風門自動控制裝置的技術方案

一、方案背景與技術目標

 1.1 應用場景

 風門自動控制裝置主要解決煤礦井下通風系統(tǒng)中人工操作風門效率低、漏風率高、安全隱患突出等問題，適用于：

 井底車場、采區(qū)巷道等行人/行車頻繁區(qū)域的風門自動化改造；

 與皮帶機、通風機、安全監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動，實現(xiàn)風流智能調控；

 高瓦斯區(qū)域風門的防爆型自動控制，滿足《煤礦安全規(guī)程》第158條“風門應自動關閉，嚴禁同時打開”的要求。

1.2 核心目標

設計具備智能感知、聯(lián)動控制、遠程監(jiān)控的自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)風門啟閉與人員/車輛通行、設備運行狀態(tài)的無縫聯(lián)動，將風門漏風率控制在≤2%，響應時間≤5秒，提升通風系統(tǒng)可靠性與安全性。

二、技術參數與系統(tǒng)架構

2.1 關鍵技術指標 

項目 技術指標 

控制方式 電動/氣動雙動力模式（可選），支持本地自動/遠程手動/應急手動三種控制模式 

驅動功率 電動型：≤2.2kW（AC 380V/127V）；氣動型：氣源壓力0.4~0.8MPa 

響應時間 傳感器觸發(fā)至風門啟動≤1秒， 啟閉時間≤5秒（根據風門尺寸可調） 

防爆等級 Ex d IMB（礦用隔爆兼本安型），符合GB3836系列標準 

聯(lián)動接口 RS485/Modbus協(xié)議，可接入礦井環(huán)網與安全監(jiān)控系統(tǒng)（KJ90X等） 

環(huán)境適應性 -20℃~+40℃，濕度≤98%，抗粉塵（粉塵濃度≤1000mg/m3） 

2.2 系統(tǒng)架構（三層架構設計）

1. 感知層：紅外對射傳感器（檢測人員/車輛）、風速傳感器（GFW15）、瓦斯傳感器（GJG100J）、風門位置傳感器（磁性接近開關）；

2. 控制層：本安型PLC控制器（KXJ127）、防爆控制箱、繼電器模塊、電源模塊；

3. 執(zhí)行層：電動執(zhí)行器（防爆電機+減速機）/氣動氣缸、風門閉鎖裝置、聲光報警器。

三、風門自動控制裝置硬件組成與關鍵技術

3.1 核心部件選型

模塊 部件/型號 技術特點 

控制器 西門子S7-200 SMART（本安型） 輸入/輸出點數≥24路，支持PID控制，存儲容量≥1MB，響應時間≤10ms 

驅動裝置 電動型：YFB2-112M-4防爆電機 功率4kW，轉速1440r/min，配行星減速機（減速比1:30），輸出扭矩≥150N·m 

 氣動型：SC-125×300氣缸 缸徑125mm，行程300mm，推力≥6160N，帶緩沖調節(jié)功能 

傳感器組 紅外對射（GUC100） 檢測距離10m，抗粉塵干擾，響應時間≤50ms 

通信模塊 礦用本安型無線網關（KTW128） 支持WiFi/4G（Ex ib），傳輸距離≥500m，接入礦井調度系統(tǒng) 

備用電源 本安型UPS（12V/20Ah） 斷電后續(xù)航≥4小時，支持風門緊急關閉或保持當前狀態(tài) 

3.2 創(chuàng)新技術設計

- 雙動力冗余控制：電動/氣動驅動可一鍵切換，電動系統(tǒng)故障時自動切至氣動模式（切換時間≤10秒）；

- 智能防夾算法：采用紅外+壓力雙重檢測，關門過程中檢測到障礙物時自動回退（回退距離50mm），防止夾傷；

- 風壓補償技術：實時監(jiān)測兩側風壓，通過PID算法自動調整驅動力，確保500Pa風壓下啟閉力≤120N。

四、風門自動控制裝置控制邏輯與聯(lián)動功能

4.1 自動控制流程（典型場景）

1. 行人通行場景：

- 紅外傳感器檢測到人員→ PLC觸發(fā)開門信號→ 驅動裝置開啟風門→ 語音提示“風門開啟，請快速通過”→ 人員通過后（紅外信號消失）延時15秒關閉→ 聲光報警解除。

2. 行車通行場景：

- 車輛接近觸發(fā)雷達傳感器→ 風門優(yōu)先開啟（與對向風門互鎖）→ 車輛通過后（地感線圈檢測）延時30秒關閉→ 聯(lián)動皮帶機信號（車輛通行時皮帶機減速）。