自動化控制在礦井通風機中的應用

林麗影

（中國平煤神馬集團十一礦，河南 平頂山 467500）

0 前言

礦井通風一直是礦井生產的重中之重。而高性能主扇風機是保證礦井正常通風的基礎。目前，國內礦井使用的風機大多是軸流式通風機。一直以來，主扇風機雖經歷不斷的改進，但還是不能實現完全的自動化，效率也都不高。據某煤炭公司對148 臺礦井主通風機的調查，運行效率在70%以上的僅占10%左右；運行效率低于55%的竟達59%。這主要是受主扇風機高可靠性要求的制約，一般技術很難達到。本文要介紹的是用機電自動測控技術來實現礦井風機操作的自動化，該風機效率能達到70%左右，其在平煤股份十一礦中央風井得到了成功的應用。

1 問題的提出

平煤股份十一礦通風方式為抽出式，原來只有一個南風井主扇，裝備有兩臺對旋軸流式通風機。整個操作過程全部用人力完成，不僅復雜，并且容易誤操作。葉片角度事先調節為固定角度，以致風機啟動時帶有負荷，經常發生啟動不了的現象。且風門在打開的時候容易因為操作失誤造成過卷事故。一旦要求調節葉片角度時，更是非常麻煩，需要人工一片一片的調，不僅費時而且費力。這些問題已經制約了該礦生產能力的進一步提高，因此新建一個用自動化技術控制的風井就顯得極為重要。2012 年，十一礦經過技術改造，新建中央回風立井，作為礦井新水平的專用回風井，主扇裝備兩臺1250kW 的單級軸流式通風機，該風機的操作可全部實現自動化控制。

2 自動化控制風機的優點

自動化控制的通風機具有結構簡單、操作維護方便等優點，它的操作可以全部在電腦上完成，包括風機的啟動、打開風門、調節葉片角度甚至于一鍵全自動倒機，都可以在電腦上完成，不僅節省了大量的時間，而且操作準確無誤。自動化控制的通風機整個倒機過程不到3分鐘就能完成，為礦井改擴建增產計劃提供了通風保證。另外，自動化控制的通風機除可以在電腦上實現對風機的操作之外，還可以從電腦畫面上實時監控各個參數值的變化，當風機的某一部件運行不正常，其參數接近報警值時，監控系統會出現報警信號，對一些不影響通風機正常運行的故障，監控系統只進行報警，不對通風機進行控制，對于一些影響通風機正常運行的故障，監控系統會先發出預警，經過一段延時之后作用于通風機，進行跳閘，停止電機運轉，起到保護通風機的作用。

3 風機的機械結構

平煤股份十一礦中央風井所用的通風機為北京豪頓華公司生產的ANN-2884/1400N 型單級軸流式通風機，它由冷卻系統-水泵，傳動系統-液壓站、電機，執行機構-風筒、風帽、風門、葉輪等部分組成。風機靜止部件穩定可靠，葉輪機殼與葉輪尖端之間的間隙很小，可保證較高的效率。葉輪經過仔細選材和部件設計，可確保風機壽命長，運行可靠。風門采用百葉窗式的構造，開啟風門時完全不用擔心會出現過卷。風機的葉片是用不銹鋼制作的，即便是長時間不打開風機，葉片也不會發生銹蝕。

風機性能是基于礦井負荷，通過總控制系統進行調節的。控制系統將設定點的調節信號直接傳給安裝在風機外的電動調節執行器上。電動調節執行器將此信號轉換成擴散筒外調節臂的機械運動。調節臂帶動風機內部的驅動裝置，從而驅動了連接在驅動裝置處的液壓裝置，這樣就實現了葉片角度的調節，這種調節方式不僅降低了勞動強度，節約了人力，提高了勞動效率，并且調節的角度也更加的準確。

4 風機的電控部分

平煤股份十一礦中央風井所用的風機監控系統為上海普昱公司開發的PYFK-1/2000 型風機監控系統。它由2 臺PLC 控制柜以及若干壓力、溫度檢測器組成。PLC 控制柜內置處理器CPU、嵌入組態軟件，可以監控互備的兩套風機的運行狀態。這種監控系統具有極高的先進性，對礦井通風系統的安全運轉及高效工作提供了有力的保障。

