CN201982142U - 煤矿主要通风机自适应控制*** - Google Patents

煤矿主要通风机自适应控制*** Download PDF

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Abstract

本实用新型针对现有矿井通风机不能根据生产现场的需要自动调节、风机轴承和风机电机易损坏、需要反向送风时不能快速反向送风等问题，提供一种煤矿主要通风机自适应控制***，由数据采集单元检测环境数据信号以及主风机、备用风机的故障信号传输至控制单元，通过执行单元与主风机、备用风机连接，控制单元用于控制主风机和备用风机的运行。采用本实用新型能自动调节风机转速和运行状况，降低矿井主通风机的能耗，出现故障时能停止故障风机，自动切换成备用风机运转，在矿井需要反向送风时能快速反向送风。该***还可实现对矿井总回风巷的风速进行监控、超出规定值时即报警，提高了矿井通风***的安全性和可靠性。

Description

煤矿主要通风机自适应控制***
技术领域
本实用新型涉及煤矿主要通风机的自动控制。根据煤矿矿井总回风巷的瓦斯浓度、煤矿矿井对通风机风量的需求、煤矿矿井总回风巷的风速、煤矿主要通风机运行中发生的故障对矿井主要通风机的运行进行自动控制。提高矿井通风***的可靠性，满足《煤矿安全规程》对矿井通风条件的要求，降低矿井主通风机的能耗。
背景技术
矿井通风是把地面新鲜空气连续不断的送入到井下各用风地点(采掘工作面、硐室等)，其目的是稀释和排除有害气体和矿尘，提供井下人员所需的氧气，同时创造一个良好的气候条件。矿井通风是保障矿井安全最主要的技术手段之一。《煤矿安全规程》规定：矿井必须采用机械通风；必须配备两台同型号的主要通风机，一台运行，一台备用；矿井必须有完整独立的通风***，必须按实际风量核定矿井产量，即“以风定产”。矿井通风***是否合理，对整个矿井通风状况的好坏和能否保障矿井安全生产起着重要的作用，同时应在保证安全生产的前提下，降低通风费用，力求经济合理。通风机是矿井通风***的主要设备，用于矿井井下的通风换气，改善井下的工作条件及空气质量，确保矿山安全生产。
在矿井主要通风机的选型时，除了考虑煤矿本身的安全性，即按井下同时工作的最多人数、矿井瓦斯和其他废气计算所需风量；还考虑了煤矿的可持续发展性，即煤矿不断开采扩大对风量的要求，以及通风机特性与矿井通风特性的不匹配，致使主要通风机选型偏大、风机风量偏高、电机容量偏大，风机风量不能根据生产现场的需要自动调节，使风机长期处于“大马拉小车”的运行状态，风机运行效率低下；现有矿井主要通风机运行中发生风机轴承温度过高、风机电流过载、风机电压过压、欠压，供电***缺相等故障时，不能及时发现和采取风机停机等应对措施，使风机轴承和风机电机损坏，造成较大经济损失；现有矿井主要通风机运行中不能对矿井总回风巷的风量和风速进行监控，在煤矿矿井发生瓦斯突出、瓦斯***、煤尘***等事故需要反向送风时不能快速反向送风。
发明内容
为了克服现有矿井主要通风机运行中存在的风机风量不能根据生产现场的需要自动调节、风机轴承和风机电机易损坏、需要反向送风时不能快速反向送风等问题，本实用新型提供一种煤矿主要通风机自适应控制***。该***能对矿井主要通风机的运行进行自动控制。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
煤矿主要通风机自适应控制***，包括数据采集单元、控制单元、执行单元，其特征在于：数据采集单元包括环境检测装置、风机故障检测装置，所检测到的环境数据信号以及主风机、备用风机的故障信号传输至控制单元，控制单元用于控制主风机和备用风机的运行，通过执行单元与主风机、备用风机连接。
所述环境检测装置包括风量检测装置和瓦斯浓度检测装置。
所述执行单元包括变频器和接触器，控制单元通过变频器连接主风机、备用风机，通过接触器连接主风机、备用风机的风门。
所述控制单元为可编程控制器以及人机交互界面。
所述控制单元设置至少两套独立的可编程控制器，分别接受主风机故障信号和其余备用风机故障信号，并分别经执行单元与主风机和备用风机连接。
本实用新型控制器依据环境检测信号通过所设置的参数经执行单元控制风机的风量和启停，依据主、备用风机的故障检测信号通过所设置的参数经执行单元控制主、备用风机的切换。
风机故障检测装置设置在风机电路上。
