礦井智能、節能局部通風機

一、系統概述
新一代礦井智能、節能局部通風機是根據國內礦進通風的現狀，在大量深放煤礦井下調研的基礎上，為了減少瓦斯事故研發而成的。以“安全可靠、節能環?！睘槟繕?，以“模塊單元、個性組合、實時監測、智能控制”為特點，達到“實時預警、人機雙控、按需供風、防災減災”的效果，填補了我國礦井局部通風智能控制領域的空白，達到了國內領先水平。
二、系統組成
該系統由FBD系列煤用隔爆型壓入式軸流局扇風機、隔爆兼本安型變頻調速裝置、V型自動切換風門、分風器、風筒、支架等單元組成。調速裝置是由變頻調速系統、瓦斯監控系統、液晶顯式和參數設定系統等部分組成，它將先進的IGBT變頻調速和熱管自冷散熱技術以及模糊控制理論應用到調速裝置中，自動化程度高，技術領先
三、功能概述
礦井智能局部通風系統是一個閉環控制系統，它的主要功能是通過井下傳感器、井下分站采集的參數來確定供風量的多少，避免了現有局部通風機供風的“一風吹”現象，從而解決礦井局部通風按需供風的問題。系統從安全和節能的要求出發，采用PLC與變頻器組成的控制系統，對風機轉速實時調控，達到“實時預警、人機雙控、按需供風、防災減災”的效果，從而使礦井局部通風、瓦斯自動排放高效安全，降低瓦斯事故，節能省電。
　1、按需通風功能　　自動調節局扇轉速，調節輸出風量、風壓，避免瓦斯超限使局扇能節能經濟運行。當系統檢測到T1、T2濃度值低于設定值上限時，自動進入調速狀態。根據T1、T2檢測的迎頭瓦斯濃度和掘進巷道回風流的瓦斯濃度（低于T1、T2濃度設定值下限，則局扇減速；T1、T2濃度高于設定值上限，則局扇升速）控制變頻器，自動調節風量。
2、排放瓦斯功能　　人工或自動進入排瓦斯狀態后，依據T1、T2、T3傳感器檢測的工作面、工作面回風流和總匯合風流的瓦斯濃度自動控制局扇轉速。當T3濃度不超過設定值（1.5%）時，升速加大風量，當T3濃度超過設定值（1.5%）時，減速減小風量，依此原則調節輸出風量，控制排至回風流的瓦斯濃度在安全設定值的范圍內，即以最大效率進行安全排放瓦斯，能夠避免瓦斯超限，減少瓦斯安全事故。
3、人工調節風量功能　　可通過變頻器顯示面板和智能控制開關的顯示面板的人機界面設置變頻器輸出頻率，以控制局扇的轉速來調節風量。
4、瓦斯電閉鎖功能　　系統主控制開關工作且各瓦斯傳感器數據低于閉鎖值時，掘進工作面動力有電，能夠正常進行生產。此時，備用控制開關的真空接觸器斷開，備用控制開關處于斷電預備狀態。當瓦斯傳感器數據高于閉鎖值時，系統主控制開關輸出控制信號控制饋電開關,饋電開關控制掘進工作面動力電源斷電，實現瓦斯電閉鎖功能?！　∠到y備用控制開關處于工作狀態時，僅僅實現巷道通風，不能控制掘進工作面動力電源實現瓦斯電閉鎖。
5、風電閉鎖功能　　系統主控制開2關故障時（主控制開關停機），系統主控制開關輸出控制信號,饋電開關控制掘進工作面動力電源斷電，實現風電閉鎖功能。
6、聲光報警功能　　為了在異常情況下，及時提醒現場工作的人員，本系統可配接一個聲光報警裝置，此裝置采用36V交流輸入。當PLC通過探頭檢測到瓦斯傳感器超限、或通過485總線通訊發現變頻器故障時，PLC會發出聲光報警，從而提示工作人員采取相應措施，解決異常情況。
四、系統工作過程
1、主系統啟動　　系統上電→智能控制開關操縱手柄合上→按下智能控制開關啟動按鈕→真空接觸器閉合→變頻器得電，開始初始化，經過一段延時后，變頻器給風機供電，輸出頻率從啟動設定值（1.5Hz）開始逐漸增加，實現軟啟動。
系統中T1～T4為四個瓦斯濃度傳感器，F1為風速傳感器，W1為溫度傳感器，如圖二所示：


圖2 礦井智能局部通風系統上位機圖
