煤礦主通風機自動化控制技術研究與應用

陽億

摘 要 通風機作為煤礦井下作業(yè)中不可或缺的設備，作用在于保證生產的安全性與穩(wěn)定性。而對于煤礦主通風機的控制需要結合井下瓦斯?jié)舛戎导跋锏拦芫W阻力值對風量做出調控，從而有效疏散煤礦井下的有害氣體。隨著自動化控制技術的發(fā)展，本來由人工對主通風機的控制也逐漸演變?yōu)樽詣踊刂葡到y(tǒng)，對于煤礦發(fā)展起到一定的推動作用。

關鍵詞 煤礦;主通風機;自動化控制技術;應用

煤礦的通風系統(tǒng)主要發(fā)揮交換井下井上空氣的作用，能夠在井下作業(yè)時向內部輸送新鮮空氣與排散有害氣體，并且對井下的溫濕度進行有效調控，保證煤礦生產安全穩(wěn)定。而從實際運行情況來看，主通風機工作中電流與電壓都非常高，并且環(huán)境較為惡劣，所以事故發(fā)生率也偏高。再加上多數煤礦對于主通風機的管理采取人工控制的做法，所以難以做到實時監(jiān)控與調度，無法全面發(fā)揮主通風機的作用。而隨著自動化控制技術的發(fā)展與廣泛應用，自動化的通風系統(tǒng)便能實現(xiàn)對環(huán)境質量與通風狀況的自動化檢測，進而對設備進行自動化控制，達到提高了煤礦生產通風效率與安全性，文章便對這一技術展開簡要研究。

1自動化控制技術在煤礦主通風機中的應用原理

在煤礦主通風機的通風系統(tǒng)中應用自動化控制技術，主要由以下三個部分構成：①傳感器系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含風壓、風量、溫度、濕度、有害氣體濃度等方面的傳感器，這些傳感器的信號傳輸方式主要有時分制與頻分制兩種[1]。而從煤礦井下作業(yè)實際情況來看，對主通風機的風量的調控主要通過改變風門角度實現(xiàn)，而風門角度的大小控制則由地面控制室操作;②通風系統(tǒng)。借助變頻器去調節(jié)主通風機的電機轉速，達到自動化調節(jié)井下通風機風速與風量的目的。大部分煤礦會借助傳感器采集的井下局部溫度、氣體濃度等數據去調節(jié)通風機的轉動;③中央控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要利用微型計算機去采集與整理監(jiān)控站得到的數據，并且結合煤礦生產需求去動態(tài)化調控通風量。憑借著計算機接口豐富、擴展能力強等優(yōu)勢，煤礦主通風機的自動化控制也能體現(xiàn)出精度高、速度快的優(yōu)點，從而賦予中央控制系統(tǒng)監(jiān)控、報警等功能。

2煤礦主通風機自動化控制技術的應用方式

對于煤礦主通風機系統(tǒng)而言，要想提升系統(tǒng)的自動化程度，在自動化控制技術的應用下應當將可編程控制器與變頻器進行結合，從而讓異步電機能夠實現(xiàn)變頻調速控制的目的。一般來講，可編程控制器可采取以下幾種應用方式去調節(jié)變頻器，從而實現(xiàn)對主通風機的自動化控制。

2.1 開關指令

這一控制方式主要是將繼電器節(jié)點與可編程控制器相互連接，從而直接獲取到運行狀態(tài)數據。在變頻器的控制之下便能自動改變主通風機電機的啟停與輸出頻率。而變頻器的輸出頻率通常都是事先設定好的，并且數據基本固定不變，所以采取這一控制方式異步電機無法實現(xiàn)無級變速，因此只能夠用在不需要電機的連續(xù)調速場景中。

