【文章內(nèi)容簡介】 門位置、風(fēng)機(jī)開停狀態(tài)、反風(fēng)信號和電機(jī)編號等風(fēng)機(jī)運(yùn)行多種狀態(tài)信息； 3） 控制風(fēng)門開 /關(guān)、風(fēng)機(jī)啟 /停； 4） 自動閉鎖控制，保證系統(tǒng)安全； 5） 具有現(xiàn)場控制，手動控制等多種控制方式。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁 2 礦井主通風(fēng)機(jī)系統(tǒng) 主通風(fēng)機(jī)概述 通風(fēng)系統(tǒng)是利用各種通風(fēng)設(shè)備，不斷地把地面的新鮮空氣按著一定的路線、一定的風(fēng)量送到井下各用風(fēng)地點(diǎn)，同時(shí)把井下的乏風(fēng)排至地面，并將井下的各種有害氣體稀釋到《煤礦安全規(guī)程》所允許的濃度以下，以保證井下工作人員身心健康和設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。通風(fēng)還可以調(diào)節(jié)井下的溫度，改善井下工作環(huán)境。為此，礦井必須要有完整可靠的通風(fēng)系統(tǒng)。 礦井主通風(fēng)系統(tǒng)主要有通風(fēng)機(jī)、風(fēng)門、風(fēng)井等幾部分組成，其中主通風(fēng)機(jī)是系統(tǒng)的核心部件。根據(jù)風(fēng)流在葉輪內(nèi)部的流動方向可分為離心式和軸流式。 礦井主通風(fēng)機(jī)通風(fēng)機(jī)是礦井通風(fēng)系統(tǒng)的核心設(shè)備， 因此自然成為風(fēng)機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)的首要監(jiān)測對象。鑒于通風(fēng)作業(yè)在煤礦安全生產(chǎn)中占據(jù)的至關(guān)重要的地位與作用，在通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中都毫無例外地體現(xiàn)了系統(tǒng)冗余的思想，即重復(fù)配置兩臺相同的通風(fēng)機(jī)組，互為備用，確保通風(fēng)作業(yè)的不間斷性 。 主通風(fēng)機(jī)性能參數(shù) 主通 風(fēng)機(jī)的特性主要有風(fēng)壓、風(fēng)量、功率、和轉(zhuǎn)速五個(gè)工作參數(shù)。 1)風(fēng)機(jī)工作風(fēng)量 在風(fēng)機(jī)風(fēng)口斷面上測出動壓換算成平均風(fēng)速，或直接測出平均風(fēng)速，然后乘以進(jìn)風(fēng)口的斷面積，得出風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)量。 AVQ? （ ）式中 Q 表示風(fēng)量 ,A 表示進(jìn)風(fēng)口斷面積 ,V 表示通風(fēng)機(jī)的風(fēng)速。 2） 風(fēng)機(jī)工作風(fēng)壓 風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓是用其入口風(fēng)流的壓力參數(shù)開反映的。分為風(fēng)機(jī)全壓、風(fēng)機(jī)靜壓和風(fēng)機(jī)動壓。風(fēng)機(jī)全壓是風(fēng)機(jī)對 1 空氣所做的功，用于克服管網(wǎng)阻力和消耗于動能損失。風(fēng)機(jī)靜壓是風(fēng)機(jī)全壓中用于克服管網(wǎng)阻力的部分。風(fēng)機(jī)動壓是風(fēng)機(jī)全壓中的出口動能損失部分。 dlld PPPPP ???? 22 （ ） 3） 風(fēng)機(jī)的 軸 功率 cddNN ??? （ ） 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁 式中 N 是風(fēng)機(jī)軸功率， dN 是電機(jī)有功功率， d? 是電機(jī)效率， c? 是傳動效率。 