張燕峰

（陽泉市上社二景煤炭有限責任公司，山西 陽泉 045000）

引言

礦井主通風系統(tǒng)為綜采工作面的關鍵分系統(tǒng)，其主要凈化工作面空氣質量，為采掘工作面的安全生產提供保障。但是，在實際應用中為保證工作面控制質量滿足《煤炭安全規(guī)程》的標準要求，通風機常處于滿負荷運行的狀態(tài)，造成大量電能的浪費[1]。為響應國家節(jié)能減排生產的號召，急需為工作面配置節(jié)能通風系統(tǒng)，并保證其節(jié)能功能的實現。本文著重研究節(jié)能通風系統(tǒng)的設計及其功能的實現。

1 節(jié)能通風系統(tǒng)的總體配置

礦井節(jié)能通風系統(tǒng)的總體控制思路為：基于通風系統(tǒng)內所配置的瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳌⒎蹓m濃度傳感器對工作面瓦斯、粉塵等濃度進行實時監(jiān)測，當所監(jiān)測到的數值超過規(guī)定限值時，增大通風機的通風量；當所監(jiān)測到的數值低于規(guī)定限值時，減小通風機的通風量。本文以某掘進工作面為研究對象，為精確監(jiān)測工作面的瓦斯?jié)舛?，將瓦斯傳感器布置如圖1 所示。T1、T2 以及T3 為瓦斯?jié)舛葌鞲衅?，K 為主通風系統(tǒng)的通風機，D 為通風系統(tǒng)的管路，F 為監(jiān)測巷道內空氣流速的風速傳感器。

圖1 瓦斯傳感器布置示意圖

根據傳感器所配置位置的不同，其報警、斷電以及復電狀態(tài)對應的瓦斯?jié)舛炔煌Ｆ渲?，T1 瓦斯?jié)舛葌鞲衅鲌缶瘽舛葹?.0%；T2 瓦斯?jié)舛葌鞲衅鲌缶瘽舛葹?.1%；T3 瓦斯?jié)舛葌鞲衅鞯膱缶瘽舛葹?.5%。根據《煤炭安全規(guī)程》的相關規(guī)定，要求掘進巷道內的風速保持在0.25～4 m/s 之間，且風速一般位置在1 m/s 左右[2]。

為實現節(jié)能通風系統(tǒng)功能的實現且為保證控制系統(tǒng)，采用變頻調速技術和PLC 控制器相結合的智能控制系統(tǒng)。

2 通風系統(tǒng)硬件的配置

傳感器、PLC 控制器以及傳感器為通風系統(tǒng)的核心控制設備，其是實現通風機節(jié)能運行的關鍵。

2.1 變頻器的選型配置

根據變頻器結構的不同可將其分為交-交變頻器（直接變頻器）和交-直-交變頻器（間接變頻器）。目前，在工業(yè)生產中應用最為廣泛的變頻器為間接變頻器。根據變頻器選型經驗和市場調研，選擇三菱公司的FR-E500 變頻器。該變頻器具備RS485通信功能，可對多段速度進行調節(jié)，用戶可對上限頻率和下限頻率進行設定，并可根據通風機的運行狀態(tài)完成瞬間停電后再啟動的功能[3]。

2.2 傳感器的選型配置

傳感器是監(jiān)測通風機及工作面環(huán)境參數的設備，根據節(jié)能通風系統(tǒng)的運行參數及特征，需對通風機的振動情況、瓦斯?jié)舛?、工作面風壓等參數進行監(jiān)測，并針對性的配置各類傳感器。主節(jié)能通風系統(tǒng)傳感器配置情況如下頁表1 所示。

2.3 PLC 控制器的選型配置

PLC 控制系統(tǒng)作為監(jiān)控系統(tǒng)的核心系統(tǒng)，其功能是根據工作面對通風量的需求進行監(jiān)測和主通風機風量的獲取，通過對二者數據進行對比分析后，得出相應的控制策略，從而實現對通風機風量的增大或減小的控制。PLC 控制器為PLC 控制系統(tǒng)的核心，其控制精度及響應特性直接決定控制策略的正確性和有效性[4]。結合以往PLC 選型經驗及產品現狀調研的基礎上，選擇PLC 控制器的型號為S7-300 系列，與該系列PLC 配套的模塊如表2 所示。

表1 傳感器配置情況

表2 S7-300 系列PLC 配套模塊

3 礦井主通風系統(tǒng)控制方案的設計

礦井通風系統(tǒng)節(jié)能控制的總體思路如圖2 所示。

圖2 礦井通風機節(jié)能控制框圖

本控制系統(tǒng)的核心為PLC 與變頻控制技術相結合的控制思路，首先由現場瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳒y量工作面的瓦斯?jié)舛群屯L機的實時通風量，通過PLC 控制器分析當前瓦斯?jié)舛认聦耐L量，通過變頻器對通風機電機的轉速進行控制，從而實現對通風量的控制。

除此之外，為避免通風機所排出氣體中粉塵濃度超過《煤炭安全規(guī)程》的標準要求，還需將氣體送入除塵器中對其進行除塵處理，并度處理后氣體的粉塵濃度進行監(jiān)測。

4 礦井主通風系統(tǒng)功能的實現

礦井通風控制系統(tǒng)的核心控制器為PLC，因此采用工業(yè)組態(tài)完成對通風系統(tǒng)各項功能的實現。本系統(tǒng)所采用通風系統(tǒng)功能實現的軟件為監(jiān)控組態(tài)軟件?；诒O(jiān)控組態(tài)軟件可實現對系統(tǒng)的實時動態(tài)模擬，關鍵參數的設置和監(jiān)測以及所監(jiān)測數據的存儲和記錄。具體功能實現步驟如下：

1）將通風系統(tǒng)通風機、PLC、變頻器以及傳感器等參數在組態(tài)軟件中進行設置；

2）根據控制思路編寫PLC 控制流程圖，并將其導入至組態(tài)軟件中；

3）對工作面巷道風速、瓦斯?jié)舛纫约胺蹓m濃度等參數進行調試，要求上述參數能夠根據實時變化值顯示于監(jiān)控界面，并對其系統(tǒng)的報警、斷電以及復電功能進行調試[5]。

在實驗室中模擬變頻器的輸出頻率，驗證對應電機功率是否會做出相應的改變，試驗結果如表3所示。

如表3 所示，通風機電機功率可根據變頻器所控制的頻率對應性的改變，從而達到節(jié)能的目的。

表3 不同變頻器輸出頻率下電機的功率值對比

5 結語

通風系統(tǒng)為綜采工作面安全生產的關鍵分系統(tǒng)，在保證采掘工作面安全生產的同時，還需確保通風系統(tǒng)滿足節(jié)能生產的要求。PLC 控制技術與變頻控制技術相結合的智能控制技術可實現對通風機電機的控制，從而實現對系統(tǒng)風量的控制。