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煤礦通風(fēng)機(jī)智能控制方法探析

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煤礦通風(fēng)機(jī)智能控制方法探析

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)率先引入中國煤礦,在井下500m就能夠進(jìn)行視頻連線。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題時(shí)有發(fā)生,那么在險(xiǎn)情出現(xiàn)時(shí),如何快速地開啟通風(fēng)裝置?降低瓦斯?jié)舛饶?可以采用遠(yuǎn)程智能控制方法,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)程控制的種類和方法進(jìn)行分析比較,并總結(jié)優(yōu)缺點(diǎn),滿足煤礦智能化發(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,在接線過程中,要使兩個(gè)交流接觸器的進(jìn)線端保持一致,在交流接觸器的出線端進(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,過程比較直觀、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,其常開觸點(diǎn)閉合,KM2的線圈得電并自鎖,電動(dòng)機(jī)開始正轉(zhuǎn)運(yùn)行。按下停止按鈕SB1,X2打開,常閉觸點(diǎn)打開,KM2線圈斷電,電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。

3利用遙控開關(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)的無線遙控開關(guān)為例,來說明紅外線無線遙控開關(guān)對(duì)通風(fēng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的遠(yuǎn)程控制。這種開關(guān)按鈕簡單、易操作、而且功耗低、抗干擾能力強(qiáng)。開關(guān)如圖3所示。

3.1工作方式(手動(dòng)/遙控)

該開關(guān)主要采用紅外線遠(yuǎn)程控制,具有手動(dòng)和遙控兩種控制方式,用戶可以通過遙控器遠(yuǎn)程啟動(dòng)、停止設(shè)備。開關(guān)信號(hào)由兩個(gè)磁保持繼電器輸出,能夠滿足要控制的設(shè)備或電機(jī)開關(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,線圈得電,電動(dòng)機(jī)開始正轉(zhuǎn);按下反轉(zhuǎn)按鈕,KM1常閉輔助觸點(diǎn)閉合,線圈得電,電動(dòng)機(jī)開始反轉(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)控制線路上來實(shí)現(xiàn)遙控控制。

4利用GPRS遠(yuǎn)程開關(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、傳輸慢等缺點(diǎn)。

4.1工作方式

該開關(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),用戶就可以通過手機(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工作原理及接線圖

GPRS遠(yuǎn)程智能開關(guān)控制開關(guān)其實(shí)工作原理和紅外無線開關(guān)遙控開關(guān)類似,也是將GPRS遠(yuǎn)程智能開關(guān)輸出并聯(lián)在三相交流異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)按鈕上來實(shí)現(xiàn)控制,操作說明書對(duì)于具體步驟有詳細(xì)的說明,可以參照說明書進(jìn)行操作。

5利用WIFI遠(yuǎn)程開關(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),將無線信號(hào)通過互聯(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^手機(jī)APP、遙控、手動(dòng)等多種方式實(shí)現(xiàn)控制功能,滿足不同情況所需,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工作原理及接線圖

智能開關(guān)的電源端接在三相電源的V,W兩相,智能開關(guān)的通路一代替SB2,將智能開關(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,將智能開關(guān)的通路2來代替開關(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,線路清晰明了,能滿足一般電機(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)的專業(yè)知識(shí)和技能,因此維修成本較高。

6.3紅外無線遙控開關(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)品主要通過紅外線技術(shù)傳輸信號(hào),但由于紅外線傳輸距離較短,無法實(shí)現(xiàn)超長距離控制。

6.4GPRS遠(yuǎn)程智能開關(guān)控制

優(yōu)點(diǎn):使用該智能開關(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、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,所以該開關(guān)使用過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):該開關(guān)利用5G技術(shù)傳遞無線信號(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