4） 風(fēng)機(jī)效率 風(fēng)流在風(fēng)機(jī)機(jī)體內(nèi)流動時(shí)會產(chǎn)生沖擊、摩擦等各種能量損失。風(fēng)機(jī)的輸出功率必小于輸入功率，二者的比值反映了風(fēng)機(jī)的實(shí)際工作狀況。 分為靜壓效率和全壓效率。 NPQ?? （ ） NQPJj ?? （ ） 式中 ? 是風(fēng)機(jī)全壓效率， J? 是風(fēng)機(jī)靜壓效率。 對旋軸流式風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 軸流風(fēng)機(jī)由整流罩、葉輪、導(dǎo)葉、整流體、集風(fēng)器及擴(kuò)散筒等組成。對旋 軸流式通風(fēng)機(jī)是將一個(gè)葉輪裝在另一葉輪的后面，而葉輪的轉(zhuǎn)向彼此相反，因此需要兩個(gè)容量、型號完全相同的有隔爆作用的電動機(jī)按相反方向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。即第一葉輪順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，第二級葉輪逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。兩級葉輪互為導(dǎo)葉，第一級形成的旋轉(zhuǎn)速度由第二級反向旋轉(zhuǎn)消除并形成單一的軸向流動排出。 本系統(tǒng)采用的是燕京風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的 BD(K)系列煤礦用防爆對旋式主通風(fēng)機(jī) 2 臺，這是一種典型的軸流式通風(fēng)機(jī)。 BD(K)系列抽出式對旋式主通風(fēng)機(jī)具有壓力增益大，效率高，結(jié)構(gòu)簡單和軸向尺寸小等優(yōu)點(diǎn) ： 該系列對旋軸流主通風(fēng)機(jī)的特點(diǎn) ： 1） 具有優(yōu)良的氣 動性能、靜壓效率高、振動小、噪聲低、高效區(qū)域廣的特點(diǎn)。該風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)效率高達(dá) 85%以上，具有明顯的節(jié)能效果。 2） 采用電機(jī)與葉輪直聯(lián)的簡捷傳動結(jié)構(gòu)，安裝簡單，使用與檢修方便，同時(shí)節(jié)省了風(fēng)機(jī)的占地面積。 3） 風(fēng)機(jī)可以直接反轉(zhuǎn)反風(fēng)。當(dāng)?shù)V井有害氣體急劇增大時(shí)，可將風(fēng)機(jī)由送風(fēng)置換成抽風(fēng)，其反風(fēng)量達(dá)正風(fēng)量的 78%以上，不需要反風(fēng)道基礎(chǔ)，節(jié)約了基建投資。當(dāng)電機(jī)配帶防爆制動裝置后，風(fēng)機(jī)可在 5 分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)反風(fēng)。 滿足煤礦安全規(guī)程規(guī)定的十分鐘內(nèi)必須反風(fēng)。 4） 風(fēng)機(jī)既可以兩臺電機(jī)一起開啟，也可以單臺電機(jī)分別單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)使用，擴(kuò)寬了運(yùn)行的性 能范圍。 5） 風(fēng)機(jī)葉輪回轉(zhuǎn)部分的筒體上，增加了防火花的銅環(huán)裝置，以防止氣體中異物在葉輪高速運(yùn)行時(shí)與筒壁撞擊產(chǎn)生火花，引發(fā)事故。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁 6） 葉片在輪轂上采用 級以上的高強(qiáng)度螺栓聯(lián)接固定，安全可靠。同時(shí)在輪轂上刻有明顯的葉片角度指示線，實(shí)現(xiàn)了對葉片安裝角的無級調(diào)節(jié)，用戶可根據(jù)生產(chǎn)用風(fēng)量的大小停機(jī)人工任意調(diào)節(jié)葉片的安裝角。設(shè)計(jì)上考慮了 6 種固定的調(diào)節(jié)角度，可供用戶參考選用。 