專利名稱：煤礦主要通風機自適應控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及煤礦主要通風機的自動控制。根據(jù)煤礦礦井總回風巷的瓦斯?jié)舛?、煤礦礦井對通風機風量的需求、煤礦礦井總回風巷的風速、煤礦主要通風機運行中發(fā)生的故障對礦井主要通風機的運行進行自動控制。提高礦井通風系統(tǒng)的可靠性，滿足《煤礦安全規(guī)程》對礦井通風條件的要求，降低礦井主通風機的能耗。
背景技術：
礦井通風是把地面新鮮空氣連續(xù)不斷的送入到井下各用風地點(采掘工作面、硐室等)，其目的是稀釋和排除有害氣體和礦塵，提供井下人員所需的氧氣，同時創(chuàng)造一個良好的氣候條件。礦井通風是保障礦井安全最主要的技術手段之一?！睹旱V安全規(guī)程》規(guī)定 礦井必須采用機械通風；必須配備兩臺同型號的主要通風機，一臺運行，一臺備用；礦井必須有完整獨立的通風系統(tǒng)，必須按實際風量核定礦井產(chǎn)量，即“以風定產(chǎn)”。礦井通風系統(tǒng)是否合理，對整個礦井通風狀況的好壞和能否保障礦井安全生產(chǎn)起著重要的作用，同時應在保證安全生產(chǎn)的前提下，降低通風費用，力求經(jīng)濟合理。通風機是礦井通風系統(tǒng)的主要設備，用于礦井井下的通風換氣，改善井下的工作條件及空氣質(zhì)量，確保礦山安全生產(chǎn)。在礦井主要通風機的選型時，除了考慮煤礦本身的安全性，即按井下同時工作的最多人數(shù)、礦井瓦斯和其他廢氣計算所需風量；還考慮了煤礦的可持續(xù)發(fā)展性，即煤礦不斷開采擴大對風量的要求，以及通風機特性與礦井通風特性的不匹配，致使主要通風機選型偏大、風機風量偏高、電機容量偏大，風機風量不能根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的需要自動調(diào)節(jié)，使風機長期處于“大馬拉小車”的運行狀態(tài)，風機運行效率低下；現(xiàn)有礦井主要通風機運行中發(fā)生風機軸承溫度過高、風機電流過載、風機電壓過壓、欠壓，供電系統(tǒng)缺相等故障時，不能及時發(fā)現(xiàn)和采取風機停機等應對措施，使風機軸承和風機電機損壞，造成較大經(jīng)濟損失；現(xiàn)有礦井主要通風機運行中不能對礦井總回風巷的風量和風速進行監(jiān)控，在煤礦礦井發(fā)生瓦斯突出、瓦斯爆炸、煤塵爆炸等事故需要反向送風時不能快速反向送風。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有礦井主要通風機運行中存在的風機風量不能根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的需要自動調(diào)節(jié)、風機軸承和風機電機易損壞、需要反向送風時不能快速反向送風等問題，本實用新型提供一種煤礦主要通風機自適應控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能對礦井主要通風機的運行進行自動控制。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是煤礦主要通風機自適應控制系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集單元、控制單元、執(zhí)行單元，其特征在于數(shù)據(jù)采集單元包括環(huán)境檢測裝置、風機故障檢測裝置，所檢測到的環(huán)境數(shù)據(jù)信號以及主風機、備用風機的故障信號傳輸至控制單元，控制單元用于控制主風機和備用風機的運行，通過執(zhí)行單元與主風機、備用風機連接。