2.2 模擬量控制

變頻器的輸入信號分為數字量與模擬量兩種類型，而模擬量信號在A/D模塊轉換之后，會輸出0～10V的電壓或是4～20mA的電流。將信號輸入變頻器模擬量的輸入端，此時控制變頻器輸出電源頻率的方式便會轉變?yōu)槟M量控制方式，而這一控制方式作用下變頻器與可編程控制器不能有過長距離，這一點與煤礦井下生產實際情況不太相符，所以在主通風機系統(tǒng)當中無法達到控制要求。

2.3 RS-485

可編程控制器通過RS-485的方式去控制變頻器，在現(xiàn)階段有著廣泛應用，并且體現(xiàn)出了抗干擾能力強、傳輸速度快、傳輸距離遠等優(yōu)勢[2]。目前大部分的變頻器均有RS-485接口，所以能夠采取通信的方式對相關設備的啟停、正反轉、速度調節(jié)進行控制，還能夠對變頻器的參數進行調整。因此，在煤礦主通風機系統(tǒng)中能夠滿足要求，可得到有效應用。

3自動化控制技術在煤礦主通風機中的應用效果

通過合理應用自動化控制技術，對主通風機系統(tǒng)分級控制軟件及硬件電路做出有效設計，使得繼電器、接觸器等傳統(tǒng)元器件的設計得到全面優(yōu)化，也讓較為復雜的接線控制形式得到改善，系統(tǒng)運行穩(wěn)定性更高。基于可編程控制器的自動化控制系統(tǒng)，能夠讓主通風機在手動變頻、自動變頻的狀態(tài)中自由切換，在自動變頻狀態(tài)中，主通風機便能通過傳感器所或得到的有害氣體濃度、風壓值等數據，經過科學分析，進行合理變頻調速。

具體來講，自動化控制技術在煤礦主通風機中的應用，其效果體現(xiàn)在以下幾個層面：①數據實時監(jiān)測。主通風機自動化控制系統(tǒng)中要用到大量傳感器，目的在于對煤礦生產中的相關參數進行監(jiān)測，比如主通風機運行狀況、風量大小、風壓高低等等，這些參數都能可視化呈現(xiàn)[3];②故障檢測與排除。主通風機發(fā)生故障時，自動化控制系統(tǒng)便會得到指令，自動對主通風機電源執(zhí)行關閉操作，同時會無縫啟動備用通風機或是提高其他通風機的風量，保證井下整體風量不變，做出最合理的故障處理操作。此外，主通風機系統(tǒng)在運行時，自動化控制系統(tǒng)還會對其運行參數進行動態(tài)檢測，故障解除后便會自動重啟通風機;③故障報警與診斷。自動化控制技術的應用，不僅能夠對主通風機的運轉進行控制，還可以提前預設主通風機參數的報警條件數值，進而有助于技術人員對通風機故障進行排查，降低安全事故發(fā)生概率。此外，自動化控制系統(tǒng)還能夠對大量故障進行數據存儲而形成專家數據庫，在日后發(fā)生相同故障時，便能高效給出診斷結果與相應操作。

4結束語

綜上所述，在煤礦生產中，通風系統(tǒng)屬于關鍵性構成部分，該部分的設計質量與運行質量會直接影響煤礦的生產安全性與穩(wěn)定性。在煤礦主通風機的通風系統(tǒng)設計中應用自動化控制技術，能夠實時且精準地對井下溫濕度、有害氣體等進行監(jiān)測，同時自動化調控主通風機的風量與風壓，有效節(jié)約了電能消耗，從而提高煤礦生產經營效益。

參考文獻

[1] 鄭俊杰.煤礦通風系統(tǒng)中自動化控制技術的應用[J].當代化工研究，2020（6）：98-99.

[2] 任強.自動化控制技術在煤礦通風系統(tǒng)中的應用[J].石化技術，2020，27（2）：169-170.

[3] 陳達，王紅強，葉淑娟，等.煤礦主通風機自動化控制技術研究與應用[J].中國高新技術企業(yè)，2013（30）：98-99.