煤礦巷道通風機集中控制系統的設計應用

＊馬衛斌

（晉能控股煤業集團煤峪口礦供電科 山西 037003）

1.概述

煤礦開采的自動化技術逐漸提高，對于配套設備的自動化控制及可靠性提出了更高的要求。通風機是礦井巷道常用的通風設備，進行巷道通風可以提供新鮮空氣，并排出礦井巷道內的有害氣體，保證煤礦開采的安全[1]。在煤礦的開采作業中，通常情況下需要多臺通風機進行同時工作，保證巷道通風的連續性。通風機工作的可靠性決定了礦井巷道通風的安全性，對多臺通風機進行集中的同步控制對保證井下的作業安全具有重要的意義。

2.通風機集中控制系統整體方案

對煤礦巷道內的多臺通風機進行集中控制，控制系統要具備完整的信號檢測、故障保護、人機交互及通訊功能。信號檢測包括控制系統可以采集系統內的電壓、電流等常規運行信號及運行環境的瓦斯等危險氣體濃度信號，采樣信號準確可靠，能夠反映通風機的運行狀態及運行環境，從而制定相應的故障保護設置[2]。系統的故障保護功能主要包括漏電保護、電流保護及電壓保護，對系統的短路、過載等進行動作，并采用電壓保護，提高電壓的穩定性并保證系統的工作處于額定狀態。人機交互是指依據礦井內的實際工況，對通風機的運行參數進行不同的設置，及時適應工作環境的變化并對運行參數及狀態進行實時的顯示。通訊同能是通過集中控制系統實現對礦井巷道的安全監測，是煤礦自動化開采的體現[3]。依據集中控制系統的功能，依據某煤礦的通風機設置，設計集中控制系統的框圖如圖1所示。

圖1 集中控制系統框圖

在圖1所示的框圖中，CPU作為系統的中央處理器，是集中控制系統的核心；INVERTER作為變頻器，進行礦井危險氣體排放的變頻實現；EM231是模擬量的處理模塊，對系統采集的模擬量信號進行處理；EM277是通訊模塊，實現系統的通訊；VS是電壓檢測的單元，對系統內的運行電壓進行監測及維穩；FIS是功能信號輸入，實現人機對系統運行的調整；DPS是輸入單元，對系統輸入額定的運行參數；CS是電流的監測單元，對系統內的運行電流進行監測；ELLS是漏電保護單元，實現系統的電纜絕緣保護；MB作為保護主板，實現電流的保護；DM是繼電器的驅動模塊，對系統的繼電器進行控制；CRS是接觸器返回，接收返回的信號；PLC依據信號的有無來確定通風機的運行狀態；LCD顯示器對系統的運行狀態進行動態的實時顯示，便于對運行狀態進行監控[4]。

CPU輸入輸出包含模擬量和數字量信號，由于煤礦環節惡劣，采用抗干擾能力強的PLC作為中央控制器，采用西門子S7-200系列PLC，CPU226作為主控模塊，依據系統需求，選擇CPU配置見表1所示。

表1 CPU系統配置

控制系統的變頻器是進行危險氣體排放的控制設備，其穩定性對于系統的控制安全具有重要的影響，對于通風機進行控制，其過載和調速精度要求不高，采用U/F控制方式，可以降低控制的成本[5]。采用CHF系列的通用變頻器，采用485接口與PLC進行通訊，變頻器的主要參數見表2所示。

表2 變頻器的運行參數

3.通風機集中控制系統的控制方式

對于集中控制系統的控制方式，由于電氣設備之間的組合應用，在進行操作時，要保證控制系統的穩定性及易操作，能夠根據礦井內的通風情況進行實時的調整，及時進行危險氣體的排放，保證礦井的作業安全。多通風機控制系統采用幾種不同的控制方式實現系統的控制功能，包括自動控制、手動控制、空載測試控制及直接啟動控制[6]。

自動控制方式如圖2所示，系統啟動后，接觸器1、2吸合，通過變頻器控制電動機軟啟動，PLC檢測巷道內的危險氣體濃度值，依據不同的濃度參數，自動調整通風機的轉速，對礦井內部實現通風；在運行過程中，PLC檢測各通風機的運行參數，當有故障出現時，相應的接觸器自動跳閘，并由報警器進行報警。當有故障發生時，處于備用狀態的通風機自動進行軟啟動，礦井內依據通風機的運行設定相應的危險氣體傳感器如圖3所示，其中F表示局部的單臺通風機。

圖2 集中控制系統的主接線圖

圖3 巷道內危險氣體檢測傳感器布置

手動控制模式是在氣體檢測傳感器發生故障時，則系統可停止運行發出報警通知。在手動控制模式下，工作人員可手動調整變頻器的頻率，實現通風機的轉速調整，進而對通風機的通風狀態進行調整?？蛰d測試控制模式是在故障檢修完成后，利用空載的功能進行效果的核驗，在空載測試控制的模式下，系統的主回路電源切斷，控制系統實現不經啟動而實現集中控制系統的檢測。在自動控制的模式下，兩套集控系統產生故障無法進行自動轉換時，會進行報警，提醒作業人員進行系統的檢修。同時，可以選擇一套控制系統設定為直接啟動控制，按下啟動按鈕后，通風機實現額定狀態下運轉。此時的系統處于無保護狀態，應對保障系統進行及時的檢修，進行空載測試后，停止運行中的系統，設定為自動啟動方式，集中控制系統恢復自動控制方式。

4.總結

通風機的運行能夠為煤礦巷道提供新鮮的空氣，將有害的危險氣體排出。采用多通風機集中控制系統，能夠依據礦井內各位置的工況不同，實現對通風機運行狀態的調整。集中控制系統的功能完善，能夠實現測量、變頻、保護及通訊等功能，實現對通風機的智能化控制，從而可以為煤礦的井下安全提供保障，實現煤礦的安全生產。