[发明专利]外溢式智能配风控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿矿井通风控制技术领域，涉及一种用于煤矿矿井通风系统中根据巷道内瓦斯浓度对通风系统进风量进行智能控制的装置。

技术背景

地下井巷通风系统是地下矿井的重要组成部分，对煤矿安全生产有极其重要的意义。长期以来，我国多数煤矿安全投入不足、安全设施老化，在通风管理方面存在缺陷。尤其是当风机发生故障停机后，造成供风停顿，巷道内瓦斯积聚，部分区域瓦斯浓度过高，严重威胁矿井安全。

我国矿山通风方式主要是利用矿井主要通风机对井下进行通风，主要通风机安装在地面。利用通风机实现矿井通风，每个矿井必须开凿两个风井，其中一个作为进风用，另一个作为回风用。同时，井下必须具有完整的巷道系统和通风构筑物，以引导风流进入采、掘工作面和各类硐室、巷道。

目前，国内外矿井通风技术中对于风量的调节多数还采用传统的闸门调节方式，即扇风机转速不变，靠调节风峒上的闸门开启面积来调节风量。这种调节方式既不方便，又不节能。当需要减少风量而调小闸门开启面积时，会增大阻力而造成电能的浪费，同时增大噪音。另外还有采用通过改变轴流式扇风机叶片安装角度调节风量的，近年来许多煤矿采用变频调速方式来控制风机的转速，进而控制进风量。但由于受到变频风机容量、价格和可靠性的限制，此种方法在大型煤矿上并不是很适用。

发明内容

本发明的目的是提供一种外溢式智能配风控制系统，在风机故障引起巷道内瓦斯积聚时，能够实时检测瓦斯浓度，实现巷道内进风量的智能调节。

为实现上述目的，本发明在已有通风系统基础上，对通风系统进行改造。在通风系统的进风筒处安装有分叉门和用于控制分叉门开闭的电机，在巷道内设置有不少于一处的瓦斯传感器和不少于一处的压差传感器，探测巷道内的瓦斯浓度，同时，将一个计算机控制系统分别与电机以及瓦斯传感器和压差传感器电路连接，根据接收到的瓦斯传感器和压差传感器数据，控制电机调整分叉门的开合大小，进而控制进风量，使积聚的瓦斯能缓慢安全地排出。

本发明的分叉门采用百叶窗式风窗，百叶窗由电机伺服系统来驱动。电机伺服系统采用防爆步进电机，通过控制脉冲个数来控制角位移量，精准确定百叶窗的展开面积，从而达到准确定位的目的。同时，也可通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度，从而达到调速的目的。因此，可通过调节电机的转速来调节百叶窗的展开速度，进而控制进风量。

在进风巷和回风巷里多处安装瓦斯探头，对巷道内的瓦斯浓度进行实时的检测。同时，采用静压差法对通风系统的多点进行风量的检测，并通过数据采集，将检测到的瓦斯浓度和巷道内的风量实时地传给计算机控制系统。

在分叉门上安装有接近到位传感器，接近到位传感器与计算机控制系统电路连接。

本发明的计算机控制系统包括FXPLC、QPLC、用于输入指令及显示信息的触摸屏终端、与电机连接的电机驱动控制器以及与瓦斯传感器和压差传感器连接的组态监控，QPLC、FXPLC和电机驱动控制器通过CC-Link现场总线连接，FXPLC与触摸屏终端通过通讯端口连接，QPLC与组态监控通过通讯端口连接。

本发明使用三菱系列的PLC控制器，包括FX和Q系列。采用三菱CC-Link现场总线。控制系统具备三层网络结构，采用的主要控制器FX和Q构成从主站关系。FX作为现场控制器，FX系列PLC控制器通过设置在现场的传感器采集有关参数进行数学计算处理，并按一定的数学模型运算产生控制指令，使步进电机通过机械传动装置调节风窗展开面积。QPLC作为上位机，通过CC-Link现场总线获取从站FX现场工作状况，通过组态技术，在中央监控室显示，完成远程控制。

主站QPLC除对从站控制外，经CC-Link对分叉门电机、管道分流系统、除尘系统进行冗余控制，确保从站FX出现问题时，整个通风系统能够正常工作。

当检测到巷道中瓦斯浓度突然增加，超过了《煤矿安全规程》所规定的安全标准时，系统发出声光报警，并立即切断采掘作业系统电源。另外，当巷道中的粉尘浓度超过了《煤矿安全规程》所规定的安全标准时发出声光报警，并启动除尘器，根据粉尘浓度的大小选择除尘的喷水量。

结合PLC与组态软件和触摸屏的应用，在上位机上设计的监控系统，可以实现该分叉门的在线控制，以及对瓦斯浓度、风量、风压、风机转速等参量进行实时在线监控，同时也可以在现场进行实时监控。

通过实验和现场验证，本发明的外溢式智能配风控制系统可以根据现场瓦斯浓度，实时而准确地控制风筒的进风量，并保证控制的智能化，能够安全可靠地排出瓦斯，保障矿井安全。