煤礦通風(fēng)機(jī)智能控制方法探析

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摘要:為全面推進(jìn)智慧礦山建設(shè)，促進(jìn)煤礦智能化發(fā)展，華為的5G技術(shù)已經(jīng)率先引入中國(guó)煤礦，在井下500m就能夠進(jìn)行視頻連線(xiàn)。礦井通風(fēng)系統(tǒng)是煤礦安全建設(shè)的重要組成部分，煤礦中通風(fēng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)的控制方法也有了很大的變化，由基本的繼電器控制到PLC控制到現(xiàn)在能夠利用遠(yuǎn)程智能遙控開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)程控制。本文就是對(duì)煤礦中通風(fēng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的各種控制方法進(jìn)行比較分析，并選擇最優(yōu)方案在實(shí)際煤礦中展開(kāi)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:通風(fēng)機(jī);三相交流異步電動(dòng)機(jī);紅外遙控開(kāi)關(guān);GPRS;手機(jī);5G技術(shù)

0引言

煤礦中因瓦斯聚集所引起的爆炸安全事故問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，那么在險(xiǎn)情出現(xiàn)時(shí)，如何快速地開(kāi)啟通風(fēng)裝置?降低瓦斯?jié)舛饶?可以采用遠(yuǎn)程智能控制的方法，對(duì)通風(fēng)機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程的實(shí)時(shí)控制，這樣在井下發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)，井上工作人員就能快速做出響應(yīng)。本文對(duì)煤礦通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程控制的種類(lèi)和方法進(jìn)行分析比較，并總結(jié)優(yōu)缺點(diǎn)，滿(mǎn)足煤礦智能化發(fā)展的要求。

1煤礦通風(fēng)機(jī)的控制電路及原理

煤礦通風(fēng)機(jī)一般分為兩種:主風(fēng)機(jī)和局部通風(fēng)機(jī)。日常情況下正轉(zhuǎn)向礦井內(nèi)輸送新鮮空氣，遇到險(xiǎn)情時(shí)會(huì)反轉(zhuǎn)排出有害氣體，有效控制險(xiǎn)情。三相交流異步電動(dòng)機(jī)是通風(fēng)機(jī)的主要?jiǎng)恿υO(shè)備，所以對(duì)通風(fēng)機(jī)的控制實(shí)際上就是對(duì)三相交流異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制。

1．1三相交流異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的原理圖

利用時(shí)間繼電器－接觸器控制的三相交流異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)原理設(shè)計(jì)如圖1所示［1］。

1．2工作原理

三相交流異步電動(dòng)機(jī)要在正轉(zhuǎn)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制，需要在連續(xù)控制電路上并聯(lián)一條反轉(zhuǎn)支路，并通過(guò)調(diào)換任意兩相電源的相序?qū)崿F(xiàn)反轉(zhuǎn)，而且要在正反轉(zhuǎn)支路中加入電氣互鎖，確保交流接觸器工作正常。電機(jī)拖動(dòng)控制系統(tǒng)中，要想可靠調(diào)換三相交流異步電動(dòng)機(jī)的相序，在接線(xiàn)過(guò)程中，要使兩個(gè)交流接觸器的進(jìn)線(xiàn)端保持一致，在交流接觸器的出線(xiàn)端進(jìn)行相序的調(diào)整［2］。

2利用PLC控制煤礦通風(fēng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)

PLC控制主要是采用梯形圖來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的，梯形圖是PLC中廣泛應(yīng)用的編程設(shè)計(jì)語(yǔ)言，功能強(qiáng)大，指令清楚，易于實(shí)現(xiàn)。相比傳統(tǒng)的繼電器－接觸器控制電路，更能清楚地對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行描述，過(guò)程比較直觀(guān)、清晰明了，且廣泛應(yīng)用于很多復(fù)雜電路中。PLC控制的三相交流異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路的外部接線(xiàn)圖如圖2所示［3］。在圖2中，我們使用兩個(gè)啟停電路分別控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。按下正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SB3，X1打開(kāi)，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，KM2的線(xiàn)圈得電并自鎖，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始正轉(zhuǎn)運(yùn)行。按下停止按鈕SB1，X2打開(kāi)，常閉觸點(diǎn)打開(kāi)，KM2線(xiàn)圈斷電，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。

3利用遙控開(kāi)關(guān)控制通風(fēng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)

現(xiàn)以某品牌的HK－C1型號(hào)的無(wú)線(xiàn)遙控開(kāi)關(guān)為例，來(lái)說(shuō)明紅外線(xiàn)無(wú)線(xiàn)遙控開(kāi)關(guān)對(duì)通風(fēng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的遠(yuǎn)程控制。這種開(kāi)關(guān)按鈕簡(jiǎn)單、易操作、而且功耗低、抗干擾能力強(qiáng)。開(kāi)關(guān)如圖3所示。

