一、系統概述
新一代礦井智能局部通風(fēng)機是根據國內礦進(jìn)通風(fēng)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(fā)而成的。以“安全可靠、節能環(huán)保"為目標，以“模塊單元、個(gè)性組合、實(shí)時(shí)監測、智能控制"為特點(diǎn)，達到“實(shí)時(shí)預警、人機雙控、按需供風(fēng)、防災減災"的效果，我國礦井局部通風(fēng)智能控制領(lǐng)域的空白，達到了國內水平。
二、系統組成
該系統由FBD煤用隔爆型壓入式軸流局部通風(fēng)機、隔爆兼本安型變頻調速裝置、V型自動(dòng)切換風(fēng)門(mén)、分風(fēng)器、風(fēng)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*的IGBT變頻調速和熱管自冷散熱技術(shù)以及模糊控制理論應用到調速裝置中，自動(dòng)化程度高，技術(shù)
三、功能概述
礦井智能局部通風(fēng)系統是一個(gè)閉環(huán)控制系統，它的主要功能是通過(guò)井下傳感器、井下分站采集的參數來(lái)確定供風(fēng)量的多少，避免了現有局部通風(fēng)機供風(fēng)的“一風(fēng)吹"現象，從而解決礦井局部通風(fēng)按需供風(fēng)的問(wèn)題。系統從安全和節能的要求出發(fā)，采用PLC與變頻器組成的控制系統，對風(fēng)機轉速實(shí)時(shí)調控，達到“實(shí)時(shí)預警、人機雙控、按需供風(fēng)、防災減災"的效果，從而使礦井局部通風(fēng)、瓦斯自動(dòng)排放高效安全，降低瓦斯事故，節能省電。
1、按需通風(fēng)功能
自動(dòng)調節局扇轉速，調節輸出風(fēng)量、風(fēng)壓，避免瓦斯超限使局扇能節能經(jīng)濟運行。當系統檢測到T1、T2濃度值低于設定值上，自動(dòng)進(jìn)入調速狀態(tài)。根據T1、T2檢測的迎頭瓦斯濃度和掘進(jìn)巷道回風(fēng)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(dòng)調節風(fēng)量。
2、排放瓦斯功能
人工或自動(dòng)進(jìn)入排瓦斯狀態(tài)后，依據T1、T2、T3傳感器檢測的工作面、工作面回風(fēng)流和總匯合風(fēng)流的瓦斯濃度自動(dòng)控制局扇轉速。當T3濃度不超過(guò)設定值（1.5%）時(shí)，升速加大風(fēng)量，當T3濃度超過(guò)設定值（1.5%）時(shí)，減速減小風(fēng)量，依此原則調節輸出風(fēng)量，控制排至回風(fēng)流的瓦斯濃度在安全設定值的范圍內，即以效率進(jìn)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(fēng)量功能
可通過(guò)變頻器顯示面板和智能控制開(kāi)關(guān)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(lái)調節風(fēng)量。
4、瓦斯電閉鎖功能
系統主控制開(kāi)關(guān)工作且各瓦斯傳感器數據低于閉鎖值時(shí)，掘進(jìn)工作面動(dòng)力有電，能夠正常進(jìn)行生產(chǎn)。此時(shí)，備用控制開(kāi)關(guān)的真空接觸器斷開(kāi)，備用控制開(kāi)關(guān)處于斷電預備狀態(tài)。
當瓦斯傳感器數據高于閉鎖值時(shí)，系統主控制開(kāi)關(guān)輸出控制信號控制饋電開(kāi)關(guān),饋電開(kāi)關(guān)控制掘進(jìn)工作面動(dòng)力電源斷電，實(shí)現瓦斯電閉鎖功能。
系統備用控制開(kāi)關(guān)處于工作狀態(tài)時(shí)，僅僅實(shí)現巷道通風(fēng)，不能控制掘進(jìn)工作面動(dòng)力電源實(shí)現瓦斯電閉鎖。
5、風(fēng)電閉鎖功能
系統主控制開(kāi)2關(guān)故障時(shí)（主控制開(kāi)關(guān)停機），系統主控制開(kāi)關(guān)輸出控制信號,饋電開(kāi)關(guān)控制掘進(jìn)工作面動(dòng)力電源斷電，實(shí)現風(fēng)電閉鎖功能。
6、聲光報警功能
為了在異常情況下，及時(shí)提醒現場(chǎng)工作的人員，本系統可配接一個(gè)聲光報警裝置，此裝置采用36V交流輸入。當PLC通過(guò)探頭檢測到瓦斯傳感器超限、或通過(guò)485總線(xiàn)通訊發(fā)現變頻器故障時(shí)，PLC會(huì )發(fā)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(guò)程
1、主系統啟動(dòng)
系統上電→智能控制開(kāi)關(guān)操縱手柄合上→按下智能控制開(kāi)關(guān)啟動(dòng)按鈕→真空接觸器閉合→變頻器得電，開(kāi)始初始化，經(jīng)過(guò)一段延時(shí)后，變頻器給風(fēng)機供電，輸出頻率從啟動(dòng)設定值（1.5Hz）開(kāi)始逐漸增加，實(shí)現軟啟動(dòng)。
系統中T1～T4為四個(gè)瓦斯濃度傳感器，F1為風(fēng)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(fēng)系統上位機圖
T1為工作面瓦斯濃度傳感器，T2為回風(fēng)流瓦斯濃度傳感器，正常通風(fēng)狀態(tài)時(shí)T1與T2一起作為控制風(fēng)量的依據； T3為回風(fēng)巷處瓦斯濃度傳感器，在自動(dòng)通風(fēng)狀態(tài)時(shí)只采集數據，不作控制依據，排瓦斯狀態(tài)時(shí)作為控制風(fēng)量的依據；T4為風(fēng)機進(jìn)風(fēng)口處瓦斯濃度傳感器。
