煤礦通風機智能控制方法探析

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摘要:為全面推進智慧礦山建設，促進煤礦智能化發展，華為的5G技術已經率先引入中國煤礦，在井下500m就能夠進行視頻連線。礦井通風系統是煤礦安全建設的重要組成部分，煤礦中通風機的正反轉的控制方法也有了很大的變化，由基本的繼電器控制到PLC控制到現在能夠利用遠程智能遙控開關實現對通風機的遠程控制。本文就是對煤礦中通風機正反轉的各種控制方法進行比較分析，并選擇最優方案在實際煤礦中展開應用。

關鍵詞:通風機;三相交流異步電動機;紅外遙控開關;GPRS;手機;5G技術

0引言

煤礦中因瓦斯聚集所引起的爆炸安全事故問題時有發生，那么在險情出現時，如何快速地開啟通風裝置?降低瓦斯濃度呢?可以采用遠程智能控制的方法，對通風機進行遠程的實時控制，這樣在井下發生險情時，井上工作人員就能快速做出響應。本文對煤礦通風機遠程控制的種類和方法進行分析比較，并總結優缺點，滿足煤礦智能化發展的要求。

1煤礦通風機的控制電路及原理

煤礦通風機一般分為兩種:主風機和局部通風機。日常情況下正轉向礦井內輸送新鮮空氣，遇到險情時會反轉排出有害氣體，有效控制險情。三相交流異步電動機是通風機的主要動力設備，所以對通風機的控制實際上就是對三相交流異步電動機正反轉的控制。

1．1三相交流異步電動機正反轉的原理圖

利用時間繼電器－接觸器控制的三相交流異步電動機正反轉原理設計如圖1所示［1］。

1．2工作原理

三相交流異步電動機要在正轉基礎上實現正反轉控制，需要在連續控制電路上并聯一條反轉支路，并通過調換任意兩相電源的相序實現反轉，而且要在正反轉支路中加入電氣互鎖，確保交流接觸器工作正常。電機拖動控制系統中，要想可靠調換三相交流異步電動機的相序，在接線過程中，要使兩個交流接觸器的進線端保持一致，在交流接觸器的出線端進行相序的調整［2］。

2利用PLC控制煤礦通風機的正反轉

PLC控制主要是采用梯形圖來進行實現的，梯形圖是PLC中廣泛應用的編程設計語言，功能強大，指令清楚，易于實現。相比傳統的繼電器－接觸器控制電路，更能清楚地對控制對象進行描述，過程比較直觀、清晰明了，且廣泛應用于很多復雜電路中。PLC控制的三相交流異步電動機正反轉控制電路的外部接線圖如圖2所示［3］。在圖2中，我們使用兩個啟停電路分別控制電機的正轉和反轉。按下正轉啟動按鈕SB3，X1打開，其常開觸點閉合，KM2的線圈得電并自鎖，電動機開始正轉運行。按下停止按鈕SB1，X2打開，常閉觸點打開，KM2線圈斷電，電動機停止運行。

3利用遙控開關控制通風機的正反轉

現以某品牌的HK－C1型號的無線遙控開關為例，來說明紅外線無線遙控開關對通風機正反轉的遠程控制。這種開關按鈕簡單、易操作、而且功耗低、抗干擾能力強。開關如圖3所示。

3．1工作方式(手動/遙控)

該開關主要采用紅外線遠程控制，具有手動和遙控兩種控制方式，用戶可以通過遙控器遠程啟動、停止設備。開關信號由兩個磁保持繼電器輸出，能夠滿足要控制的設備或電機開關或通、斷轉換的要求，而且能夠進行相關知識的學習。該開關主要有以下三種工作模式:自鎖、點動、互鎖(按下正轉按鈕，KM1常閉輔助觸點閉合，線圈得電，電動機開始正轉;按下反轉按鈕，KM1常閉輔助觸點閉合，線圈得電，電動機開始反轉。這樣就能保證KM1接觸器與KM2接觸器在同一時間只有一個線圈得電，所以電氣互鎖又叫接觸器聯鎖。)

3．2工作原理

該遙控開關的工作原理就是將遙控輸出并聯在三相交流異步電動機接觸器－繼電器正反轉控制線路上來實現遙控控制。

4利用GPRS遠程開關控制通風機的正反轉

以FY－GPRS型產品為代表的GPRS遠程智能開關，是一款多功能單/多通道的GPRS遠程控制器，利用智能手機APP即可實現對電源系統開關的控制，將流量卡插入主機，即可實時地實現對通風機的遠程遙控［4］;但因為該產品使用的是GPRS第2代通訊技術控制，有著延時長、傳輸慢等缺點。