3．1工作方式(手動(dòng)/遙控)

該開(kāi)關(guān)主要采用紅外線(xiàn)遠(yuǎn)程控制，具有手動(dòng)和遙控兩種控制方式，用戶(hù)可以通過(guò)遙控器遠(yuǎn)程啟動(dòng)、停止設(shè)備。開(kāi)關(guān)信號(hào)由兩個(gè)磁保持繼電器輸出，能夠滿(mǎn)足要控制的設(shè)備或電機(jī)開(kāi)關(guān)或通、斷轉(zhuǎn)換的要求，而且能夠進(jìn)行相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)。該開(kāi)關(guān)主要有以下三種工作模式:自鎖、點(diǎn)動(dòng)、互鎖(按下正轉(zhuǎn)按鈕，KM1常閉輔助觸點(diǎn)閉合，線(xiàn)圈得電，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始正轉(zhuǎn);按下反轉(zhuǎn)按鈕，KM1常閉輔助觸點(diǎn)閉合，線(xiàn)圈得電，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始反轉(zhuǎn)。這樣就能保證KM1接觸器與KM2接觸器在同一時(shí)間只有一個(gè)線(xiàn)圈得電，所以電氣互鎖又叫接觸器聯(lián)鎖。)

3．2工作原理

該遙控開(kāi)關(guān)的工作原理就是將遙控輸出并聯(lián)在三相交流異步電動(dòng)機(jī)接觸器－繼電器正反轉(zhuǎn)控制線(xiàn)路上來(lái)實(shí)現(xiàn)遙控控制。

4利用GPRS遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)控制通風(fēng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)

以FY－GPRS型產(chǎn)品為代表的GPRS遠(yuǎn)程智能開(kāi)關(guān)，是一款多功能單/多通道的GPRS遠(yuǎn)程控制器，利用智能手機(jī)APP即可實(shí)現(xiàn)對(duì)電源系統(tǒng)開(kāi)關(guān)的控制，將流量卡插入主機(jī)，即可實(shí)時(shí)地實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)程遙控［4］;但因?yàn)樵摦a(chǎn)品使用的是GPRS第2代通訊技術(shù)控制，有著延時(shí)長(zhǎng)、傳輸慢等缺點(diǎn)。

4．1工作方式

該開(kāi)關(guān)主要采用GPRS遠(yuǎn)程控制，具有手動(dòng)、遙控和手機(jī)遠(yuǎn)程控制三種方式，只要設(shè)備安裝的位置有網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，手機(jī)可以正常上網(wǎng)，用戶(hù)就可以通過(guò)手機(jī)APP遠(yuǎn)程啟動(dòng)和停止設(shè)備，具有定時(shí)和延時(shí)控制功能。

4．2工作原理及接線(xiàn)圖

GPRS遠(yuǎn)程智能開(kāi)關(guān)控制開(kāi)關(guān)其實(shí)工作原理和紅外無(wú)線(xiàn)開(kāi)關(guān)遙控開(kāi)關(guān)類(lèi)似，也是將GPRS遠(yuǎn)程智能開(kāi)關(guān)輸出并聯(lián)在三相交流異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)按鈕上來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，操作說(shuō)明書(shū)對(duì)于具體步驟有詳細(xì)的說(shuō)明，可以參照說(shuō)明書(shū)進(jìn)行操作。

5利用WIFI遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)控制通風(fēng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)

以YS－G5型號(hào)產(chǎn)品為代表的基于5G技術(shù)的WiFi遠(yuǎn)程智能開(kāi)關(guān)，利用5G技術(shù)的廣連接、低時(shí)延、大帶寬等特點(diǎn)，將無(wú)線(xiàn)信號(hào)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)對(duì)用電器的控制。YS－G5型號(hào)的WiFi遠(yuǎn)程智能開(kāi)關(guān)具有四路控制通路，每條通路有3個(gè)端子，分別為NO(常開(kāi)觸點(diǎn))，COM(公共端)，NC(常閉觸點(diǎn))。如圖5所示，通常情況下，像正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)這種啟動(dòng)運(yùn)行，用常開(kāi)輔助觸點(diǎn)，停止運(yùn)行用常閉輔助觸點(diǎn)。

5．1工作方式

每路分別單獨(dú)控制三相電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，這里我們可以用通路一控制電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)，通路二控制電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)?？梢酝ㄟ^(guò)手機(jī)APP、遙控、手動(dòng)等多種方式實(shí)現(xiàn)控制功能，滿(mǎn)足不同情況所需，能夠根據(jù)需求設(shè)置設(shè)備的工作時(shí)間段［4］。手機(jī)下載“阿里云智能”APP，主賬號(hào)可通過(guò)APP分享給多部手機(jī)同步控制，實(shí)現(xiàn)多人、多地協(xié)同控制，降低工作風(fēng)險(xiǎn)，排除安全隱患。

