一、系统概述
新一代矿井智能局部通风机是根据国内矿进通风的现状，在大量深放煤矿井下调研的基础上，为了减少瓦斯事故研发而成的。以“安全可靠、节能环保”为目标，以“模块单元、个性组合、实时监测、智能控制”为特点，达到“实时预警、人机双控、按需供风、防灾减灾”的效果，我国矿井局部通风智能控制领域的空白，达到了国内水平。
二、系统组成
该系统由FBD煤用隔爆型压入式轴流局部通风机、隔爆兼本安型变频调速装置、V型自动切换风门、分风器、风筒、支架等单元组成。调速装置是由变频调速系统、瓦斯监控系统、液晶显式和参数设定系统等部分组成，它将*的IGBT变频调速和热管自冷散热技术以及模糊控制理论应用到调速装置中，自动化程度高，技术
三、功能概述
矿井智能局部通风系统是一个闭环控制系统，它的主要功能是通过井下传感器、井下分站采集的参数来确定供风量的多少，避免了现有局部通风机供风的“一风吹”现象，从而解决矿井局部通风按需供风的问题。系统从安全和节能的要求出发，采用PLC与变频器组成的控制系统，对风机转速实时调控，达到“实时预警、人机双控、按需供风、防灾减灾”的效果，从而使矿井局部通风、瓦斯自动排放高效安全，降低瓦斯事故，节能省电。
1、按需通风功能
自动调节局扇转速，调节输出风量、风压，避免瓦斯超限使局扇能节能经济运行。当系统检测到T1、T2浓度值低于设定值上，自动进入调速状态。根据T1、T2检测的迎头瓦斯浓度和掘进巷道回风流的瓦斯浓度（低于T1、T2浓度设定值下限，则局扇减速；T1、T2浓度高于设定值上限，则局扇升速）控制变频器，自动调节风量。
自动调节局扇转速，调节输出风量、风压，避免瓦斯超限使局扇能节能经济运行。当系统检测到T1、T2浓度值低于设定值上，自动进入调速状态。根据T1、T2检测的迎头瓦斯浓度和掘进巷道回风流的瓦斯浓度（低于T1、T2浓度设定值下限，则局扇减速；T1、T2浓度高于设定值上限，则局扇升速）控制变频器，自动调节风量。
2、排放瓦斯功能
人工或自动进入排瓦斯状态后，依据T1、T2、T3传感器检测的工作面、工作面回风流和总汇合风流的瓦斯浓度自动控制局扇转速。当T3浓度不超过设定值（1.5%）时，升速加大风量，当T3浓度超过设定值（1.5%）时，减速减小风量，依此原则调节输出风量，控制排至回风流的瓦斯浓度在安全设定值的范围内，即以效率进行安全排放瓦斯，能够避免瓦斯超限，减少瓦斯安全事故。
人工或自动进入排瓦斯状态后，依据T1、T2、T3传感器检测的工作面、工作面回风流和总汇合风流的瓦斯浓度自动控制局扇转速。当T3浓度不超过设定值（1.5%）时，升速加大风量，当T3浓度超过设定值（1.5%）时，减速减小风量，依此原则调节输出风量，控制排至回风流的瓦斯浓度在安全设定值的范围内，即以效率进行安全排放瓦斯，能够避免瓦斯超限，减少瓦斯安全事故。
3、人工调节风量功能
可通过变频器显示面板和智能控制开关的显示面板的人机界面设置变频器输出频率，以控制局扇的转速来调节风量。
可通过变频器显示面板和智能控制开关的显示面板的人机界面设置变频器输出频率，以控制局扇的转速来调节风量。
4、瓦斯电闭锁功能
系统主控制开关工作且各瓦斯传感器数据低于闭锁值时，掘进工作面动力有电，能够正常进行生产。此时，备用控制开关的真空接触器断开，备用控制开关处于断电预备状态。
当瓦斯传感器数据高于闭锁值时，系统主控制开关输出控制信号控制馈电开关,馈电开关控制掘进工作面动力电源断电，实现瓦斯电闭锁功能。
系统备用控制开关处于工作状态时，仅仅实现巷道通风，不能控制掘进工作面动力电源实现瓦斯电闭锁。
系统主控制开关工作且各瓦斯传感器数据低于闭锁值时，掘进工作面动力有电，能够正常进行生产。此时，备用控制开关的真空接触器断开，备用控制开关处于断电预备状态。
当瓦斯传感器数据高于闭锁值时，系统主控制开关输出控制信号控制馈电开关,馈电开关控制掘进工作面动力电源断电，实现瓦斯电闭锁功能。
系统备用控制开关处于工作状态时，仅仅实现巷道通风，不能控制掘进工作面动力电源实现瓦斯电闭锁。
5、风电闭锁功能
系统主控制开2关故障时（主控制开关停机），系统主控制开关输出控制信号,馈电开关控制掘进工作面动力电源断电，实现风电闭锁功能。
系统主控制开2关故障时（主控制开关停机），系统主控制开关输出控制信号,馈电开关控制掘进工作面动力电源断电，实现风电闭锁功能。