7） 采取風(fēng)機(jī) +電機(jī)一體化設(shè)計(jì)開發(fā)，針對過去對旋風(fēng)機(jī)配套電機(jī)存在的質(zhì)量問題，特殊設(shè)計(jì)了專用電機(jī)，從根本上解決了原用風(fēng)機(jī)的缺陷，并在主風(fēng)筒中開設(shè)了多 個(gè)散熱孔，確保設(shè)備的長期運(yùn)行。 風(fēng)門 在人員和車輛可以通行，風(fēng)流不能通過的巷道中至少要建立兩座風(fēng)門，間距要大于運(yùn)輸工具的長度。風(fēng)道的通斷完全以來風(fēng)門的開合來實(shí)現(xiàn)。 在本設(shè)計(jì)方案中兩臺 通風(fēng)機(jī)各有一個(gè)通道，每個(gè)通道各有三個(gè)風(fēng)門，一個(gè)立式風(fēng)門，一個(gè)斜 風(fēng)門，一個(gè)地面風(fēng)門，其中前兩個(gè)風(fēng)門是通常系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的冗余考慮，最后一個(gè)風(fēng)門是調(diào)節(jié)風(fēng)量和倒換風(fēng)機(jī)時(shí)所用。三者都是電動風(fēng)門，其中立式風(fēng)門各有一臺 11KW 的低壓三相交流電動機(jī)拖動，采用的 是左右水平推拉式，無轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，由左右限位開關(guān)來檢測風(fēng)門的位置斜 風(fēng)門采用 40KW 的交 流電動機(jī)拖動，由上下限位開關(guān)檢測風(fēng)門的位置，限位開關(guān)的常開或常閉觸點(diǎn)向 PLC 發(fā)出信號并切斷電機(jī)供電回路。其布局 如圖 所示： 礦井主通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)示意圖2風(fēng) 機(jī)電機(jī)1風(fēng) 機(jī)電機(jī)地面風(fēng)門立風(fēng)門斜風(fēng)門 主風(fēng)井 反風(fēng)方法 當(dāng)?shù)V井進(jìn)風(fēng)口附近、進(jìn)風(fēng)井口或井底車場發(fā)生火災(zāi)或瓦斯突出、煤塵爆炸時(shí)，將會產(chǎn)生大量的有毒、有害氣體，這些有毒、有害氣體隨風(fēng)流進(jìn)入工作面將危及人的生命，從而造成嚴(yán)重事故。為防止煙火和有害氣體隨著風(fēng)流中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁 進(jìn)入工作面，危害井下工人的生命安全，必須在很短的時(shí)間內(nèi)，改變風(fēng)流 方向，防止災(zāi)害的蔓延，縮小災(zāi)害范圍，以保障井下工作人員的安全撤出。 改變通風(fēng)系統(tǒng)正常風(fēng)流的方向叫做反風(fēng)。用于反風(fēng)的各種設(shè)備和設(shè)施叫做反風(fēng)裝置。它主要由反風(fēng)道、閘門和慢速絞車等組成。為了保證礦井的安全生產(chǎn)，礦井必須安裝反風(fēng)裝置?！啊睹旱V安全規(guī)程》規(guī)定，生產(chǎn)礦井主要通風(fēng)機(jī)必須裝有反風(fēng)設(shè)施，并能在 10min 內(nèi)改變巷道中的風(fēng)流方向；當(dāng)風(fēng)流方向改變后，主要通風(fēng)機(jī)的供給風(fēng)量不應(yīng)小于正常供風(fēng)量的 40%。” 通風(fēng)機(jī)的反風(fēng)方法一般來說有兩種：一種是利用反風(fēng)道反風(fēng)，另一種是利用風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)反風(fēng)。前者的優(yōu)點(diǎn)是風(fēng)量大（等于正常風(fēng)量）， 風(fēng)機(jī)不停不反轉(zhuǎn)，缺點(diǎn)是需另外開拓一段巷道，安裝風(fēng)門和風(fēng)門絞車，而這些風(fēng)門和風(fēng)門絞車平時(shí)根本不用，用時(shí)往往不靈活，甚至起動不起來，故《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，凡利用反風(fēng)道反風(fēng)的每年要進(jìn)行一次反風(fēng)演習(xí)。