矿井单巷掘进通风机集成控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种矿井单巷掘进通风机集成控制系统，其特征在于ＰＬＣ与变频器和显示屏分别通过串行通讯口连接；ＰＬＣ与通讯扩展模块和模拟量扩展模块分别通过Ｉ／Ｏ总线连接；主保护电路板和电动机保护电路板分别与模拟量扩展模块通过Ｉ／Ｏ口连接；ＰＬＣ分别与主保护电路板和电动机保护电路板通过Ｉ／Ｏ口连接。本发明专利技术以ＰＬＣ为中央处理器，设计了硬件电路及控制方法，实现了各种控制方法的稳定切换及漏电闭锁、对称短路、过载、稳态过电压等保护功能，现场运行表明，系统运行稳定可靠、技术指标符合设计要求，最大限度地确保了掘进通风的连续性和瓦斯排放的安全性，保证了矿井的安全生产。本发明专利技术尤其适用于矿井单巷掘进工作面的掘进通风和瓦斯排放。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种矿井巷道掘进通风控制系统，特别是一种用于矿井单巷掘进通风机集成控 制系统。
技术介绍
现有矿井巷道掘进通风机自动控制系统有两类， 一类是如盘江煤电公司董代安于2005 年6月在《矿业安全与环保》发表的"矿用局部通风机自动切换装置的研制"，介绍了矿井掘 进工作面专供工作风机和动力备用风机开停的自动切换工作原理，并通过现场应用，有效实 施了工作风机和备用风机的开停自动切换，确保了掘进工作面连续正常供风；还有平顶山煤 业集团公司陈超凡于2001年12月在《煤矿安全》发表的"KJD11局部通风机自动切换监控 器"，实现了专备用风机间的自动切换又可以取代一个掘进工作面应投入3 5台设备开停传 感器和1台断电控制器，提高了煤矿掘进工作面局部痛风的安全可靠性。这两种装置只能控 制局部通风机工频运转，当瓦斯超限，排放瓦斯时采用加挡板、控制风门等方法，这些方法 排放瓦斯时，风量控制不易把握，仅凭瓦斯排放员的经验来给定供风量的大小，很容易造成 全风压风流混合处瓦斯浓度超限，产生安全隐患；另一类如中国矿业大学祝龙记于2003年4 月份在《煤炭科学技术》发表的"矿用变频调速局部通风机的模糊控制技术"提出了一种模 糊控制器及其解耦设计方式，实现了瓦斯浓度与局部通风机变频调速的模糊控制；还有渤海 大学贺玉凯于2005年第3期在《煤炭工程》发表的"基于DSP的智能局部通风机控制系统研 究"以DSP为控制核心，调速电机驱动局部通风机，采用智能控制等先进的控制手段，构成 智能局部通风机控制系统，对掘进巷道中积聚的瓦斯进行无超限自动排放。这两种系统无论 是在掘进通风还是瓦斯排放状态，始终控制局部通风机变频运转，虽然这种方式起到节能和 瓦斯安全排放的作用，但是当变频器在隔爆腔内始终处于运行状态时，散热量大、寿命降低， 故障率高，影响煤矿井下的安全作业。
技术实现思路
本专利技术是一种矿井单巷掘进通风机集成控制系统，并以提供一种矿井单巷掘进通风机集 成控制系统的硬件结构为目的，用以解决矿井单巷掘进工作面局部通风机间切换不可靠、电 动机保护功能不健全以及局部通风机变频排放瓦斯的问题。本专利技术基于上述问题和目的，采用PLC专用编程软件进行程序设计，并通过软件提供的 PID指令向导，设计PID控制器，该PID控制器能够根据输入瓦斯浓度值的大小，输出相应 的控制量，改变局部通风机转速，实现瓦斯自动排放。本专利技术所采取的技术方案包括PLC、变频器、通讯扩展模块、模拟量扩展模块、主保护 电路板、电动机保护电路板以及显示屏。其中，PLC与变频器和显示器通过串口连接；PLC与通讯扩展模块和模拟量扩展模块通过 1/0扩展端口连接；主保护电路板和电动机保护电路板分别与模拟量扩展模块通过I/O 口连 接；PLC分别与主保护电路板、电动机保护电路板通过I/0口连接。主保护电路板是主保护电路板是由电压检测电路和系统整定电流参数输入电路构成的电 路板。电压检测电路是电压互感器输入端和电缆的任意两连接，单相桥式整流电路输入端和电 压互感器输出端连接，电容d和极性电容C2分别并联于单相桥式整流电路的输出端，电阻^ 一端和极性电容C2正极连接，电阻R,另一端和电位器Rh—端连接，电位器RP,另一端、电容 d—端、极性电容C2负极和单相桥式整流电路输出端的另一端共同接地。