6、声光报警功能
为了在异常情况下，及时提醒现场工作的人员，本系统可配接一个声光报警装置，此装置采用36V交流输入。当PLC通过探头检测到瓦斯传感器超限、或通过485总线通讯发现变频器故障时，PLC会发出声光报警，从而提示工作人员采取相应措施，解决异常情况。
为了在异常情况下，及时提醒现场工作的人员，本系统可配接一个声光报警装置，此装置采用36V交流输入。当PLC通过探头检测到瓦斯传感器超限、或通过485总线通讯发现变频器故障时，PLC会发出声光报警，从而提示工作人员采取相应措施，解决异常情况。
四、系统工作过程
1、主系统启动
系统上电→智能控制开关操纵手柄合上→按下智能控制开关启动按钮→真空接触器闭合→变频器得电，开始初始化，经过一段延时后，变频器给风机供电，输出频率从启动设定值（1.5Hz）开始逐渐增加，实现软启动。
系统上电→智能控制开关操纵手柄合上→按下智能控制开关启动按钮→真空接触器闭合→变频器得电，开始初始化，经过一段延时后，变频器给风机供电，输出频率从启动设定值（1.5Hz）开始逐渐增加，实现软启动。
系统中T1～T4为四个瓦斯浓度传感器，F1为风速传感器，W1为温度传感器，如图二所示：
图2 矿井智能局部通风系统上位机图
T1为工作面瓦斯浓度传感器，T2为回风流瓦斯浓度传感器，正常通风状态时T1与T2一起作为控制风量的依据； T3为回风巷处瓦斯浓度传感器，在自动通风状态时只采集数据，不作控制依据，排瓦斯状态时作为控制风量的依据；T4为风机进风口处瓦斯浓度传感器。
2、初始运行状态
系统初始上电，输出频率设定值为20Hz（也可设定为30Hz）；
系统初始上电，输出频率设定值为20Hz（也可设定为30Hz）；
3、正常通风状态
当掘进工作面瓦斯浓度传感器T1和T2超过设定值上限（0.7%）时，变频器逐级增频，风机自动增加风量；当掘进工作面瓦斯浓度传感器T1和T2低于设定值下限(0.5%)时，变频器减频，风机风量自动减少。掘进工作面瓦斯浓度传感器T1或T2超过报警设定值（1.0%）时报警，系统进入稀释瓦斯状态。掘进工作面瓦斯浓度传感器T1或T2超过断电设定值（1.5%）时工作面非本质安全型电源自动切断，系统进入排瓦斯状态。括号内数值为出厂设定值，可根据用户具体情况更改。
当掘进工作面瓦斯浓度传感器T1和T2超过设定值上限（0.7%）时，变频器逐级增频，风机自动增加风量；当掘进工作面瓦斯浓度传感器T1和T2低于设定值下限(0.5%)时，变频器减频，风机风量自动减少。掘进工作面瓦斯浓度传感器T1或T2超过报警设定值（1.0%）时报警，系统进入稀释瓦斯状态。掘进工作面瓦斯浓度传感器T1或T2超过断电设定值（1.5%）时工作面非本质安全型电源自动切断，系统进入排瓦斯状态。括号内数值为出厂设定值，可根据用户具体情况更改。
4、排瓦斯状态
当系统进入排瓦斯状态时，风机运行由瓦斯浓度传感器T3进行自动控制，当瓦斯浓度传感器T3超过设定上限（1.5%）时，变频器减频，减少风机风量，使T3在设定上限范围（1.5%）内；当瓦斯浓度传感器T3低于设定下限（1.0%）时,变频器增频，增加风机风量，高效排放瓦斯。当瓦斯浓度传感器T3超过报警设定值（1.5%）时报警。当掘进工作面瓦斯浓度降到设定的安全浓度(<1.0%)并保持在安全浓度以下，工作面方可复电。括号内数值为出厂设定值，可根据用户具体情况更改
当系统进入排瓦斯状态时，风机运行由瓦斯浓度传感器T3进行自动控制，当瓦斯浓度传感器T3超过设定上限（1.5%）时，变频器减频，减少风机风量，使T3在设定上限范围（1.5%）内；当瓦斯浓度传感器T3低于设定下限（1.0%）时,变频器增频，增加风机风量，高效排放瓦斯。当瓦斯浓度传感器T3超过报警设定值（1.5%）时报警。当掘进工作面瓦斯浓度降到设定的安全浓度(<1.0%)并保持在安全浓度以下，工作面方可复电。括号内数值为出厂设定值，可根据用户具体情况更改
T4为风机入口瓦斯浓度传感器，当T4的浓度≥0.5%时，依据《煤矿安全规程》，风机自动停止工作，掘进工作面按停风断电处理。
5、主、备风机自动切换