后者的優(yōu)點(diǎn)是取消了反風(fēng)巷道和風(fēng)門，大大簡化了反風(fēng)系統(tǒng)，只要措施得當(dāng)，完全可以滿足反風(fēng)要求，只是這種方法只適用于 對旋 軸流式通風(fēng)機(jī)。 本設(shè)計(jì)方案正是采取的這種反風(fēng)措施。用反轉(zhuǎn)電動機(jī)反風(fēng)時(shí)，要做到： 1）立即依次拉開正在運(yùn)轉(zhuǎn)的風(fēng)機(jī)的油開關(guān)、隔離開關(guān)和正轉(zhuǎn)隔離開關(guān)，使電機(jī)斷電，并鎖住正轉(zhuǎn)隔離開關(guān)，用剎車裝置將風(fēng)機(jī)停穩(wěn)。 2） 用地鎖將防爆門（蓋）固定牢固。 3）依次合上反轉(zhuǎn)隔離開關(guān)（注意正 反轉(zhuǎn)隔離開關(guān)嚴(yán)禁同時(shí)合上），下隔離開關(guān)和油開關(guān)，使風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)啟動。 4）各風(fēng)門保持原狀不變。 5）對于導(dǎo)翼固定的通風(fēng)機(jī)直接反轉(zhuǎn)啟動通風(fēng)機(jī)；對于導(dǎo)翼可調(diào)角度的通風(fēng)機(jī)，則先調(diào)整導(dǎo)翼調(diào)整器，改變導(dǎo)翼角度，然后反轉(zhuǎn)啟動電機(jī)。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁 3 主通風(fēng)機(jī)自動監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的組成和特點(diǎn) 本系統(tǒng)以 PLC 為核心，主要由信號測取裝置和傳感 (變送 )器、上位機(jī)及通訊裝置及其他設(shè)備組成。 其自動化監(jiān)控系統(tǒng)圖如 圖 風(fēng)機(jī)自動監(jiān)控系統(tǒng)硬件圖 本監(jiān)控系統(tǒng)的主通風(fēng)機(jī)采用的是冗余結(jié)構(gòu)，一主一備兩套設(shè)備，在一套出現(xiàn)故障時(shí)，另一套可以馬上投入運(yùn)行。每臺風(fēng)機(jī)安裝有 2 臺 11KV 的高壓異步電動機(jī) ,電動機(jī)上安裝了三相定子和前后軸承溫度傳感器（出廠時(shí)已預(yù)埋），每個(gè)風(fēng)機(jī)風(fēng)道配有 1 扇地面風(fēng)道閘門 ,用來調(diào)節(jié)風(fēng)量和倒換風(fēng)機(jī)，每個(gè)立式風(fēng)門各有一臺 11KW 的低壓三相交流電動機(jī)拖動，每個(gè)旋轉(zhuǎn)風(fēng)門采用40KW 的交流電動機(jī)拖動，在風(fēng)機(jī)風(fēng)道處安裝測量差壓、負(fù)壓的氣樣管道及流體溫度傳感器；同時(shí) ,為了保證附屬設(shè)備可靠地工作 ,安裝 2 臺 50KVA 的干式礦調(diào)度室網(wǎng)絡(luò)接口工控PLC流量變送器振動變送器壓力變送器電流互感器電壓互感器流量變送器振動變送器壓力變送器溫度變送器綜合保護(hù)裝置2通風(fēng)機(jī)及配套設(shè)備1通風(fēng)機(jī)及配套設(shè)備綜合保護(hù)裝置溫度變送器壓力變送器振動變送器流量變送器電壓互感器電流互感器壓力變送器振動變送器流量變送器中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁 變壓器綜合保護(hù)裝置。 本設(shè)計(jì)按照功能的劃分為：控制、通信、傳動和檢測四大部分 ： 控制部分的核心是安裝在現(xiàn)場的 PLC柜的西門子 S7300可編程控制器，它的任務(wù)包括實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備的邏輯控制、輸入 /輸出的邏輯閉鎖保護(hù)，通風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)采集以及數(shù)據(jù)的格式化處理等方面。 