自动化控制在矿井通风机中的应用

林丽影

（中国平煤神马集团十一矿，河南 平顶山 467500）

0 前言

矿井通风一直是矿井生产的重中之重。而高性能主扇风机是保证矿井正常通风的基础。目前，国内矿井使用的风机大多是轴流式通风机。一直以来，主扇风机虽经历不断的改进，但还是不能实现完全的自动化，效率也都不高。据某煤炭公司对148 台矿井主通风机的调查，运行效率在70%以上的仅占10%左右；运行效率低于55%的竟达59%。这主要是受主扇风机高可靠性要求的制约，一般技术很难达到。本文要介绍的是用机电自动测控技术来实现矿井风机操作的自动化，该风机效率能达到70%左右，其在平煤股份十一矿中央风井得到了成功的应用。

1 问题的提出

平煤股份十一矿通风方式为抽出式，原来只有一个南风井主扇，装备有两台对旋轴流式通风机。整个操作过程全部用人力完成，不仅复杂，并且容易误操作。叶片角度事先调节为固定角度，以致风机启动时带有负荷，经常发生启动不了的现象。且风门在打开的时候容易因为操作失误造成过卷事故。一旦要求调节叶片角度时，更是非常麻烦，需要人工一片一片的调，不仅费时而且费力。这些问题已经制约了该矿生产能力的进一步提高，因此新建一个用自动化技术控制的风井就显得极为重要。2012 年，十一矿经过技术改造，新建中央回风立井，作为矿井新水平的专用回风井，主扇装备两台1250kW 的单级轴流式通风机，该风机的操作可全部实现自动化控制。

2 自动化控制风机的优点

自动化控制的通风机具有结构简单、操作维护方便等优点，它的操作可以全部在电脑上完成，包括风机的启动、打开风门、调节叶片角度甚至于一键全自动倒机，都可以在电脑上完成，不仅节省了大量的时间，而且操作准确无误。自动化控制的通风机整个倒机过程不到3分钟就能完成，为矿井改扩建增产计划提供了通风保证。另外，自动化控制的通风机除可以在电脑上实现对风机的操作之外，还可以从电脑画面上实时监控各个参数值的变化，当风机的某一部件运行不正常，其参数接近报警值时，监控系统会出现报警信号，对一些不影响通风机正常运行的故障，监控系统只进行报警，不对通风机进行控制，对于一些影响通风机正常运行的故障，监控系统会先发出预警，经过一段延时之后作用于通风机，进行跳闸，停止电机运转，起到保护通风机的作用。

3 风机的机械结构

平煤股份十一矿中央风井所用的通风机为北京豪顿华公司生产的ANN-2884/1400N 型单级轴流式通风机，它由冷却系统-水泵，传动系统-液压站、电机，执行机构-风筒、风帽、风门、叶轮等部分组成。风机静止部件稳定可靠，叶轮机壳与叶轮尖端之间的间隙很小，可保证较高的效率。叶轮经过仔细选材和部件设计，可确保风机寿命长，运行可靠。风门采用百叶窗式的构造，开启风门时完全不用担心会出现过卷。风机的叶片是用不锈钢制作的，即便是长时间不打开风机，叶片也不会发生锈蚀。

风机性能是基于矿井负荷，通过总控制系统进行调节的。控制系统将设定点的调节信号直接传给安装在风机外的电动调节执行器上。电动调节执行器将此信号转换成扩散筒外调节臂的机械运动。调节臂带动风机内部的驱动装置，从而驱动了连接在驱动装置处的液压装置，这样就实现了叶片角度的调节，这种调节方式不仅降低了劳动强度，节约了人力，提高了劳动效率，并且调节的角度也更加的准确。

4 风机的电控部分

平煤股份十一矿中央风井所用的风机监控系统为上海普昱公司开发的PYFK-1/2000 型风机监控系统。它由2 台PLC 控制柜以及若干压力、温度检测器组成。PLC 控制柜内置处理器CPU、嵌入组态软件，可以监控互备的两套风机的运行状态。这种监控系统具有极高的先进性，对矿井通风系统的安全运转及高效工作提供了有力的保障。

该风机监控系统具有自动、手动和检修三种工作方式，正、反转运行两种通风方式；能够对风门电动执行机构、叶片调节机构和制动机构进行控制，并可检测其位置信号；能够对主电机起动柜的正、反向运行进行控制，对一次回路和故障状态进行监视；能够与高压综合保护装置通讯，实现对高压开关柜的遥测、遥控、遥信；能够对同步励磁电机的励磁系统实现分励、投励控制和故障检测；能够对风机的喘振、振动信号进行检测并实现保护；另外，它具备自动、手动及远程三种操作方式；能够完成对高压系统的有功功率、无功功率、功率因数、频率、电压、电流数据，电机定子的三相绕组温度、轴端轴承温度信号，及风机的主轴承温度信号等的监测；还能够对风机配套的液压泵、水泵所属电机、加热器进行控制，并对其相关的油温、油位、压力、流量信号进行检测和保护；能够实时显示、记录所有的监测对象，绘制历史曲线，并提供历史数据的查询；能够根据监测到的负压、差压、温度信号，计算风机的风量，绘制实时的风机特性曲线、功率风量曲线、综合效率曲线，并提供历史数据查询；能够实时显示系统的报警信息，实时报警打印，并提供报警历史信息的查询；该风机监控系统还能实现一键全自动倒机，一键倒机具有“故障倒机”和“时间倒机”两种方式，当选择“故障倒机”时，一旦运行风机发生故障，备用风机可以自动投入运行，当选择“时间倒机”时，一旦运行时间达到设定时间，监控系统就自动进行倒机，这些操作都不需要操作人员的干预，监控系统可以自动完成。另外，该风机监控系统还能与工业以太网联网，实现数据远传、远程监控等功能。

以下是该风机监控系统工作的流程图（图1）：

图1

5 应用效果

平煤股份十一矿中央风井主要通风机从安装到挂网投运，整个过程比较顺利，且调试基本上都很成功，并且操作简便，投运至今没有出现一次误动作。该风机投入正常运转后，矿井主要通风机运行效率明显提高，从以前的50%提高到70%以上。并且还降低了单位运行能耗，提高了风量，减少了维修次数，使矿井的通风系统可靠性有了显著提高，从而为矿井的安全生产提供了可靠的保证。

不过经过一年多的运转，风机在在运行过程中也发现了一些问题，如：出现风机不停，叶片角度回零，造成空转现象；以及PLC 死机，通讯中断，监测画面数据无变化等情况。

针对这些问题提出以下建议：

（1）需要配备2 名专业的主扇司机，责任心强，熟悉风机的各种性能参数，实时通过电脑系统对风机进行监控，出现异常及时汇报处理。

（2）加强对PLC 柜、通讯模块、工控机等自动化设备的检查维护，定期除尘，减少电气故障。

（3）增加叶片角度减小、风量减少等参数的报警设置，当叶片角度减少或者风量减少达到10%时，监控系统自动进行声光报警，提醒司机及时进行角度回调。

6 结束语

总之，自动化控制在矿井通风机中的应用，使得煤矿通风系统具有故障率低、维护量小、可靠性高、精度高等优点。因此，把自动化控制的先进技术应用到煤矿的通风系统中，既提高了工作效率，又保证了矿井安全，实践证明具有显著的经济效益和社会效益。

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