4．1工作方式

該開關主要采用GPRS遠程控制，具有手動、遙控和手機遠程控制三種方式，只要設備安裝的位置有網絡信號，手機可以正常上網，用戶就可以通過手機APP遠程啟動和停止設備，具有定時和延時控制功能。

4．2工作原理及接線圖

GPRS遠程智能開關控制開關其實工作原理和紅外無線開關遙控開關類似，也是將GPRS遠程智能開關輸出并聯在三相交流異步電動機正反轉按鈕上來實現控制，操作說明書對于具體步驟有詳細的說明，可以參照說明書進行操作。

5利用WIFI遠程開關控制通風機的正反轉

以YS－G5型號產品為代表的基于5G技術的WiFi遠程智能開關，利用5G技術的廣連接、低時延、大帶寬等特點，將無線信號通過互聯網進行傳輸，實現對用電器的控制。YS－G5型號的WiFi遠程智能開關具有四路控制通路，每條通路有3個端子，分別為NO(常開觸點)，COM(公共端)，NC(常閉觸點)。如圖5所示，通常情況下，像正轉、反轉這種啟動運行，用常開輔助觸點，停止運行用常閉輔助觸點。

5．1工作方式

每路分別單獨控制三相電機的正轉、反轉，這里我們可以用通路一控制電動機的正轉，通路二控制電動機的反轉。可以通過手機APP、遙控、手動等多種方式實現控制功能，滿足不同情況所需，能夠根據需求設置設備的工作時間段［4］。手機下載“阿里云智能”APP，主賬號可通過APP分享給多部手機同步控制，實現多人、多地協同控制，降低工作風險，排除安全隱患。

5．2工作原理及接線圖

智能開關的電源端接在三相電源的V，W兩相，智能開關的通路一代替SB2，將智能開關通路1的NO端接1，COM端接2，這樣就可以實現用智能開關的通路1控制三相電機正轉。反轉控制也是同樣的方法，將智能開關的通路2來代替開關SB3就可以實現。如圖6所示。

6各種控制方式的優缺點分析

6．1傳統繼電器－接觸器控制

優點:工作安全可靠，線路清晰明了，能滿足一般電機控制的要求。缺點:繼電器－接觸器控制需要使用很多組件，線路連接復雜，不易操作，同時出現故障時檢修難度較大。6．2PLC控制優點:利用PLC實現對通風機的正反轉控制，電路結構比較簡單，控制方式比較靈活，安全可靠，運行效果好，能夠適應煤礦企業智能化發展的需求。缺點:對維修人員要求較高，技術人員必須要對PLC控制電路的知識比較熟悉，要具備相應的專業知識和技能，因此維修成本較高。

6．3紅外無線遙控開關控制

優點:可在有限距離上實現遙控控制，相比傳統繼電器－接觸器控制，控制方式更加靈活。紅外信號不受墻壁等的影響，能夠在100m內實現遙控控制。缺點:該產品主要通過紅外線技術傳輸信號，但由于紅外線傳輸距離較短，無法實現超長距離控制。

6．4GPRS遠程智能開關控制

優點:使用該智能開關時，只需使用手機流量，就可利用手機APP實時地遠程遙控，可同時給多人使用，不受時間和距離的限制，解決了遙控的單一性，而且通過手機可以實時反饋電器當時的工作狀態。缺點:該產品使用的是GPRS第2代通訊技術控制，延時長、傳輸慢。而且主要將流量卡插入主機，就可實現利用互聯網對通風機的遠程控制，只是需要支付相應的費用。

6．5基于5G技術的WIFI遠程智能開關控制

優點:5G通信技術傳輸速度高、延遲時間短，功率損耗小，所以該開關使用過程中不受距離的影響，能有效地降低工作風險，排除安全隱患，實現多人－多地快速協同控制。只要手機有信號就可以進行控制，不需要插卡，可根據需要采用手機APP、遙控、手動等多種控制方式，滿足不同情況的需求，可有效降低煤礦中的安全風險，為煤礦安全保駕護航。缺點:該開關利用5G技術傳遞無線信號，由于對互聯網知識要求高，涉及到的知識點比較復雜，后續的維修會有些不便。

7小結

本文主要介紹了當前比較流行的煤礦通風機正反轉的控制方法，通過對各種方法的優缺點的分析和比較，結合當前煤礦生產智慧化建設的要求，5G技術已成為煤礦智能化升級轉型的關鍵，因此利用基于5G技術的WIFI遠程智能開關控制煤礦通風機正反轉將逐漸成為趨勢，可以有效地減少煤礦安全事故的發生，大大提高煤礦生產的自動化和智能化水平，還能節省大量的電能，具有較高的經濟效益。

作者:劉艷華 單位:山西工程職業學院