通信部分： 采用的是 MPI（多點(diǎn)接口）作為 PLC 與上位機(jī)間的通訊，其物理層是 RS485。用 PROFIBUS電纜連接 PLC上的 MPI端口和上位機(jī)的 CP5611卡的 9 針 D 型接口 傳動部分采用的是用四個(gè) 11KV 的異步電動機(jī)來拖動風(fēng)機(jī)葉輪。 檢測部分是用各種傳感器和變送器，各種數(shù)字量 /模擬量儀表等設(shè)備。把這些信息送到 PLC 的輸入 /輸出模塊以便處理。 風(fēng)機(jī)自動化監(jiān)控系統(tǒng)硬件系統(tǒng)主要特點(diǎn)如下 : 1）采用了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，功指強(qiáng)大，智指化程度高。 2）采用模塊化設(shè)計(jì)方案，各部分相對獨(dú)立，留有備用通道，便于擴(kuò)展。 3）采用了多種抗干擾措施，因此系統(tǒng)的抗千擾能力強(qiáng)，可靠性高，監(jiān)測準(zhǔn)確。 4）流量監(jiān)測措施獨(dú)特、新穎、可靠性好，精度高。 5）選用了可靠性好、精度高的傳感 (變送 )器。 6）操作簡單、維護(hù)方便。 主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)控的運(yùn)行方式的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)我 設(shè)計(jì)了兩種運(yùn)行方式： 1）現(xiàn)場控制的方式：就是在現(xiàn)場的觸摸屏上進(jìn)行操作，本方案采用的是西門子的 PLC 與 此公司的 觸摸屏 TP270 進(jìn)行通訊，接口兼容性好且穩(wěn)定，所以此種運(yùn)行方式最可靠 。 PLC 和觸摸屏之間通過 MPI 接口通訊。 2）自動控制：就是在無人操作的情況下，若是風(fēng)機(jī)運(yùn) 行出現(xiàn)故障，能自動啟動另外一臺風(fēng)機(jī)， 而不會由于停風(fēng)影響煤礦的正常生產(chǎn)。 風(fēng)機(jī)參數(shù)的檢測 1）溫度信號的檢測： 電機(jī)的定子溫度和三相繞組的溫度是由裝在風(fēng)機(jī)內(nèi)部的 PT100測量電阻得到的 ,流體溫度是由北京昆侖海岸傳感器技術(shù)中心 JWB 防爆一體化 溫度變中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁 送器，輸出的都是 4～ 20mA，將這些信號通過屏蔽雙絞線傳到由 北京智能拓維技術(shù)研究所 生產(chǎn)的多路溫度巡檢儀 工作環(huán)境： 050℃ ；濕度 90RH%； 儀表精度： 級 供電電源： AC100250V 整機(jī)功耗： 4VA 輸入信號： pt100 鉑電阻 通信輸出 :RS485，可以通過此串口與 S7300 的 CP340 2）風(fēng)機(jī)啟 /停信號檢測： SG4KGT9 型開停傳感器主要用于監(jiān)測煤礦井下各種交流驅(qū)動機(jī)電設(shè)備 啟/停狀態(tài)，并把檢測到的設(shè)備開停信號轉(zhuǎn)換成各種標(biāo)準(zhǔn)信號傳輸給 PLC。該傳感器系礦用本質(zhì)安全型，利用 測定磁場的方式，間接地測定設(shè)備的工作狀態(tài)。采用新型抗干擾 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有結(jié)構(gòu)新穎、安裝使用方便 、 功耗低、適應(yīng)性強(qiáng) 、性能穩(wěn)定可靠、維護(hù)工作量小等特點(diǎn)， 主要技術(shù)指標(biāo) 防爆型式 礦用本質(zhì)安全型，標(biāo)志為 “ExibI \ 輸入電源 工作電壓：本安 DC8～ 24V 工作電流： ≤10mA 輸出信號 ： 4～ 20mA 3）風(fēng)量的檢測 用的是 由北京昆侖海岸傳感器技術(shù)中心生產(chǎn)的普通型渦街流量計(jì)。 4） 振動