矿井主通风机自动化控制系统

文/李小红

矿井主通风机的主要作用是实现矿井内外的空气置换，即排除矿井中的有毒有害气体，并将矿井外的新鲜空气输送到矿井之中，从而保障矿井安全作业，保护井下工人的生命安全。同时，如今科学技术迅速发展的背景下，自动化控制技术在各行各业得到了广泛应用，矿井主通风机应用自动化控制系统，可以实现主通风机工作效率的提高，从而为保障矿井安全生产做出更好的贡献。

1 矿井主通风机的常见类型及其原理

矿井主通风机主要是向需风地点进行供风，对矿井主通风机的工作原理进行分析，从能量转换角度来看，矿井主通风机是将机械能转化为气体能量的一种设备。就现阶段来说，比较常用的矿井主通风机有离心式通风机、轴流式通风机两种类型。

1.1 离心式通风机的组成及其工作原理

离心式通风机是目前矿井中比较常用的一种主通风机。其主要由叶轮、机壳两个部分组成。小型通风机一般是在电动机上安装叶轮，而中大型通风机多是通过皮带或者是联轴器与电动机进行连接。离心式通风机通常情况下是单侧进气，所以多应用单级叶轮子。在流量较大的情况下，离心式通风机需要双侧进气。如图1所示。

从工作原理方面来看，离心式通风机主要是利用传动装置，带动叶轮持续旋转，同时在叶片旋转的过程中，叶片流道之间的空气产生离心力，通过叶端被抛出叶轮，进入机壳。受到一定差压的影响，进风口的风流从叶根进入叶道，并从叶端流出，从而形成连续流动。

1.2 轴流式通风机的组成及其工作原理

轴流式通风机也是目前矿井中比较常用的一种主通风机。其主要由机壳、叶轮、流线体、集流器、扩散筒以及传动部件等部分组成。其中最主要的部件便是叶轮，叶片通常为2～24片，在轮毂上呈均匀分布，叶片之间的角度为10～45度，叶片数量越多，风压也就越高。轴流式通风机通常是利用钢板焊接或铆接的方式，其工作原理是，在动力机的驱动作用之下，圆筒形机壳内叶轮不断旋转，促使气体在集流器中进入，随着叶轮速度、压力的不断提高，使气体沿轴向排出。如图2所示。

2 矿井主通风机控制形式

矿井主通风机自动化控制系统可以采取以下几种形式运行：

2.1 就地控制

可以在现场利用触摸屏进行操作，其稳定性较好，是最可靠的一种运行形式。

2.2 远程控制

即在另外一个地方来远程遥控电机。远程控制形式在很大程度上受到线路影响，与就地控制相比，远程控制的反应时间较长，但其也有着良好的稳定性，若采用光缆进行信息传递，则可以保障电机的正常运行。

2.3 自动控制

从本质上来说，自动控制也是一种远程控制，但是其无需人工操作，且可以实现通风机的自动运行。采取自动控制形式，若是通风机发生故障，便可以自动发出停机指令，同时启动备用通风机。

3 矿井主通风机自动化控制系统的构成

矿井主通风机自动化控制系统主要由通风系统、传感器系统以及中央控制系统三个部分组成。

3.1 通风系统

其主要利用变频器，来改变矿井主通风机中电机的转速，并以此来对矿井中的风量、风速进行控制，同时其可以自动调节，无需人工参与。国外诸多国家甚至可以借助传感器，来感知矿井内的温湿度，并以此为根据，对.矿井主通风机的电机转速进行合理调节，便可以改善矿井中的环境。

3.2 传感器系统

其主要分为风量传感器、风量控制单元传感器、温度变化传感器、风的压强传感器、有毒气体变化传感器等多种不同的类型。传感器主要通过改变风门角度，来实现风量控制目的，同时由地面控制台来决定风门角度大小。

3.3 中央控制系统

其为矿井主通风机自动化控制系统的核心部分，其主要借助微型计算机，来收集、整理矿井中的数据，并以这些数据作为根据，计算矿井所需通风量。计算机存在诸多接口，因此扩展能力非常强。对矿井主通风机实施自动化控制时，精度高、反应速度快，同时除控制风速、风量之外，中央控制系统还可以对矿井实际情况进行监督、报警，从而有利于保障矿井生产安全。

4 矿井主通风机自动化控制系统的工作方式

矿井主通风机自动化控制系统中，为实现其反应速度的提高，需要结合变频器、PLC，来实现对异步电机变频的控制，并进行调速。通常来说，PLC主要借助开关指令及模拟量方式来实现控制。

4.1 开关指令

开关指令控制方式指的是，将PLC与继电器节点连接起来，获取系统的运行状态。同时，以变频器的活动数据为根据，也可以控制电机的启停。但是这种方式仅适用于无需电机连续变速的场合。

4.2 模拟量方式

图1：离心式通风机及其结构简图

图2：轴流式通风机及其结构简图

变频器的输入信号不同，主要分为模拟信号、数字信号两种类型。模式信号可通过A/D模块转换，进而输出4～20毫安的电流或者0～10伏的电压。将信号传输给变频器的输入端，然后控制变频器的频率，从而使其成为模拟数据的有效控制方式。但是，其仅适用于变频器与PLC距离较小的场合。

5 矿井主通风机自动化控制系统的功能

矿井主通风机自动化控制系统的功能诸多，主要包括：

（1）可以显示矿井主通风机运行过程中的相关参数及运行状态特性，还可以利用监控模拟系统对矿井相关工作界面实施监督。

（2）故障发生后，自动化控制系统可以分辨是停电故障还是故障报警，并发出指令，若是警报故障，则可以记录该故障，为后续提供有效的参考。

（3）对历史运行参数、现在运行中的参数均可以记录下来，同时具备打印功能，一旦出现故障，则可以对故障原因记录自动进行打印。

（4）可以采取两种方式来进行主通风机的开关机，也就是手动开关机、自动开关机，同时，高压柜、励磁柜还可以被遥控。

（5）主通风机开机后，风道风门可以自动倒换。

（6）在线巡查时，可以将各倒机风门绞车及反风风门绞车运行情况等正确显示出来。

（7）矿井主通风机自动化控制系统可以依靠自身来判断励磁点烟、励磁电流是否准确，出现开车指示时，选择是自动开车还是手动开车。

（8）矿井主通风机自动化控制系统的自控功能良好，若运行过程中风机发生故障问题，则10秒的时间内备用电机便可以启动，以确保矿井主通风机的正常运行。

（9）矿井主通风机自动化控制系统具有远程网络接口，可以通过网路与矿井控制中心直接连接，从而实现远程监测、控制。

6 结语

综上所述，矿井生产过程中，通风机发挥着重要的作用，直接影响着矿井生产的安全性，必须给予高度重视，并应用自动化控制系统，实现通风机的安全、稳定运行，充分发挥通风机的作用，改善矿井生产环境。