礦井主節(jié)能通風系統(tǒng)的配置及其功能的實現(xiàn)

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(xiàn)。本文著重研究節(jié)能通風系統(tǒng)的設計及其功能的實現(xiàn)。

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(shù)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(shù)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)舛龋瑢⑼咚箓鞲衅鞑贾萌鐖D1 所示。T1、T2 以及T3 為瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳎琄 為主通風系統(tǒng)的通風機，D 為通風系統(tǒng)的管路，F(xiàn) 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(jù)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渲校琓1 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(jù)《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(xiàn)節(jié)能通風系統(tǒng)功能的實現(xiàn)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(xiàn)通風機節(jié)能運行的關鍵。

2.1 變頻器的選型配置

根據(jù)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(jù)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(jù)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(shù)的設備，根據(jù)節(jié)能通風系統(tǒng)的運行參數(shù)及特征，需對通風機的振動情況、瓦斯?jié)舛取⒐ぷ髅骘L壓等參數(shù)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(jù)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(shù)據(jù)進行對比分析后，得出相應的控制策略，從而實現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)

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(xiàn)。本系統(tǒng)所采用通風系統(tǒng)功能實現(xiàn)的軟件為監(jiān)控組態(tài)軟件。基于監(jiān)控組態(tài)軟件可實現(xiàn)對系統(tǒng)的實時動態(tài)模擬，關鍵參數(shù)的設置和監(jiān)測以及所監(jiān)測數(shù)據(jù)的存儲和記錄。具體功能實現(xiàn)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(shù)在組態(tài)軟件中進行設置；

2）根據(jù)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(shù)進行調試，要求上述參數(shù)能夠根據(jù)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(jù)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(xiàn)對通風機電機的控制，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)風量的控制。