該風機監控系統具有自動、手動和檢修三種工作方式，正、反轉運行兩種通風方式；能夠對風門電動執行機構、葉片調節機構和制動機構進行控制，并可檢測其位置信號；能夠對主電機起動柜的正、反向運行進行控制，對一次回路和故障狀態進行監視；能夠與高壓綜合保護裝置通訊，實現對高壓開關柜的遙測、遙控、遙信；能夠對同步勵磁電機的勵磁系統實現分勵、投勵控制和故障檢測；能夠對風機的喘振、振動信號進行檢測并實現保護；另外，它具備自動、手動及遠程三種操作方式；能夠完成對高壓系統的有功功率、無功功率、功率因數、頻率、電壓、電流數據，電機定子的三相繞組溫度、軸端軸承溫度信號，及風機的主軸承溫度信號等的監測；還能夠對風機配套的液壓泵、水泵所屬電機、加熱器進行控制，并對其相關的油溫、油位、壓力、流量信號進行檢測和保護；能夠實時顯示、記錄所有的監測對象，繪制歷史曲線，并提供歷史數據的查詢；能夠根據監測到的負壓、差壓、溫度信號，計算風機的風量，繪制實時的風機特性曲線、功率風量曲線、綜合效率曲線，并提供歷史數據查詢；能夠實時顯示系統的報警信息，實時報警打印，并提供報警歷史信息的查詢；該風機監控系統還能實現一鍵全自動倒機，一鍵倒機具有“故障倒機”和“時間倒機”兩種方式，當選擇“故障倒機”時，一旦運行風機發生故障，備用風機可以自動投入運行，當選擇“時間倒機”時，一旦運行時間達到設定時間，監控系統就自動進行倒機，這些操作都不需要操作人員的干預，監控系統可以自動完成。另外，該風機監控系統還能與工業以太網聯網，實現數據遠傳、遠程監控等功能。

以下是該風機監控系統工作的流程圖（圖1）：

圖1

5 應用效果

平煤股份十一礦中央風井主要通風機從安裝到掛網投運，整個過程比較順利，且調試基本上都很成功，并且操作簡便，投運至今沒有出現一次誤動作。該風機投入正常運轉后，礦井主要通風機運行效率明顯提高，從以前的50%提高到70%以上。并且還降低了單位運行能耗，提高了風量，減少了維修次數，使礦井的通風系統可靠性有了顯著提高，從而為礦井的安全生產提供了可靠的保證。

不過經過一年多的運轉，風機在在運行過程中也發現了一些問題，如：出現風機不停，葉片角度回零，造成空轉現象；以及PLC 死機，通訊中斷，監測畫面數據無變化等情況。

針對這些問題提出以下建議：

（1）需要配備2 名專業的主扇司機，責任心強，熟悉風機的各種性能參數，實時通過電腦系統對風機進行監控，出現異常及時匯報處理。

（2）加強對PLC 柜、通訊模塊、工控機等自動化設備的檢查維護，定期除塵，減少電氣故障。

（3）增加葉片角度減小、風量減少等參數的報警設置，當葉片角度減少或者風量減少達到10%時，監控系統自動進行聲光報警，提醒司機及時進行角度回調。

6 結束語

總之，自動化控制在礦井通風機中的應用，使得煤礦通風系統具有故障率低、維護量小、可靠性高、精度高等優點。因此，把自動化控制的先進技術應用到煤礦的通風系統中，既提高了工作效率，又保證了礦井安全，實踐證明具有顯著的經濟效益和社會效益。

［1］賀世正，應秉斌.基于虛擬儀器的通風機動平衡測試系統的開發[J].風機技術，2006(4)：33-35.

［2］胡文彪，馬偉明.基于LabView 的電動機數據采集系統[J].海軍工程大學學報，2005，17(3)：63-65.

［3］陳霞.模糊控制在煤礦供風系統中的應用[J].工礦自動化，2004(4).