所述风量检测装置采用翼型测风装置及压力变送器，取样被测风断面的多个测量点，采样得到被测断面的实时风量，并通过压力变送器将风量转换成模拟电流提供给可编程控制器；瓦斯浓度检测装置通过瓦斯浓度检测仪将检测到的总回风巷的瓦斯浓度转换成模拟电流提供给可编程控制器；风机故障检测装置包括风机过负载、过电压、欠电压、轴承温度、供电***缺相等检测装置，当发生故障时向可编程控制器发出相应的故障信号。
所述控制单元根据风量检测装置、瓦斯浓度检测装置、风机故障检测装置采集到的风量大小、瓦斯浓度和故障信号通过可编程控制器、触摸屏、变频器、接触器自动调节风机转速和运行状况。当运转的风机出现故障时，能停止故障风机，发出故障报警信号并自动切换成备用风机运转。对矿井总回风巷的风速进行监控，在矿井需要反向送风时能快速反向送风。由可编程控制器和触摸屏组成的人机交互界面，可以实现人-机信息的实时交互，操作人员可通过触摸屏在有密码保护的情况下设定矿井所需的风量、矿井总回风巷的断面直径这两个用户参数；在***运行过程中，人机交互界面可显示***时间、***运行时间、实时风量、实时瓦斯浓度、总回风巷实时风速等重要的运行参数；在***发生故障时，除了控制柜上的声光报警外，人机交互界面也同时显示***相应的故障状态，操作人员还可在故障排除后，通过触摸屏将报警复位。
变频器、接触器构成的执行单元中通过设置变频器合理的运行参数，使其接受可编程控制器输出的模拟信号的控制，从而实现对电动机变频运行，达到改变电动机转速的目的；本***中的接触器接受可编程控制器发出的程序指令信号对风机风门的打开和关闭进行控制。
本实用新型***由两套独立的S7-200PLC模块分别对两台风机进行自动控制。正常情况下只有一台风机运转，另一台风机备用，控制***能根据风量检测装置、瓦斯浓度检测装置、风机故障检测装置采集到的风量大小及瓦斯浓度和故障信号通过可编程控制器、触摸屏、变频器、接触器自动调节风机转速和运行状况。当运转的风机出现故障时，能停止故障风机，发出故障报警信号并自动切换成备用风机运转。对矿井总回风巷的风速进行监控，在矿井需要反向送风时能快速反向送风。
本实用新型的有益效果是，能以矿井总回风巷的瓦斯浓度和矿井现场工况对风量需求对矿井主要通风机的转速进行自动控制，降低矿井主通风机的能耗，在发生风机轴承温度过高、风机电流过载、风机电压过压、欠压，供电***缺相等故障时根据不同的故障信号采取风机停机并自动切换成备用风机运转等应对措施，使风机轴承和风机电机不被损坏，在煤矿矿井发生瓦斯突出、瓦斯***、煤尘***等事故需要反向送风时能快速反向送风；该***还可实现对矿井总回风巷的风速进行监控、超出规定值时即报警，强制贯彻、执行了《煤矿安全规程》中对矿井通风条件的要求，提高了矿井通风***的安全性和可靠性。
下面结合附图对本实用新型作进一步详细阐述。
附图说明
图1是本实用新型的***组成框图
图2是1#风机的主电路图
图3是1#风机PLC自动控制模块电路图
图4是2#风机的主电路图
图5是2#风机PLC自动控制模块电路图
具体实施方式
如图1所示，本实用新型由风量检测装置、瓦斯浓度检测装置、风机故障检测装置构成的数据采集单元；可编程控制器、触摸屏构成的控制单元及人机交互界面；变频器、接触器构成的执行单元组成。
风量检测装置采用翼型测风装置及压力变送器，取样被测风断面的多个测量点，采样得到被测断面的实时风量，并通过压力变送器将风量转换成模拟电流提供给可编程控制器；瓦斯浓度检测装置通过瓦斯浓度检测仪将检测到的总回风巷的瓦斯浓度转换成模拟电流提供给可编程控制器；风机故障检测装置包括风机过负载、过电压、欠电压、轴承温度、供电***缺相等检测装置，当发生故障时向可编程控制器发出相应的故障信号。
控制单元是本***的核心部分，根据风量检测装置、瓦斯浓度检测装置、风机故障检测装置采集到的风量大小及瓦斯浓度和故障信号通过可编程控制器、触摸屏、变频器、接触器自动调节风机转速和运行状况。当运转的风机出现故障时，能停止故障风机，发出故障报警信号并自动切换成备用风机运转。对矿井总回风巷的风速进行监控，在矿井需要反向送风时能快速反向送风。由可编程控制器和触摸屏组成的人机交互界面，可以实现人-机信息的实时交互，操作人员可通过触摸屏在有密码保护的情况下设定矿井所需的风量、矿井总回风巷的断面直径这两个用户参数；在***运行过程中，人机交互界面可显示***时间、***运行时间、实时风量、实时瓦斯浓度、总回风巷实时风速等重要的运行参数；在***发生故障时，除了控制柜上的声光报警外，人机交互界面也同时显示***相应的故障状态，操作人员还可在故障排除后，通过触摸屏将报警复位。
