率的改變。由于變頻器的輸出頻率是預(yù)先設(shè)定好的，僅為一些固定數(shù)值，故使用該控制方式不能實(shí)現(xiàn)異步電機(jī)的無極變速，只適用于不需要電機(jī)連續(xù)調(diào)速的場合。

2.2 模擬量控制

變頻器的輸入信號有數(shù)字量和模擬量兩種不同的類型，其中模擬信號通過A/D 模塊轉(zhuǎn)換后，輸出0V～10V 的電壓或者4mA～20mA 的電流。把信號輸入到變頻器模擬量輸入端，控制變頻器輸出電源頻率的方式成為模擬量控制方式。該控制方式中變頻器和PLC 間的距離不能太遠(yuǎn)，不適于煤礦通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的要求。

2.3 RS-485

PLC 通過RS-485 方式來控制變頻器是目前應(yīng)用最為廣泛的控制方式，具有抗干擾能力強(qiáng)、傳輸速率高、傳輸距離遠(yuǎn)等一系列優(yōu)點(diǎn)。對于大多數(shù)變頻器都有RS-485 接口，可以通過通信的方式實(shí)現(xiàn)設(shè)備的啟動、停止、正反轉(zhuǎn)和調(diào)速，還可以實(shí)現(xiàn)對變頻器參數(shù)的修改。在煤礦通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)機(jī)的控制系統(tǒng)中我們經(jīng)常采用RS-485 的通信類型。

3 自動控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能和應(yīng)用[5]

在煤礦通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)中自動化技術(shù)得到了非常廣泛的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在以下3 個(gè)方面[6]。

1）數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。在自動化控制系統(tǒng)中需要用多個(gè)傳感器來檢測礦井中的參數(shù)，包括風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀況、風(fēng)量的大小、風(fēng)壓的高低等，其具體參數(shù)可以通過顯示屏顯示出來；

2）故障的檢測和排除。當(dāng)通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中通風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，自動化控制系統(tǒng)要能夠發(fā)出相應(yīng)指令關(guān)閉故障風(fēng)機(jī)的電源，并且啟動備用風(fēng)機(jī)或者增大其他風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，實(shí)現(xiàn)對故障的處理。另外在風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，自動化控制系統(tǒng)還要能夠?qū)崿F(xiàn)對風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)的檢測，如果無故障則重新啟動風(fēng)機(jī)；

3）故障的報(bào)警和診斷。在礦井通風(fēng)機(jī)運(yùn)行的過程中，自動控制系統(tǒng)出了控制風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，還要通過對風(fēng)機(jī)參數(shù)的設(shè)置來設(shè)立報(bào)警條件，從而方便技術(shù)人員及時(shí)排查風(fēng)機(jī)故障，避免安全事故的發(fā)生。同時(shí)自動化控制系統(tǒng)還要求其具有故障原因存儲功能，以方便日后安全分析使用[7]；

變頻調(diào)速是自動化控制中的一種，它通過改變電動機(jī)定子的供電頻率來實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的同步調(diào)速。隨著電力電子技術(shù)及現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，變頻理論和技術(shù)的應(yīng)用越來越成熟。在煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中變頻器主要用來實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)的軟啟動和無極平滑調(diào)速；減少通風(fēng)機(jī)的啟動時(shí)間，限制通風(fēng)機(jī)的啟動電流，保證電動機(jī)和通風(fēng)機(jī)的使用壽命。在煤礦通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中使用變頻器已經(jīng)成為煤礦安全運(yùn)行的重要保證，如今在很多煤礦上已經(jīng)使用了變頻調(diào)速，舊的通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)也在進(jìn)行逐步的改造，節(jié)約了大量的電能，延長了通風(fēng)機(jī)的使用壽命名

4 結(jié)論

通風(fēng)系統(tǒng)是礦井生產(chǎn)系統(tǒng)中的重要組成成分，其通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響著礦井的抗災(zāi)能力和經(jīng)濟(jì)效益。將自動化技術(shù)應(yīng)用到礦井主通風(fēng)機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)對煤礦井下溫度、適度以及有毒氣體的檢測，以及對通風(fēng)機(jī)風(fēng)量和風(fēng)壓的控制，實(shí)現(xiàn)了通風(fēng)機(jī)對風(fēng)速的無極調(diào)節(jié)，大大節(jié)省了電能的消耗，保證了煤礦的安全生產(chǎn)。

[1]徐海.主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].礦山機(jī)械，2007(11)：38-40

[2]龐訓(xùn)安.基于以太網(wǎng)的煤礦通風(fēng)機(jī)自動化系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2008(9).

[3]祝龍記.礦用變頻調(diào)速局部通風(fēng)機(jī)的模糊控制理論[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2003(9).

[4]黃威，黃禹.變頻器的使用與節(jié)能改造[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011

[5]高俊祥，高孝亮.自動化控制技術(shù)在煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].煤礦安全，2011-11.

[6]范天吉.煤礦通風(fēng)綜合技術(shù)手冊[M].長春：吉林電子出版社，2003.

[7]王必旺.淮北楊莊礦主通風(fēng)機(jī)性能在線檢測與通訊系統(tǒng)[J].煤礦機(jī)械，2006(11).