系统整定电流参数输入电路是是电平转换电路I输入端和PLC输出端连接，电平转换电 路I输出端和BCD拨码盘BCD拨码盘B2、 BCD拨码盘83和BCD拨码盘84的输入控制线连 接，BCD拨码盘BCD拨码盘B2、 BCD拨码盘Bs和BCD拨码盘B4的BCD码输出信号线经过限 流电阻和+ 5V电源连接，与非门I、与非门II、与非门III和与非门IV的输入端分别和BCD拨 码盘B,、 BCD拨码盘B2、 BCD拨码盘B3和BCD拨码盘B4的BCD码输出信号线连接，电平转换电路II输入端端分别和与非门I 、与非门II、与非门m和与非门iv的输出端连接，电平转换电路n输出端和PLC 1/0口的输入端连接。电动机保护电路板是一个由电流检测电路和漏电闭锁电路构成的电路板。 电流检测电路是电阻R2并联于电流互感器输出端，整流二极管Dt串联于电阻R2—端和电容C3—端，电容C3—端和二极管D,—端连接，电容C3另一端接地，电容C4并联于电容C3两端，电位器RP2串联于电容C4一端和电阻R3—端，电阻R3串联于电位器RP2另一端和电阻R5一端，电阻R4—端和电阻R5—端连接，电阻R5另一端和稳压管^一端连接，电阻R2另一端、电容C3另一端、电容C4另一端、电阻R4另一端和稳压管V,另一端共同接地。漏电闭锁电路是漏电闭锁电路是单相桥式整流电路输入端与交流电源连接，极性电容c5和电容C6并联后共同并联于单相桥式整流电路输出端，稳压块输入端的一端和电容C6—端连 接，稳压块输入端的另一端和稳压管V2—端连接，稳压块输出端和电容C7—端连接，电容C7和极性电容Cs并联，电阻Re串联于极性电容C8正极和电阻R6—端，电位器RP3—端和电阻Re另一端连接，电阻R7—端和稳压管V3另一端连接，电阻Rs另一端和稳压管V3—端连接，电阻 R7另一端和稳压管V3另一端连接后接地，单相桥式整流电路输出端的另一端、极性电容C5负极、电容Ce另一端、稳压管V2的另一端、电容C7的另一端和极性电容C8负极共同连接于电缆 A相。电平转换电路I是电阻R9和晶体管T,基极连接，电容C9连接于晶体管T,基极和地之间， 晶体管L发射极接地，电阻R,。接于+24V电源和晶体管L集电极之间。电平转换电路II是电阻Ru和晶体管T2基极连接，电容d。连接于晶体管T2基极和地之间， 晶体管T2发射极接地，电阻Ru接于+ 5V电源和晶体管T2集电极之间。本专利技术一种矿井单巷掘进通风机集成控制系统的控制方法，该方法是起动集成控制系统， 若瓦斯传感器1\》1%，系统进入排放瓦斯状态，当瓦斯传感器1\<1%，瓦斯传感器12<1 %且变频器运行到工频时，延时10分钟，瓦斯排放完毕，局部通风机接入工频电源进行掘进 通风；若瓦斯传感器1\<1%，进行掘进通风；在系统掘进通风过程中，当瓦斯传感器T,》1 %时，断开真空接触器K3，延时30秒，进入排放瓦斯状态，瓦斯排放完毕后，进入工频运行 状态；若瓦斯传感器T2发生故障，则系统自动停止运行并报警，此时进行手动排放瓦斯； 故障处理完毕后，进行空载检验；在两套集控系统因故障而自动转换失败时，报警检修，并选择一套集控系统无保护起动， 集控系统将起动局部通风机进行工频运转。本专利技术一种矿井单巷掘进局部通风机集成控制系统，以PLC做为中央处理单元，设计了 硬件电路及控制方法，能够实现各种控制方法的稳定切换及漏电闭锁、对称短路、过载、稳 态过电压等保护功能，特别适用于矿井单巷掘进工作面的掘进通风和瓦斯排放。其中稳态过 电压保护电路简单实用，其检测信号与电网电压成严格的线性关系，PLC实时检测该信号并 作相应的判断处理，实现了稳态电压故障保护功能；使用与非门实现整定参数的输入，节省 了PLC大量I/0口，降低了系统成本；电流检测电路能够准确判断和切除各种过电流故障， 实现系统三相短路和过载保护功能；集控系统漏电闭锁保护功能本文档来自技高网...

【技术保护点】
矿井单巷掘进通风机集成控制系统，包括ＰＬＣ（１）、变频器（２）、通讯扩展模块（５）、模拟量扩展模块（６）以及显示屏（７），其特征在于ＰＬＣ（１）与变频器（２）和显示屏（７）分别通过串行通讯口连接；ＰＬＣ（１）与通讯扩展模块（５）和模拟量扩展模块（６）分别通过Ｉ／Ｏ扩展端口连接；主保护电路板（３）和电动机保护电路板（４）分别与模拟量扩展模块（６）通过Ｉ／Ｏ口连接；ＰＬＣ（１）分别与主保护电路板（３）和电动机保护电路板（４）通过Ｉ／Ｏ口连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宋建成，郑丽君，耿蒲龙，尚三军，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：14[]