所述環(huán)境檢測裝置包括風量檢測裝置和瓦斯?jié)舛葯z測裝置。[0008]所述執(zhí)行單元包括變頻器和接觸器，控制單元通過變頻器連接主風機、備用風機， 通過接觸器連接主風機、備用風機的風門。所述控制單元為可編程控制器以及人機交互界面。所述控制單元設置至少兩套獨立的可編程控制器，分別接受主風機故障信號和其余備用風機故障信號，并分別經(jīng)執(zhí)行單元與主風機和備用風機連接。本實用新型控制器依據(jù)環(huán)境檢測信號通過所設置的參數(shù)經(jīng)執(zhí)行單元控制風機的風量和啟停，依據(jù)主、備用風機的故障檢測信號通過所設置的參數(shù)經(jīng)執(zhí)行單元控制主、備用風機的切換。風機故障檢測裝置設置在風機電路上。所述風量檢測裝置采用翼型測風裝置及壓力變送器，取樣被測風斷面的多個測量點，采樣得到被測斷面的實時風量，并通過壓力變送器將風量轉(zhuǎn)換成模擬電流提供給可編程控制器；瓦斯?jié)舛葯z測裝置通過瓦斯?jié)舛葯z測儀將檢測到的總回風巷的瓦斯?jié)舛绒D(zhuǎn)換成模擬電流提供給可編程控制器；風機故障檢測裝置包括風機過負載、過電壓、欠電壓、軸承溫度、供電系統(tǒng)缺相等檢測裝置，當發(fā)生故障時向可編程控制器發(fā)出相應的故障信號。所述控制單元根據(jù)風量檢測裝置、瓦斯?jié)舛葯z測裝置、風機故障檢測裝置采集到的風量大小、瓦斯?jié)舛群凸收闲盘柾ㄟ^可編程控制器、觸摸屏、變頻器、接觸器自動調(diào)節(jié)風機轉(zhuǎn)速和運行狀況。當運轉(zhuǎn)的風機出現(xiàn)故障時，能停止故障風機，發(fā)出故障報警信號并自動切換成備用風機運轉(zhuǎn)。對礦井總回風巷的風速進行監(jiān)控，在礦井需要反向送風時能快速反向送風。由可編程控制器和觸摸屏組成的人機交互界面，可以實現(xiàn)人-機信息的實時交互， 操作人員可通過觸摸屏在有密碼保護的情況下設定礦井所需的風量、礦井總回風巷的斷面直徑這兩個用戶參數(shù)；在系統(tǒng)運行過程中，人機交互界面可顯示系統(tǒng)時間、系統(tǒng)運行時間、 實時風量、實時瓦斯?jié)舛?、總回風巷實時風速等重要的運行參數(shù)；在系統(tǒng)發(fā)生故障時，除了控制柜上的聲光報警外，人機交互界面也同時顯示系統(tǒng)相應的故障狀態(tài)，操作人員還可在故障排除后，通過觸摸屏將報警復位。變頻器、接觸器構成的執(zhí)行單元中通過設置變頻器合理的運行參數(shù)，使其接受可編程控制器輸出的模擬信號的控制，從而實現(xiàn)對電動機變頻運行，達到改變電動機轉(zhuǎn)速的目的；本系統(tǒng)中的接觸器接受可編程控制器發(fā)出的程序指令信號對風機風門的打開和關閉進行控制。本實用新型系統(tǒng)由兩套獨立的S7-200PLC模塊分別對兩臺風機進行自動控制。正常情況下只有一臺風機運轉(zhuǎn)，另一臺風機備用，控制系統(tǒng)能根據(jù)風量檢測裝置、瓦斯?jié)舛葯z測裝置、風機故障檢測裝置采集到的風量大小及瓦斯?jié)舛群凸收闲盘柾ㄟ^可編程控制器、 觸摸屏、變頻器、接觸器自動調(diào)節(jié)風機轉(zhuǎn)速和運行狀況。當運轉(zhuǎn)的風機出現(xiàn)故障時，能停止故障風機，發(fā)出故障報警信號并自動切換成備用風機運轉(zhuǎn)。對礦井總回風巷的風速進行監(jiān)控，在礦井需要反向送風時能快速反向送風。本實用新型的有益效果是，能以礦井總回風巷的瓦斯?jié)舛群偷V井現(xiàn)場工況對風量需求對礦井主要通風機的轉(zhuǎn)速進行自動控制，降低礦井主通風機的能耗，在發(fā)生風機軸承溫度過高、風機電流過載、風機電壓過壓、欠壓，供電系統(tǒng)缺相等故障時根據(jù)不同的故障信號采取風機停機并自動切換成備用風機運轉(zhuǎn)等應對措施，使風機軸承和風機電機不被損壞，在煤礦礦井發(fā)生瓦斯突出、瓦斯爆炸、煤塵爆炸等事故需要反向送風時能快速反向送
