矿井通风系统风窗增量自动调节控制装置的研究

矿井通风系统风窗增量自动调节控制装置的研究

1调节风网的风力近年来，矿业生产形势发展迅速。随着煤矿开采的开展，各矿山道路的风墙变化较大。当主要通风机的工作状态保持不变时，情况点的变化，即上升能力、风速和低压。为了保证生产，应不断调整矿山客风网的流量。调节风窗是采区内调节局部通风量的主要通风设施,通过改变窗口的开口流通面积实现风量调节。在风量调节中,工作面风量能否满足需求是重点问题,在调节过程中常常达不到预期效果,若对调节方法理解不深则会导致调阻设施位置选择不当,造成通风困难,增加了通风电耗或通风流紊乱,这些都会使矿井通风系统可靠性降低。所以通过对煤矿井下的矿井通风系统风窗风量自动调节控制技术的研究应用可以有效地解决由于煤矿井下风窗数目较多,相互通信不便,井上工作人员对现场情况不能进行实时监测和统一调度的问题。2风窗风力自动调节控制装置通过对矿井风量调节的目的以及目前常规风量调节技术中的缺点分析,可知矿井通风系统风窗风量自动调节控制装置要求具备如下功能:(1)采用矿用隔爆兼本质安全型电控箱对风窗电液动设备运行实行在线监控,自动、手动控制风窗的开度变化,实现风量的调试,并具有自诊断功能,可实现风窗局部通风量的自动调节。矿井通风系统风窗风量自动调节控制装置能通过以太网接入矿井工业以太干网,具备以太网通信接口,能实现单套风窗风量自动调节控制装置与全矿井通风监测监控系统信息共享,留有能在地面监控每套风窗风量自动调节控制装置运行状况的接口。(2)矿井通风系统风窗风量自动调节控制装置能通过矿用风速传感器和矿用风量传感器监测风量信息,根据预先设定的风量值自动调节风窗的开度,实现局部通风量保持在恒定值。矿井通风系统风窗风量自动调节控制装置电控箱的显示屏能以计算机图形界面的形式显示该处风窗的开度、风速、风量等参数,并能通过电控箱按钮修改和设置风窗的通风量。(3)采用矿用风量传感器和矿用风速传感器监测巷道的通风量,根据定风量控制原则,自动实现风窗开度的线性开启和关闭,实现定风量调节。矿井通风系统风窗风量自动调节控制装置控制系统具有多种通信协议可选,可与系统互联互通,作为全矿井通风监测监控的子系统。(4)矿井通风系统风窗风量自动调节控制装置有3种工作方式:自动、手动、远程控制。第一,自动(无人值守):控制柜PLC采集各种信号,根据预先设定的通风量,按照定风量控制原则,合理实现风窗开度的线性开启和关闭。在自动方式下全过程无须人工干预。第二,手动:根据人为测定的风量,通过按钮控制电液动装置实现风窗开度的调节。第三,远程控制:矿井通风系统风窗风量自动调节控制装置能通过以太网接入矿井工业以太干网,地面设置上位机建立监控系统,可以实现在地面设置通风量,远程控制风窗的开度变化。(5)实施监测风窗各工况参数,包括风窗的开度、风量、风压等参数。矿井通风系统风窗风量自动调节控制装置具有自检功能,当系统中传感器、传输电缆等设备发生故障时,能够报警并记录故障时间、故障设备,以供查询及打印。3风窗流量自动控制装置的主要结构是风窗流量的自动控制3.1控制好风力调节风窗电液动驱动装置由电机、齿轮泵、控制阀块和驱动油缸集成为一体,通过电机的正反转带动驱动油缸的伸出或收回,以实现控制风窗线性开启和关闭的目的。在电液动驱动装置的驱动油缸上安装位移传感器,实现油缸开启和关闭位移的反馈,实现风窗开度的监测和控制,最终实现风量的调节。风窗电液动驱动装置的外形示意图如图1所示。3.2系统及硬件环境PLC控制采用西门子S7-200CPU及其扩展组件,包括数字量的输入、输出模块,模拟量的输入、输出模块以及带有标准接口的通信模块,保证了系统运行的稳定性和高可靠性,并具有以下特点:具有高标准的开放性,易管理的自动化控制系统,提供多层次、多标准的符合国际标准的以太网接口(RJ45),能够实现系统最大限度的信息共享,冗余上位机(上位机接OPC方式时和分布式的Web网络发布)采用西门子的PLC,并能实现双冗余PLC,具备支持ProfiNet的以太网模块。内部配套防爆电源、防爆接线箱、防爆继电器箱、PLC及数据采集/输出模块。信号采集与传输应采取隔离措施,避免信号失真。控制箱具有隔爆接线腔和本质安全接线腔,接线腔要有足够的接线喇叭口和接线盘,保证矿井通风系统风窗风量自动调节控制装置全部信号的采集、存储、传输,控制模型的运算,发出各种运行命令。矿用隔爆兼本质安全型电控箱实物如图2所示。该控制柜通过光纤远传,实现远程控制,留有工业以太干网接口,实现矿井通风系统风窗风量自动调节控制装置子系统与全矿井的监控系统信息共享。3.3周围检测设备3.3.1煤矿井林的相关监测系统KGF2型矿用风量传感器采用超声波测量原理,具有技术先进、使用方便、长期使用稳定可靠、免维护等特点,主要用于煤矿井下各种坑道、风口、扇风机井口等处的风速、风量的检测,以确保井下的通风安全,可与国内外的各种煤矿安全监测系统配套使用。3.3.2适用于矿井各通风巷道中的推流式水温度测量GF15型风速传感器是采用超声波涡街原理制成的固定式智能测风仪表。该仪器适用于煤矿井下各通风巷道中测量风流速度。仪器具有红外线遥控校正功能,可避免校正过程中对仪器周围的流场干扰,使仪器的校正更方便、准确。仪器的密封性能好,工作可靠。其实物如图3所示。4动调节控制装置设计通过对目前生产实践中常规风量调节技术缺陷的分析,得出了矿井通风系统风