变频器、接触器构成的执行单元中通过设置变频器合理的运行参数，使其接受可编程控制器输出的模拟信号的控制，从而实现对电动机变频运行，达到改变电动机转速的目的；本***中的接触器接受可编程控制器发出的程序指令信号对风机风门的打开和关闭进行控制。
如图2所示，1#风机由两台或一台变频器分别控制两台或一台电机驱动。三相380V交流电源通过熔断器FU11，过断路器QF11接入1#、2#变频器的电源输入端R、S、T，变频器输出U、V、W驱动电机转动。QF11后端接有三相电压继电器KA11、KA12可检测电源是否过电压、欠电压及缺项。1#变频器A02、GND输出电流信号送到PLC模拟量输入端子C+、C-(图2所示)用以检测电机M1回路电流，2#变频器A02、GND输出电流信号送到PLC模拟量输入端子D+、D-(图3所示)用以检测电机M2回路电流。图3中PLC模拟量输出端子输出一电压信号至图1中变频器VS1、GND端作为电机转速指令信号，实时控制电机转速。
如图3所示，该模块由一台S7-200PLC、一台EM235模拟量扩展模块及***电路组成。
当初次启动是启动1#风机时，按下启动按键SB11(2#风机必须处于停机状态)，***首先通过SQ1、SQ2、SQ3、SQ4检查1#、2#风门位置，如不满足1#风机的风门开启，2#风机的风门关闭的风机启动初始条件，则KM11、KM12动作，使1#风机的风门开启，2#风机的风门关闭。当满足风机启动初始条件后，1#风机正常启动并根据设定风量控制风机运转，***运行指示灯HL11亮。在风机运行过程中，当瓦斯浓度检测装置(图3A+、A-端)检测到的瓦斯浓度超过规定值时，电机转速将自动上升提高风量以降低瓦斯浓度。当瓦斯浓度检测装置(图3A+、A-端)检测到的瓦斯浓度不超过规定值时，如风量检测装置(图3B+、B-端)检测到的风量低于设定值，电机转速将自动上升以保证风量。如风量检测装置(图3B+、B端)检测到的风量高于设定值，电机转速将自动下降，降低矿井主通风机的能耗。
1#风机在运行过程中自动控制模块输出KA14至2#风机自动控制模块，保证2#风机不能启动；当1#风机运行中出现过电流、过电压、欠电压、缺相、风机轴承超温、电机超温等故障时，自动控制***将停止1#风机，通过1#风机PLC自动控制模块输出KA23去启动2#风机PLC自动控制模块，切换成2#风机运行。同时***报警，对应指示灯亮，蜂鸣器声音报警。在启动1#风机无故障运行30天后，风机自动控制***将自动停止1#风机，切换成2#风机运行。
当初次启动是启动2#风机时，按下启动按键SB21(1#风机必须处于停机状态)，***首先通过SQ1、SQ2、SQ3、SQ4检查1#、2#风门位置，如不满足2#风机的风门开启，1#风机的风门关闭的风机启动初始条件，则KM21、KM22动作，使2#风机的风门开启，1#风机的风门关闭。当满足风机启动初始条件后，2#风机正常启动并根据设定风量控制风机运转，***运行指示灯HL11亮。在风机运行过程中，当瓦斯浓度检测装置(图3A+、A-端)检测到的瓦斯浓度超过规定值时，电机转速将自动上升提高风量以降低瓦斯浓度。当瓦斯浓度检测装置(图3A+、A端)检测到的瓦斯浓度不超过规定值时，如风量检测装置(图3B+、B-端)检测到的风量低于设定值，电机转速将自动上升以保证风量。如风量检测装置(图3B+、B-端)检测到的风量高于设定值，电机转速将自动下降，降低矿井主通风机的能耗。
2#风机在运行过程中智能控制模块输出KA24至1#风机自动控制模块，保证1#风机不能启动；当2#风机运行中出现过电流、过电压、欠电压、缺相、风机轴承超温、电机超温等故障时，自动控制***将停止2#风机，通过2#风机PLC自动控制模块输出KA13去启动1#风机PLC自动控制模块，切换成1#风机运行。同时***报警，对应指示灯亮，蜂鸣器声音报警。在启动2#风机无故障运行30天后，风机自动控制***将自动停止2#风机，切换成1#风机运行。
风机自动控制***在出现1#、2#风机风门开关未到位；风机运行过程中，总回风巷风速超出规定值；变频器频率已达50Hz瓦斯浓度仍超限，风量仍不足的情况下将通过报警指示灯分别报警。
按停止按键SB12可停止1#风机；按SB12后，按SB13可使1#风机反转，实现快速反向送风；按SB14可紧急关闭1#风机风门。
按停止按键SB22可停止2#风机；按SB22后，按SB23可使2#风机反转，实现快速反向送风；按SB24可紧急关闭2#风机风门。