4風；該系統(tǒng)還可實現(xiàn)對礦井總回風巷的風速進行監(jiān)控、超出規(guī)定值時即報警，強制貫徹、執(zhí)行了《煤礦安全規(guī)程》中對礦井通風條件的要求，提高了礦井通風系統(tǒng)的安全性和可靠性。
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳細闡述。

圖1是本實用新型的系統(tǒng)組成框圖圖2是1#風機的主電路圖圖3是1#風機PLC自動控制模塊電路圖圖4是姊風機的主電路圖圖5是姊風機PLC自動控制模塊電路圖
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型由風量檢測裝置、瓦斯?jié)舛葯z測裝置、風機故障檢測裝置構成的數(shù)據(jù)采集單元；可編程控制器、觸摸屏構成的控制單元及人機交互界面；變頻器、接觸器構成的執(zhí)行單元組成。風量檢測裝置采用翼型測風裝置及壓力變送器，取樣被測風斷面的多個測量點， 采樣得到被測斷面的實時風量，并通過壓力變送器將風量轉(zhuǎn)換成模擬電流提供給可編程控制器；瓦斯?jié)舛葯z測裝置通過瓦斯?jié)舛葯z測儀將檢測到的總回風巷的瓦斯?jié)舛绒D(zhuǎn)換成模擬電流提供給可編程控制器；風機故障檢測裝置包括風機過負載、過電壓、欠電壓、軸承溫度、 供電系統(tǒng)缺相等檢測裝置，當發(fā)生故障時向可編程控制器發(fā)出相應的故障信號?？刂茊卧潜鞠到y(tǒng)的核心部分，根據(jù)風量檢測裝置、瓦斯?jié)舛葯z測裝置、風機故障檢測裝置采集到的風量大小及瓦斯?jié)舛群凸收闲盘柾ㄟ^可編程控制器、觸摸屏、變頻器、接觸器自動調(diào)節(jié)風機轉(zhuǎn)速和運行狀況。當運轉(zhuǎn)的風機出現(xiàn)故障時，能停止故障風機，發(fā)出故障報警信號并自動切換成備用風機運轉(zhuǎn)。對礦井總回風巷的風速進行監(jiān)控，在礦井需要反向送風時能快速反向送風。由可編程控制器和觸摸屏組成的人機交互界面，可以實現(xiàn)人-機信息的實時交互，操作人員可通過觸摸屏在有密碼保護的情況下設定礦井所需的風量、礦井總回風巷的斷面直徑這兩個用戶參數(shù)；在系統(tǒng)運行過程中，人機交互界面可顯示系統(tǒng)時間、系統(tǒng)運行時間、實時風量、實時瓦斯?jié)舛?、總回風巷實時風速等重要的運行參數(shù)；在系統(tǒng)發(fā)生故障時，除了控制柜上的聲光報警外，人機交互界面也同時顯示系統(tǒng)相應的故障狀態(tài)， 操作人員還可在故障排除后，通過觸摸屏將報警復位。變頻器、接觸器構成的執(zhí)行單元中通過設置變頻器合理的運行參數(shù)，使其接受可編程控制器輸出的模擬信號的控制，從而實現(xiàn)對電動機變頻運行，達到改變電動機轉(zhuǎn)速的目的；本系統(tǒng)中的接觸器接受可編程控制器發(fā)出的程序指令信號對風機風門的打開和關閉進行控制。如圖2所示，1#風機由兩臺或一臺變頻器分別控制兩臺或一臺電機驅(qū)動。三相 380V交流電源通過熔斷器FU11，過斷路器QFll接入1#、姊變頻器的電源輸入端R、S、T，變頻器輸出U、V、W驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動。QFll后端接有三相電壓繼電器KAll、KA12可檢測電源是否過電壓、欠電壓及缺項。