5．2工作原理及接線(xiàn)圖

智能開(kāi)關(guān)的電源端接在三相電源的V，W兩相，智能開(kāi)關(guān)的通路一代替SB2，將智能開(kāi)關(guān)通路1的NO端接1，COM端接2，這樣就可以實(shí)現(xiàn)用智能開(kāi)關(guān)的通路1控制三相電機(jī)正轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)控制也是同樣的方法，將智能開(kāi)關(guān)的通路2來(lái)代替開(kāi)關(guān)SB3就可以實(shí)現(xiàn)。如圖6所示。

6各種控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)分析

6．1傳統(tǒng)繼電器－接觸器控制

優(yōu)點(diǎn):工作安全可靠，線(xiàn)路清晰明了，能滿(mǎn)足一般電機(jī)控制的要求。缺點(diǎn):繼電器－接觸器控制需要使用很多組件，線(xiàn)路連接復(fù)雜，不易操作，同時(shí)出現(xiàn)故障時(shí)檢修難度較大。6．2PLC控制優(yōu)點(diǎn):利用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制，電路結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，控制方式比較靈活，安全可靠，運(yùn)行效果好，能夠適應(yīng)煤礦企業(yè)智能化發(fā)展的需求。缺點(diǎn):對(duì)維修人員要求較高，技術(shù)人員必須要對(duì)PLC控制電路的知識(shí)比較熟悉，要具備相應(yīng)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和技能，因此維修成本較高。

6．3紅外無(wú)線(xiàn)遙控開(kāi)關(guān)控制

優(yōu)點(diǎn):可在有限距離上實(shí)現(xiàn)遙控控制，相比傳統(tǒng)繼電器－接觸器控制，控制方式更加靈活。紅外信號(hào)不受墻壁等的影響，能夠在100m內(nèi)實(shí)現(xiàn)遙控控制。缺點(diǎn):該產(chǎn)品主要通過(guò)紅外線(xiàn)技術(shù)傳輸信號(hào)，但由于紅外線(xiàn)傳輸距離較短，無(wú)法實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)距離控制。

6．4GPRS遠(yuǎn)程智能開(kāi)關(guān)控制

優(yōu)點(diǎn):使用該智能開(kāi)關(guān)時(shí)，只需使用手機(jī)流量，就可利用手機(jī)APP實(shí)時(shí)地遠(yuǎn)程遙控，可同時(shí)給多人使用，不受時(shí)間和距離的限制，解決了遙控的單一性，而且通過(guò)手機(jī)可以實(shí)時(shí)反饋電器當(dāng)時(shí)的工作狀態(tài)。缺點(diǎn):該產(chǎn)品使用的是GPRS第2代通訊技術(shù)控制，延時(shí)長(zhǎng)、傳輸慢。而且主要將流量卡插入主機(jī)，就可實(shí)現(xiàn)利用互聯(lián)網(wǎng)對(duì)通風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)程控制，只是需要支付相應(yīng)的費(fèi)用。

6．5基于5G技術(shù)的WIFI遠(yuǎn)程智能開(kāi)關(guān)控制

優(yōu)點(diǎn):5G通信技術(shù)傳輸速度高、延遲時(shí)間短，功率損耗小，所以該開(kāi)關(guān)使用過(guò)程中不受距離的影響，能有效地降低工作風(fēng)險(xiǎn)，排除安全隱患，實(shí)現(xiàn)多人－多地快速協(xié)同控制。只要手機(jī)有信號(hào)就可以進(jìn)行控制，不需要插卡，可根據(jù)需要采用手機(jī)APP、遙控、手動(dòng)等多種控制方式，滿(mǎn)足不同情況的需求，可有效降低煤礦中的安全風(fēng)險(xiǎn)，為煤礦安全保駕護(hù)航。缺點(diǎn):該開(kāi)關(guān)利用5G技術(shù)傳遞無(wú)線(xiàn)信號(hào)，由于對(duì)互聯(lián)網(wǎng)知識(shí)要求高，涉及到的知識(shí)點(diǎn)比較復(fù)雜，后續(xù)的維修會(huì)有些不便。

7小結(jié)

本文主要介紹了當(dāng)前比較流行的煤礦通風(fēng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制方法，通過(guò)對(duì)各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)的分析和比較，結(jié)合當(dāng)前煤礦生產(chǎn)智慧化建設(shè)的要求，5G技術(shù)已成為煤礦智能化升級(jí)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵，因此利用基于5G技術(shù)的WIFI遠(yuǎn)程智能開(kāi)關(guān)控制煤礦通風(fēng)機(jī)正反轉(zhuǎn)將逐漸成為趨勢(shì)，可以有效地減少煤礦安全事故的發(fā)生，大大提高煤礦生產(chǎn)的自動(dòng)化和智能化水平，還能節(jié)省大量的電能，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。

作者:劉艷華 單位:山西工程職業(yè)學(xué)院