Claims (7)

1.煤矿主要通风机自适应控制***，包括数据采集单元、控制单元、执行单元，其特征在于：数据采集单元包括环境检测装置、风机故障检测装置，所检测到的环境数据信号以及主风机和备用风机的故障信号传输至控制单元，控制单元用于控制主风机和备用风机的运行，通过执行单元与主风机和备用风机连接。
2.根据权利要求1所述的煤矿主要通风机自适应控制***，其特征在于：所述环境检测装置包括风量检测装置和瓦斯浓度检测装置。
3.根据权利要求1所述的煤矿主要通风机自适应控制***，其特征在于：所述执行单元包括变频器和接触器，控制单元通过变频器连接主风机和备用风机，通过接触器连接主风机和备用风机的风门。
4.根据权利要求1所述的煤矿主要通风机自适应控制***，其特征在于：所述控制单元为可编程控制器。
5.根据权利要求1或4所述的煤矿主要通风机自适应控制***，其特征在于：所述控制单元设置至少两套独立的可编程控制器，分别接受主风机故障信号和其余备用风机故障信号，并分别经执行单元与主风机和备用风机连接。
6.根据权利要求1所述的煤矿主要通风机自适应控制***，其特征在于：风机故障检测装置设置在风机电路上。
7.根据权利要求2所述的煤矿主要通风机自适应控制***，其特征在于：所述风量检测装置采用翼型测风装置及压力变送器。 
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