通风机自动控制系统的设计及应用分析

焦文涛

（晋能控股集团有限公司潘家窑矿，山西 大同 037003）

在我国，地上很少有煤矿，几乎都在地下，当开采地下煤矿时，极易有瓦斯、粉尘以及别的有害气体产生。若不及时处理这些有害气体与粉尘，那么就会影响井下所有工作人员的人身安全与健康。保证掘进工作面的环境比较良好的关键措施就是局部通风机，经过通风机来把井中的有害气体、粉尘等从矿井中排出来，并将新鲜空气输入进去。就那些没有稳定瓦斯涌出量的矿井而言，若通风机的运行速度在不短的时间内一直比较高，那么就会浪费能源。按照矿井的真实状况，来自动控制其运行速度。以保证井中的安全为前提，来将能源消耗降低。

1 自动控制系统的整体设计方案

在对矿用局部通风机自动控制系统进行设计时，设计的主要目的就是可以按照矿井中里的真实状况，来调节局部通风机此时的风速，防止通风机在不短的时间内一直高功率的运转，这样不但会对设备运行的稳定性有影响，也会有不少的能源浪费产生。图1就是该设计目标的框图。在保证煤矿稳定与安全方面，最主要的设备就是局部通风机，若局部通风机不在运行，那么就会对矿井中人员的人身安全产生威胁。所以，会将备用通风机与主通风机都设置在各个位置上，而且，将变频器配备给了通风机。主要作用就是可以由主控制器来进行控制，然后将通风机所提供的电源频率改变，使所控制的运转功率更加准确。

图1 自动控制系统整体方案框图

将温湿度、煤尘与瓦斯传感器等设置到自动控制系统中，能够实时检测矿井中的真实状况，还要把结果输送至主控制器，并由主控制器来处理和分析。若有危险被控制器所判断出，那么就会将其运行功率加大的控制指令下达下去，然后就会使井中的空气快速更换，保证矿井的安全。与之相反，若井中的环境比较安全，就会将其运行功率减小的控制指令下达下去，这样不但可以对能源进行节省，还可以对设备进行保护。

而且，连接到上位机的显示大屏会将全部数据信息显示出来，有利于工作人员实时了解井下真实状况。若井下的温湿度、煤尘、瓦斯等没在通风机的调节范围中，那么就会有警报从系统中发出来。远程可以被控制人员用来切换备用通风机与主通风机。

2 设计与选型自动控制系统的硬件

在对自动控制系统进行设计时，所有的传感器、变频器、主控制器就构成了最关键的硬件设施。所以，下面就具体介绍了硬件设施的设计与选型。

2.1 主控制器的基本原理

就本控制系统而言，最重要的就是主控制器，全部传感器经过检测之后所得到的有关数据信息均要输送至传感器内，并由传感器来处理与分析，于此同时，传感器还要控制全部的变频器，继而可以控制其运行功率，并和上位机设备实施数据传输。在对控制器进行选择时，一定要选择传输能力与数据计算都比较强大的，和真实状况相结合，所选用的控制器型号是STM32F103 VB，图2 就是其主控器实物图片。在该控制器中，外接接口还是比较丰富的，CAN 总线接口、USB高速接口这两种接口就在该控制器中，这2种外接接口能够连接外部设备与快速传输数据。就计算能力而言，ADC通道串口、中断、可编程优先级都比较多，分别是17、60、16 级，可以使本控制系统在运算方面的需求得到满足。

图2 主控制器的实物图片

2.2 变频器的基本原理

在对变频器进行选择时，所选用的型号是BPJ-90-660、BPJ-90-660 型变频器被普遍使用到工业领域中，具有较好的可靠性与自我保护功能，若出现故障，则马上自动报警，适宜使用到不简单的环境中。于此同时，还能够将标量与矢量控制一起实现，在控制时，可以保证其稳定性与准确性。图3就是变频器控制基本原理框图。从图3得知，变频器的输出、输入的电压频率分别是0～320Hz、50Hz，其输入电压频率不变，其输出电压频率能够在上述范围中改变。

图3 变频器控制基本原理框图

2.3 传感器的基本原理

在选择瓦斯浓度传感器时，所选择的型号是KGJ16B、KGJ16B型。瓦斯浓度传感器的工作原理就是选取红外装置来检测瓦斯浓度。通过实践得知，KGJ16B型号的瓦斯浓度传感器的检测精度比较高，防爆功能也存在于该瓦斯传感器中，适应力强。在选择粉尘传感器时，所选择的型号是GCG 1000，该粉尘传感器的作用就是检测井中煤尘的浓度，所使用的原理为光散射，那是因为光散射会受粉尘浓度的影响。检测精度比较高也是该型号粉尘传感器所具有的，能够将精度控制到2.5%范围中，使运行更加稳定与可靠，能够检测的距离是2km，并且远程控制也被接受。在选择温湿度传感器时，所选择的型号是GWSD100/100，该型号温湿度传感器能够同时检测湿度与温度信号，灵敏度比较高。其检测的湿度与温度的范围对应是0%～100%RH、0℃～100℃。在选择风速传感器时，所选用的型号是GFY15B，其主要就是检测井中的风量与风速，并把所检测到的数据上传至主控制器内，控制相应时间，控制到5s以内。

3 分析自动控制系统软件

LabVIEW 软件会实现和编写自动控制系统软件，软件能够操作和控制硬件设施，使控制系统的所有功能得以实现，于此同时，连接到上位机的显示大屏会将全部数据信息显示出来。用户在登录系统之前，一定要对密码与账号进行输入，要不然就不能进到系统里面来操作与查看，图4就是自动控制系统的监控界面。

图4 自动控制系统监控界面

从图4能够看出，有很多组的通风机云状情况数据信息显示到控制系统界面中，备用通风机与主通风机存在于各个组的通风机中。在界面内，不但将通风机目前的风量进行了显示，还以传感器所检测出的所有数据信息为基础，来进行全面分析，预测后续一段时间对风量的需求量，继而来调节其运行功率。手动与自动是软件中的工作模式，当是自动模式时，能够自动切换备用通风机与主通风机，当是手动模式时，备用通风机与主通风机的选择比较自由。

检测出的全部数据信息均存储至数据库内，方便之后分析和查询数据。将环境参数界面设置到软件内，该界面能够将详细环境参数显示出来，风速、井中的风量、环境的湿度与温度、煤尘的浓度、瓦斯浓度等构成了其环境参数。若井中的环境不再简单，通风机就不能进行控制和调节时，就会将警报发出来，告诉工作人员马上撤离。

4 结束语

对矿井局部通风机自动控制系统进行设计，并将其使用至煤矿工程的实践内，还要6个月不间断观察其运行效果。在运行效果中，最明显的是能够自动调整通风机输出的风量，且自动调整的通风机输出量的范围是17000～25000m3/min，可以确保矿井有安全的环境，于此同时还将能源消耗降低；在使用自动系控制系统之后，可以使其更加自动化，应用的所有硬件设施所具有的可靠性都是比较高的，使通风系统可以稳定运行。