礦井主通風機自動監測控制系統的研究

邱仲輝

（晉能控股集團晉華宮大型設備科，山西 大同 037003）

引言

礦井主通風機是煤礦井下通風系統的核心，其工作的穩定性和可靠性直接關系到煤礦井下的綜采安全性。現有的通風倒機控制方案操作程序復雜，一旦操作順序出錯，將導致倒機失效，影響通風安全。井下電磁干擾源多，對變頻控制器會產生較大的干擾，影響對通風機控制的穩定性。這些普遍存在的問題給井下的通風穩定性造成了極大的影響，因此設計一款新的礦井通風機控制系統，提升控制精度和穩定性。

1 引壓管防凍的設計方案

我國煤礦一般分布在北方地區，在不同的季節溫度差異性顯著，特別是在冬季時，地面溫度會達到0℃以下。目前的通風機監測系統中，風壓監測傳感器裝置是位于監控室內，在監控室和指定的風壓測量位置之間會有一定的間隔，兩地之間是利用引壓管進行數據信息傳遞和交互，引壓管是和電纜一起鋪設在電纜溝內，因此引壓管在監測點和監控室之間實際上是呈“U”形的狀態存在。從地下管道內吹出的風含有大量的水蒸氣，當地面溫度較低時會產生凍結，水蒸氣隨著引壓線集聚在“U”形的底部，引起管路堵塞，進而導致影響風壓測量精度，通風系統調節失效。

在對現有通風監測系統風壓監測失效分析的基礎上，本文提出了一種新的風壓抗凍裝置，其結構如圖1所示[1]。

由圖1可知，該系統將傳統的壓力變送傳輸模式升級為了電信號傳輸模式[2]，降低了監控室和風壓測量點位之間的引壓管長度，使整個引壓管保持了平直模式，避免了因彎折導致的積水結冰問題，同時也顯著地提升了日常的故障維修排查便捷性。

圖1 風壓抗凍裝置結構

在新的監測控制系統中，在風機外殼指定位置設置一個接線盒，然后把管路一側和接線盒端口連接，并將另一側設置到壓力監測裝置上，壓力監測裝置和控制系統之間采用通信電纜連接。該新的接線模式不僅能夠有效地解決引壓管凍結問題，而且相當于在系統中增加了一種數據轉接站，能夠對傳輸信號進行集中處理，提升了數據處理的速度和有效性。

2 倒機控制的設置

在礦井通風的過程中，若出現緊急情況或者特殊情況，需要對風機進行倒機，滿足通風控制安全性的需求，傳統控制模式中需要多步驟操作，對操作順序和時間都有一定的要求，控制流程繁瑣、操作周期長，因此難以滿足緊急情況下的控制需求。其倒機控制流程如下頁圖2所示。

由圖2可知，主通風機根據風機結構的不同，其倒機控制流程也不一致，在進行關閉時必須遵循逐次關閉的原則，否則會導致風機風壓急劇增加，影響通風安全性[3]。在該新的監控系統中對控制程序和流程進行了升級，根據倒機控制流程和要求，設計了一鍵倒機控制，當給出啟動控制信號后系統根據預先設定的邏輯控制程序和時間，自動進行順序控制，從而消除了因人工控制失效導致的通風安全問題，極大地提升了倒機控制的一致性和有效性。

圖2 風機倒機控制流程

3 變頻控制器控制優化

煤礦井下各類機械設備多、電磁信號復雜，極易對變頻控制器的運行產生干擾，影響其控制穩定性，進而導致對通風機的變頻控制調節失效，影響風機運行安全和經濟性。針對這種問題，在新的控制系統中加入了變頻器抗干擾設計和變頻器運行監測模塊，實現了對變頻控制器運行的自動監測和報警。

由于變頻器輸出的控制電壓為矩形電壓，波形寬度不一致，因此在傳輸過程中會形成電磁感應干擾，影響正常信號的傳輸，因此在變頻器的輸入端和輸出端各加入了一個濾波電路[4]，對輸入信號和輸出信號進行濾波處理減少數據信號的干擾，同時各傳輸線路均采用具有抗干擾能力的雙層屏蔽線路，減少外界電磁信號對傳輸過程的影響。

為了提高對變頻器輸出信號穩定性的監測，在系統中增加了一個變頻控制器監測模塊，其結構如圖3所示。

圖3 變頻器監控模塊示意圖

通過該變頻監控模塊，能夠實現對變頻器控制信息的實時顯示，將各類關鍵數據以圖表、曲線的模式顯示在控制端，便于監測人員的及時觀測，同時系統中還具有數據報警功能，當變頻器的輸出數據超過正常范圍后系統自動發出聲光報警并指示故障原因和位置，便于工作人員及時檢修，提升系統運行的可靠性。

4 結論

1）在風機上增加一個接線盒，采用電信號傳輸模式，不僅能夠有效地解決引壓管凍結問題，而且相當于在系統中增加了一種數據轉接站，能夠對傳輸信號進行集中的處理，提升了數據處理的速度和有效性；

2）一鍵倒機控制，能夠消除了因人工控制失效導致的通風安全問題，極大地提升了倒機控制的一致性和有效性；

3）在系統中加入濾波電路并采用屏蔽電纜，解決了變頻器易受干擾的難題，在系統中增加變頻器監控模塊，能夠自動對變頻器運行狀態進行監測報警，提升了運行穩定性。