地感線圈在井下風門自動控製中的應用

楊宏民,羅海珠,牛廣珂

(煤炭科學研究總院撫順分院,遼寧撫順113122)

摘　要:03manbetx 了用於煤礦井下風門控製的地感線圈工作原理、技術指標及其靈敏度的影響因素,並對其在礦車信號檢測和風門自動控製方麵的應用作了簡要介紹。

關鍵詞:地感線圈;礦用風門;自動控製

中圖分類號:TD726　　　　文獻標識碼:B　　　文章編號:1003-496X(2006)02-0037-03

　　風門是煤礦井下的主要通風設施之一,對其進行自動控製是現代化礦井通風、安全生產及災變應急的關鍵技術之一。風門自動控製一般包括本地控製和遠程控製,本地控製的核心單元是車輛、行人通過信號的檢測裝置,它是決定風門可靠性、穩定性的關鍵因素。一般的車輛信號檢測方式主要有:光電感應、超聲波檢測、雷達微波檢測、紅外線檢測、壓力傳感器、脈衝光源式光敏傳感器、集電弓碰撞式水銀開關以及接觸式操作閥(限位開關)等。

1　車輛人員信號檢測技術及其優缺點光電感應式分為直接接收式和反射接收式兩種,缺點是容易受煙霧或粉塵遮擋的影響產生誤動作。超聲波、雷達微波及紅外線檢測方式結構複雜,安裝維護比較困難。壓力傳感器方式是利用安裝在軌道下麵壓敏傳感器檢測車輛信號的,往往壽命較短且易受汙水、粉塵等腐蝕。脈衝光源式光敏傳感器工作方式是在風門上安裝光敏傳感器,車輛上安裝區別於照明光源的專用脈衝式光源。集電弓碰撞式水銀開關的工作方式是在架線點機車的滑觸線上安裝水銀開關,當點機車的集電弓滑過裝有水銀開關的滑觸線時,將水銀開關擺動20°以上的任意角度,使水銀開關由斷開狀態轉為導通狀態,從而發出控製指令。此方式不適用於目前廣泛采用的蓄電池機車和無軌膠輪車。地感線圈是一種埋於地下的電感線圈,能夠感應金屬物體通過時引起的電感量的變化,其優點是可封裝並埋於地下,不受人為和自然破,工作穩定,適用壽命長;可分離人車信號,便於風門分級管理。

2　地感線圈的應用及其工作原理地感線圈近年來得到突飛猛進的發,已廣泛地應用於交通、住宅小區和停車場等處的大門管理,但由於其防爆性問題未直接用於煤礦井下。眾所周知,本安電路最關鍵的因素之一是電容和電感元件,而地感線圈本身就是一個大電感元件,檢測電路也是一個基本的LC振蕩回路。要解決防爆問題,首先要優化電路參數,合理匹配振蕩回路的能量。煤炭科學研究總院撫順分院經過大量的研究和試驗,終於研製成功可用於煤礦井下的地感線圈,並利用它進行風門本地自動控製,大大地提高了風門自動控製的穩定性和可靠性,並實現了井下風門人、車分級控製管理。地感線圈的工作原理:在通電的情況下,地感線圈周圍會產生穩定的電磁場,當有金屬導電物質通過並切割磁力線時,磁場和線圈的電感量都會發生改變,這樣就可以通過檢測其電感量的變化來識別有無金屬物體通過。

地感線圈的工作電路是一個典型的LC振蕩電路,原理圖如圖1所示。其輸出振蕩信號為正弦信號,經過整形電路以後產生方波信號,計數器電路對信號的高電平進行計數,根據此計算出被測電感的值,並與初始值進行比較。當變化量大於設定值時,發出動作指令。

圖1　地感線圈工作原理框圖

3　地感線圈的技術參數及其影響因素

3.1　地感線圈的技術參數

　　電感計算量與實際量的誤差:<1%測量範圍:150μH~1 H電源:DC 8~12 V電流:<150 mA響應時間:5 ms

3.2　地感線圈靈敏度和穩定性的影響因素地感線圈的靈敏度的表示方法有兩種,一是用振蕩周期變化的最小檢測量δT表示,二是用電感值變化的最小檢測量δL表示。根據工作電路參數和工作方式,δT、δL可分別表示為式(1)和(2)。

δT=20 000d·(d+4)+100,μs (1)