当按下主风机智能控制开关停止按钮(或主风机故障)时→主风机智能控制开关真空接触器断电→主风机的变频器失电（主风机停止工作）→主风机智能控制开关的PLC发出故障信号→备用风机智能控制开关的PLC接收故障信号→备用智能控制开关真空接触器闭合→备用风机变频器得电→备用风机开始运行。
主、备智能控制开关之间联络线在正常运行状态下不带电，仅在风机相互切换过程中短时带电（系我公司双风机双电源技术），使用更加安全。
当按下主风机智能控制开关停止按钮(或主风机故障)时→主风机智能控制开关真空接触器断电→主风机的变频器失电（主风机停止工作）→主风机智能控制开关的PLC发出故障信号→备用风机智能控制开关的PLC接收故障信号→备用智能控制开关真空接触器闭合→备用风机变频器得电→备用风机开始运行。
主、备智能控制开关之间联络线在正常运行状态下不带电，仅在风机相互切换过程中短时带电（系我公司双风机双电源技术），使用更加安全。
图3矿井智能局部通风系统框图
6、系统的参数设置
本系统为了适应各种矿井的实际情况， T1、T2、T3的报警、闭锁、复电值可由供用户自行设置，用户可根据使用地点的实际情况来设定这些参数，这些值的设定都被限制在《煤矿安全规程》规定的范围内。
五、安全保障
1、主系统故障或停机时，智能局部通风系统的智能控制开关实现联机切换启动热备用风机供风，供风更可靠。
2、改善作业现场工作环境。正常通风情况下，智能局部通风系统根据掘进工作面瓦斯涌出量的大小自动控制风速调节风量，避免风量过大造成扬尘。
3、效率自控排放瓦斯。因意外停电或计划停风或瓦斯大量涌出而导致掘进工作面瓦斯超，利用智能局部通风系统可自动以速度、安全地排放瓦斯。
4、智能局部通风系统工作在排瓦斯状态时，也可实现主备切换，确保安全。
5、可防止“一风吹”。风机转速可控制，风量可调节；风机的全压启动为软启动，可避免因风机全压启动而引发的风筒故障。以及电流冲击引起的电源故障。
6、智能局部通风系统与监控系统兼容，系统安全可靠。
2、改善作业现场工作环境。正常通风情况下，智能局部通风系统根据掘进工作面瓦斯涌出量的大小自动控制风速调节风量，避免风量过大造成扬尘。
3、效率自控排放瓦斯。因意外停电或计划停风或瓦斯大量涌出而导致掘进工作面瓦斯超，利用智能局部通风系统可自动以速度、安全地排放瓦斯。
4、智能局部通风系统工作在排瓦斯状态时，也可实现主备切换，确保安全。
5、可防止“一风吹”。风机转速可控制，风量可调节；风机的全压启动为软启动，可避免因风机全压启动而引发的风筒故障。以及电流冲击引起的电源故障。
6、智能局部通风系统与监控系统兼容，系统安全可靠。
六、系统特点
1、流道式变频器采用隔爆式壳体，隔爆壳体外径与局扇电机外径一致，在不影响风机使用性能的前提下，满足了变频器散热的要求；流道式变频器与局扇主机组成一体，外筒按局扇系列化尺寸设计，并可独立装拆；
2、 流道式变频器本体设置有本地操作盒，操作方便；
3、 控制电路与主电路分开布置，避免干扰，系统更加稳定、可靠；
4、 可实现按需通风；
5、 可控排放瓦斯；
6、 双电源双风机自动切换；
7、 掉电记忆、锁定显示、闭锁接口；
8、 与井下分站联网；
9、 运行状态控制；
10、 可靠的保护功能。
2、 流道式变频器本体设置有本地操作盒，操作方便；
3、 控制电路与主电路分开布置，避免干扰，系统更加稳定、可靠；
4、 可实现按需通风；
5、 可控排放瓦斯；
6、 双电源双风机自动切换；
7、 掉电记忆、锁定显示、闭锁接口；
8、 与井下分站联网；
9、 运行状态控制；
10、 可靠的保护功能。
七、环境要求
1、海拔高度≤1000m，当大于1000 米时，降容选型；
2、温度：-5℃～+40℃；
3、周围空气的年平均相对湿度：95％～98％（25℃时）；
4、适用于有甲烷等气体同空气形成的爆炸性混合物的矿井中；
5、与水平面安装的倾斜度≤15 度；
6、在无显着摇动和剧烈冲击振动的地方；
7、在有防止滴水的地方；
8、安装类别； 为Ⅲ类；
9、污染等级： 为三级。
2、温度：-5℃～+40℃；
3、周围空气的年平均相对湿度：95％～98％（25℃时）；
4、适用于有甲烷等气体同空气形成的爆炸性混合物的矿井中；
5、与水平面安装的倾斜度≤15 度；
6、在无显着摇动和剧烈冲击振动的地方；
7、在有防止滴水的地方；
8、安装类别； 为Ⅲ类；
9、污染等级： 为三级。