1#變頻器A02、GND輸出電流信號送到PLC模擬量輸入端子C+、 C-(圖2所示)用以檢測電機Ml回路電流，姊變頻器A02、GND輸出電流信號送到PLC模擬量輸入端子D+、D-(圖3所示)用以檢測電機M2回路電流。圖3中PLC模擬量輸出端子輸出一電壓信號至圖1中變頻器VS1、GND端作為電機轉(zhuǎn)速指令信號，實時控制電機轉(zhuǎn)速。如圖3所示，該模塊由一臺S7-200PLC、一臺EM235模擬量擴展模塊及外圍電路組成。當初次啟動是啟動1#風機時，按下啟動按鍵SBll(^i風機必須處于停機狀態(tài))， 系統(tǒng)首先通過SQ1、SQ2、SQ3、SQ4檢查1#、姊風門位置，如不滿足1#風機的風門開啟，姊風機的風門關閉的風機啟動初始條件，則KM11、KMl2動作，使1#風機的風門開啟，2#風機的風門關閉。當滿足風機啟動初始條件后，1#風機正常啟動并根據(jù)設定風量控制風機運轉(zhuǎn)， 系統(tǒng)運行指示燈HLll亮。在風機運行過程中，當瓦斯?jié)舛葯z測裝置(圖3A+、A-端)檢測到的瓦斯?jié)舛瘸^規(guī)定值時，電機轉(zhuǎn)速將自動上升提高風量以降低瓦斯?jié)舛取．斖咚節(jié)舛葯z測裝置(圖3A+、A-端)檢測到的瓦斯?jié)舛炔怀^規(guī)定值時，如風量檢測裝置(圖:3B+、 B-端)檢測到的風量低于設定值，電機轉(zhuǎn)速將自動上升以保證風量。如風量檢測裝置(圖 3B+, B端)檢測到的風量高于設定值，電機轉(zhuǎn)速將自動下降，降低礦井主通風機的能耗。 1#風機在運行過程中自動控制模塊輸出KA14至2#風機自動控制模塊，保證2#風機不能啟動；當1#風機運行中出現(xiàn)過電流、過電壓、欠電壓、缺相、風機軸承超溫、電機超溫等故障時，自動控制系統(tǒng)將停止1#風機，通過1#風機PLC自動控制模塊輸出KA23去啟動姊風機PLC自動控制模塊，切換成姊風機運行。同時系統(tǒng)報警，對應指示燈亮，蜂鳴器聲音報警。在啟動1#風機無故障運行30天后，風機自動控制系統(tǒng)將自動停止1#風機，切換成 2#風機運行。當初次啟動是啟動姊風機時，按下啟動按鍵SB21(1#M機必須處于停機狀態(tài))，系統(tǒng)首先通過SQ1、SQ2、SQ3、SQ4檢查1#、2#風門位置，如不滿足2#風機的風門開啟，1#風機的風門關閉的風機啟動初始條件，則KM21、KM22動作，使姊風機的風門開啟，1#風機的風門關閉。當滿足風機啟動初始條件后，姊風機正常啟動并根據(jù)設定風量控制風機運轉(zhuǎn)，系統(tǒng)運行指示燈HLll亮。在風機運行過程中，當瓦斯?jié)舛葯z測裝置(圖3A+、A-端)檢測到的瓦斯?jié)舛瘸^規(guī)定值時，電機轉(zhuǎn)速將自動上升提高風量以降低瓦斯?jié)舛?。當瓦斯?jié)舛葯z測裝置 (圖3A+、A端)檢測到的瓦斯?jié)舛炔怀^規(guī)定值時，如風量檢測裝置(圖:3B+、B-端)檢測到的風量低于設定值，電機轉(zhuǎn)速將自動上升以保證風量。如風量檢測裝置(圖3B+、B-端) 檢測到的風量高于設定值，電機轉(zhuǎn)速將自動下降，降低礦井主通風機的能耗。姊風機在運行過程中智能控制模塊輸出KAM至1#風機自動控制模塊，保證1#風機不能啟動；當2#風機運行中出現(xiàn)過電流、過電壓、欠電壓、缺相、風機軸承超溫、電機超溫等故障時，自動控制系統(tǒng)將停止姊風機，通過姊風機PLC自動控制模塊輸出KA13去啟動 1#風機PLC自動控制模塊，切換成1#風機運行。同時系統(tǒng)報警，對應指示燈亮，蜂鳴器聲音報警。在啟動2#風機無故障運行30天后，風機自動控制系統(tǒng)將自動停止2#風機，切換成 1#風機運行。