δL=108d·(d+4)2,μH (2)

式中,d為計數器電路在規定時間內的計數值。

由上式可知,隻有記數值d影響係統靈敏度,d越大δT和δL就越小,係統靈敏度越高。計數值d就是在單位時間(5 ms)內信號個數,其實質反映了信號的振蕩頻率,而影響線圈振蕩頻率的因素有兩個:一是檢測電路的參數,二是被測電感的大小。因為檢測電路的參數已經確定,所以地感線圈的電感量就決定著係統的靈敏度。LC振蕩回路的周期可用式(3)表示。

T=2πLC(3)

式中　T———振蕩周期,μs;

　L———電感線圈的電感量,μH;

　C———係統的電容值,μF。

由式(3)可知,當地感線圈的電感L增加時,周期T增加,頻率減小,則d減小,δT和δL增加,則係統靈敏度降低。因此地感線圈本身的電感量越大,係統的靈敏度就越小。

但是當地感線圈的電感量太小時,其電感漂移會引起礦車信號檢測的誤操作,影響係統穩定性。試驗表明,當δL≥1μh時係統靈敏度和穩定性均較好。

3.3　地感線圈的封裝處理地感線圈采用PVC管作為保護外套,多股芯線穿入PVC管中後,用聚氨酯、環氧樹脂等材料封填,確保其防水性,也可防止由於線圈之間的錯動引起電感量的變化。處理後的地感線圈可用於煤礦井下,並具有良好的防爆、防水、防潮及防腐性能。

3.4　地感線圈的初始化地感線圈安裝時,其周圍存在鋼軌等金屬物質,會引起電感量的變化。初始化時,地感線圈將安裝環境下的電感量作為初始值,與檢測時的電感量值進行比較,來判斷是否有車輛通過。

3.5　地感線圈的故障自檢當電感連接不正確、沒有連接電感、電感損壞或電感量超出範圍時,則定時中斷,記數值d為零或超出有效範圍,係統蜂鳴器會發出報警,提示正確安裝或處理故障。

4　地感線圈在風門自動控製中的應用在煤礦井下風門的兩側分別安裝地感線圈,檢測車輛通過信號和車輛行駛方向,配合另一組風門的一對地感線圈,控製風門的開閉,通過對一組風門狀態的判斷,實現風門的閉鎖。地感線圈布置如圖2所示。

圖2　地感線圈布置示意圖

地感線圈可以實現人、車信號分離,也可以實現對風門控製信號的分級管理。本項研究中將風門控製指令分為三級,I級為遠程控製指令,來自礦井安全監控係統地麵總站;II級為礦車自動控製指令,由地感線圈發出;III級為手動控製指令,由風門旁邊的手動按鈕發出。I級指令的級別最高,代表了遠程應急控製的最高級別;II級指令次之,III指令級別最低,體現了運輸時不行人的管理理念。控製指令分級管理及風門閉鎖的程序控製如圖3所示。

　　該自動風門在淮南礦業集團潘三礦井下應用,通過一年多的運行,性能穩定、可靠,收到了良好的效果。

5　結　論(1)地感線圈可用於有軌礦車和無軌膠輪車的信號檢測,性能穩定、可靠。

(2)地感線圈封裝處理後,具有良好的防水、防潮、防腐蝕性能,使用壽命長。

(3)地感線圈用於井下風門本地自動控製,可大大提高自動風門的穩定性和可靠性。

參考文獻:

〔1〕　楊宏民.礦井通風係統實時閉環監測、03manbetx 與決策控製係統〔R〕.撫順:煤炭科學研究總院撫順分院,2004.

〔2〕　廉自生.KHFM -I型自動控製風門的研製〔J〕.《煤礦機械》2001,(7) .

〔3〕　李少鵬.PLC用於煤礦自動風門的控製〔J〕.《煤》1997,(2).

〔4〕　雷雲明.礦井自動風門電氣控製〔J〕.《工業安全與防塵》,1993,(12).

　　作者簡介:楊宏民(1967-),男,高級工程師, 1991年畢業於西安礦業學院采礦係,現在煤炭科學研究總院撫順分院從事礦井通風與防滅火技術研究工作,兼中國煤炭勞動保護科學技術學會火災防治專業委員會秘書長,煤炭行業煤礦安全標準化技術委員會火災防治及設備分會主任委員,發表論文10餘篇。