T1為工作面瓦斯濃度傳感器，T2為回風流瓦斯濃度傳感器，正常通風狀態時T1與T2一起作為控制風量的依據； T3為回風巷處瓦斯濃度傳感器，在自動通風狀態時只采集數據，不作控制依據，排瓦斯狀態時作為控制風量的依據；T4為風機進風口處瓦斯濃度傳感器。
2、初始運行狀態　　系統初始上電，輸出頻率設定值為20Hz（也可設定為30Hz）；
3、正常通風狀態　　當掘進工作面瓦斯濃度傳感器T1和T2超過設定值上限（0.7%）時，變頻器逐級增頻，風機自動增加風量；當掘進工作面瓦斯濃度傳感器T1和T2低于設定值下限(0.5%)時，變頻器減頻，風機風量自動減少。掘進工作面瓦斯濃度傳感器T1或T2超過報警設定值（1.0%）時報警，系統進入稀釋瓦斯狀態。掘進工作面瓦斯濃度傳感器T1或T2超過斷電設定值（1.5%）時工作面非本質安全型電源自動切斷，系統進入排瓦斯狀態。括號內數值為出廠設定值，可根據用戶具體情況更改。
4、排瓦斯狀態　　當系統進入排瓦斯狀態時，風機運行由瓦斯濃度傳感器T3進行自動控制，當瓦斯濃度傳感器T3超過設定上限（1.5%）時，變頻器減頻，減少風機風量，使T3在設定上限范圍（1.5%）內；當瓦斯濃度傳感器T3低于設定下限（1.0%）時,變頻器增頻，增加風機風量，高效排放瓦斯。當瓦斯濃度傳感器T3超過報警設定值（1.5%）時報警。當掘進工作面瓦斯濃度降到設定的安全濃度(<1.0%)并保持在安全濃度以下，工作面方可復電。括號內數值為出廠設定值，可根據用戶具體情況更改
T4為風機入口瓦斯濃度傳感器，當T4的濃度≥0.5%時，依據《煤礦安全規程》，風機自動停止工作，掘進工作面按停風斷電處理。
5、主、備風機自動切換　　當按下主風機智能控制開關停止按鈕(或主風機故障)時→主風機智能控制開關真空接觸器斷電→主風機的變頻器失電（主風機停止工作）→主風機智能控制開關的PLC發出故障信號→備用風機智能控制開關的PLC接收故障信號→備用智能控制開關真空接觸器閉合→備用風機變頻器得電→備用風機開始運行。主、備智能控制開關之間聯絡線在正常運行狀態下不帶電，僅在風機相互切換過程中短時帶電（系我公司雙風機雙電源專利技術），使用更加安全。
圖3礦井智能局部通風系統框圖
　　6、系統的參數設置　　本系統為了適應各種礦井的實際情況， T1、T2、T3的報警、閉鎖、復電值可由供用戶自行設置，用戶可根據使用地點的實際情況來設定這些參數，這些值的設定都被限制在《煤礦安全規程》規定的范圍內。
五、安全保障 
1、主系統故障或停機時，智能局部通風系統的智能控制開關實現聯機切換啟動熱備用風機供風，供風更可靠?！　?、改善作業現場工作環境。正常通風情況下，智能局部通風系統根據掘進工作面瓦斯涌出量的大小自動控制風速調節風量，避免風量過大造成揚塵?！　?、最大效率自控排放瓦斯。因意外停電或計劃停風或瓦斯大量涌出而導致掘進工作面瓦斯超限時，利用智能局部通風系統可自動以最快速度、安全地排放瓦斯?！　?、智能局部通風系統工作在排瓦斯狀態時，也可實現主備切換，確保安全?！　?、可防止“一風吹”。風機轉速可控制，風量可調節；風機的全壓啟動為軟啟動，可避免因風機全壓啟動而引發的風筒故障。以及電流沖擊引起的電源故障?！　?、智能局部通風系統與監控系統兼容，系統安全可靠。
六、系統特點
1、 流道式變頻器采用隔爆式殼體，隔爆殼體外徑與局扇電機外徑一致，在不影響風機使用性能的前提下，滿足了變頻器散熱的要求；流道式變頻器與局扇主機組成一體，外筒按局扇系列化尺寸設計，并可獨立裝拆；　　2、 流道式變頻器本體設置有本地操作盒，操作方便；　　3、 控制電路與主電路分開布置，避免干擾，系統更加穩定、可靠；　　4、 可實現按需通風；　　5、 可控排放瓦斯；　　6、 雙電源雙風機自動切換；　　7、 掉電記憶、鎖定顯示、閉鎖接口；　　8、 與井下分站聯網；　　9、 運行狀態控制；　　10、 可靠的保護功能。