風機自動控制系統(tǒng)在出現(xiàn)1#、姊風機風門開關未到位；風機運行過程中，總回風巷風速超出規(guī)定值；變頻器頻率已達50Hz瓦斯?jié)舛热猿?，風量仍不足的情況下將通過報警指示燈分別報警。按停止按鍵SB12可停止1#風機；按SB12后，按SB13可使1#風機反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)快速反向送風；按SB14可緊急關閉1#風機風門。[0036] 按停止按鍵SB22可停止2#風機；按SB22后，按SB23可使2#風機反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)快速反向送風；按SBM可緊急關閉2#風機風門。
權利要求1.煤礦主要通風機自適應控制系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集單元、控制單元、執(zhí)行單元，其特征在于數(shù)據(jù)采集單元包括環(huán)境檢測裝置、風機故障檢測裝置，所檢測到的環(huán)境數(shù)據(jù)信號以及主風機和備用風機的故障信號傳輸至控制單元，控制單元用于控制主風機和備用風機的運行，通過執(zhí)行單元與主風機和備用風機連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的煤礦主要通風機自適應控制系統(tǒng)，其特征在于所述環(huán)境檢測裝置包括風量檢測裝置和瓦斯?jié)舛葯z測裝置。
3.根據(jù)權利要求1所述的煤礦主要通風機自適應控制系統(tǒng)，其特征在于所述執(zhí)行單元包括變頻器和接觸器，控制單元通過變頻器連接主風機和備用風機，通過接觸器連接主風機和備用風機的風門。
4.根據(jù)權利要求1所述的煤礦主要通風機自適應控制系統(tǒng)，其特征在于所述控制單元為可編程控制器。
5.根據(jù)權利要求1或4所述的煤礦主要通風機自適應控制系統(tǒng)，其特征在于所述控制單元設置至少兩套獨立的可編程控制器，分別接受主風機故障信號和其余備用風機故障信號，并分別經(jīng)執(zhí)行單元與主風機和備用風機連接。
6.根據(jù)權利要求1所述的煤礦主要通風機自適應控制系統(tǒng)，其特征在于風機故障檢測裝置設置在風機電路上。
7.根據(jù)權利要求2所述的煤礦主要通風機自適應控制系統(tǒng)，其特征在于所述風量檢測裝置采用翼型測風裝置及壓力變送器。
專利摘要本實用新型針對現(xiàn)有礦井通風機不能根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的需要自動調(diào)節(jié)、風機軸承和風機電機易損壞、需要反向送風時不能快速反向送風等問題，提供一種煤礦主要通風機自適應控制系統(tǒng)，由數(shù)據(jù)采集單元檢測環(huán)境數(shù)據(jù)信號以及主風機、備用風機的故障信號傳輸至控制單元，通過執(zhí)行單元與主風機、備用風機連接，控制單元用于控制主風機和備用風機的運行。采用本實用新型能自動調(diào)節(jié)風機轉(zhuǎn)速和運行狀況，降低礦井主通風機的能耗，出現(xiàn)故障時能停止故障風機，自動切換成備用風機運轉(zhuǎn)，在礦井需要反向送風時能快速反向送風。該系統(tǒng)還可實現(xiàn)對礦井總回風巷的風速進行監(jiān)控、超出規(guī)定值時即報警，提高了礦井通風系統(tǒng)的安全性和可靠性。
文檔編號E21F17/18GK201982142SQ201020609620
公開日2011年9月21日 申請日期2010年11月17日 優(yōu)先權日2010年11月17日
發(fā)明者何仁剛, 何弢, 盧建波, 孫建, 彭倫天, 潘開方 申請人:重慶飛爾達機械有限責任公司