2、初始運行狀態(tài)
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(fēng)狀態(tài)
當掘進(jìn)工作面瓦斯濃度傳感器T1和T2超過(guò)設定值上限（0.7%）時(shí)，變頻器逐級增頻，風(fēng)機自動(dòng)增加風(fēng)量；當掘進(jìn)工作面瓦斯濃度傳感器T1和T2低于設定值下限(0.5%)時(shí)，變頻器減頻，風(fēng)機風(fēng)量自動(dòng)減少。掘進(jìn)工作面瓦斯濃度傳感器T1或T2超過(guò)報警設定值（1.0%）時(shí)報警，系統進(jìn)入稀釋瓦斯狀態(tài)。掘進(jìn)工作面瓦斯濃度傳感器T1或T2超過(guò)斷電設定值（1.5%）時(shí)工作面非本質(zhì)安全型電源自動(dòng)切斷，系統進(jìn)入排瓦斯狀態(tài)。括號內數值為出廠(chǎng)設定值，可根據用戶(hù)具體情況更改。
4、排瓦斯狀態(tài)
當系統進(jìn)入排瓦斯狀態(tài)時(shí)，風(fēng)機運行由瓦斯濃度傳感器T3進(jìn)行自動(dòng)控制，當瓦斯濃度傳感器T3超過(guò)設定上限（1.5%）時(shí)，變頻器減頻，減少風(fēng)機風(fēng)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(shí),變頻器增頻，增加風(fēng)機風(fēng)量，高效排放瓦斯。當瓦斯濃度傳感器T3超過(guò)報警設定值（1.5%）時(shí)報警。當掘進(jìn)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(chǎng)設定值，可根據用戶(hù)具體情況更改
T4為風(fēng)機入口瓦斯濃度傳感器，當T4的濃度≥0.5%時(shí)，依據《煤礦安全規程》，風(fēng)機自動(dòng)停止工作，掘進(jìn)工作面按停風(fēng)斷電處理。
5、主、備風(fēng)機自動(dòng)切換
當按下主風(fēng)機智能控制開(kāi)關(guān)停止按鈕(或主風(fēng)機故障)時(shí)→主風(fēng)機智能控制開(kāi)關(guān)真空接觸器斷電→主風(fēng)機的變頻器失電（主風(fēng)機停止工作）→主風(fēng)機智能控制開(kāi)關(guān)的PLC發(fā)出故障信號→備用風(fēng)機智能控制開(kāi)關(guān)的PLC接收故障信號→備用智能控制開(kāi)關(guān)真空接觸器閉合→備用風(fēng)機變頻器得電→備用風(fēng)機開(kāi)始運行。
主、備智能控制開(kāi)關(guān)之間聯(lián)絡(luò )線(xiàn)在正常運行狀態(tài)下不帶電，僅在風(fēng)機相互切換過(guò)程中短時(shí)帶電（系我公司雙風(fēng)機雙電源技術(shù)），使用更加安全。
圖3礦井智能局部通風(fēng)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(shí)際情況， T1、T2、T3的報警、閉鎖、復電值可由供用戶(hù)自行設置，用戶(hù)可根據使用地點(diǎn)的實(shí)際情況來(lái)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(shí)，智能局部通風(fēng)系統的智能控制開(kāi)關(guān)實(shí)現聯(lián)機切換啟動(dòng)熱備用風(fēng)機供風(fēng)，供風(fēng)更可靠。
2、改善作業(yè)現場(chǎng)工作環(huán)境。正常通風(fēng)情況下，智能局部通風(fēng)系統根據掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量的大小自動(dòng)控制風(fēng)速調節風(fēng)量，避免風(fēng)量過(guò)大造成揚塵。
3、效率自控排放瓦斯。因意外停電或計劃停風(fēng)或瓦斯大量涌出而導致掘進(jìn)工作面瓦斯超，利用智能局部通風(fēng)系統可自動(dòng)以速度、安全地排放瓦斯。
4、智能局部通風(fēng)系統工作在排瓦斯狀態(tài)時(shí)，也可實(shí)現主備切換，確保安全。
5、可防止“一風(fēng)吹"。風(fēng)機轉速可控制，風(fēng)量可調節；風(fēng)機的全壓?jiǎn)?dòng)為軟啟動(dòng)，可避免因風(fēng)機全壓?jiǎn)?dòng)而引發(fā)的風(fēng)筒故障。以及電流沖擊引起的電源故障。
6、智能局部通風(fēng)系統與監控系統兼容，系統安全可靠。
六、系統特點(diǎn)
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(fēng)機使用性能的前提下，滿(mǎn)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(kāi)布置，避免干擾，系統更加穩定、可靠；
4、 可實(shí)現按需通風(fēng)；
5、 可控排放瓦斯；
6、 雙電源雙風(fēng)機自動(dòng)切換；
7、 掉電記憶、鎖定顯示、閉鎖接口；
8、 與井下分站聯(lián)網(wǎng)；
9、 運行狀態(tài)控制；
10、 可靠的保護功能。
七、環(huán)境要求
1、海拔高度≤1000m，當大于1000 米時(shí)，降容選型；
2、溫度：-5℃～+40℃；
3、周?chē)諝獾哪昶骄鄬穸龋?5％～98％（25℃時(shí)）；
4、適用于有甲烷等氣體同空氣形成的爆炸性混合物的礦井中；
5、與水平面安裝的傾斜度≤15 度；
6、在無(wú)顯著(zhù)搖動(dòng)和劇烈沖擊振動(dòng)的地方；
7、在有防止滴水的地方；
8、安裝類(lèi)別； 為Ⅲ類(lèi)；
9、污染等級： 為三級。
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