全自动电动调节风窗

一、核心工作原理

1. 数据感知与采集

• 传感器实时监测：

• 风速 / 风量传感器：安装于风窗前后，通过超声波或热式原理测量风流速度，计算实时风量（单位：m³/min）。

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• 风压传感器：检测风窗前后的压力差（单位：Pa），判断通风阻力变化。

• 环境参数传感器：如瓦斯传感器（监测 CH₄浓度）、粉尘传感器（监测 PM 值）、温度传感器等，为调节策略提供多维数据。

• 数据传输：传感器通过 RS485 总线、CAN 总线或无线通信模块（如 Zigbee），将数据实时传输至本地控制器或地面监控中心。

2. 控制逻辑与决策

• 本地控制器（PLC / 单片机）：

• 自动模式：基于实时数据自动调节，无需人工干预；

• 远程模式：接收地面监控中心的指令（如调度员手动设定开度）；

• 手动模式：通过本地按钮临时操作（如检修时强制固定开度）。

• 内置 PID 控制算法、模糊控制算法或自适应控制算法，根据预设目标（如目标风量、瓦斯阈值）与实时数据的偏差，计算风窗叶片的最佳开度（如目标风量为 500 m³/min，当前实测 450 m³/min，则需增大开度）。

• 支持 多模式切换：

• 联动控制：与局部通风机、主通风机、风门等设备联动，例如：

• 当局部通风机启停时，风窗自动调整开度以维持巷道风量稳定；

• 检测到瓦斯超，优先执行应急程序（如全开风窗快速稀释瓦斯）。

3. 电动执行与反馈

• 驱动机构动作：

• 控制器输出电信号至防爆电机（如三相异步电机，符合 Ex d I Mb 防爆标准），电机通过 齿轮箱、丝杠螺母或链条传动 带动风窗叶片转动或滑动。

• 例如：百叶窗式风窗通过电机驱动叶片旋转，改变通风截面积；插板式风窗通过电机拉动挡板平移，调整过风间隙。

• 防爆电机 + 传动机构：

• 执行精度：开度控制误差≤±1%，响应时间≤10 秒（从数据触发到动作完成）。

• 状态反馈：

• 位置传感器（如编码器、电位器）实时监测叶片开度，并反馈至控制器，形成闭环控制（即 “检测 - 调节 - 再检测 - 再调节"）。

• 若执行过程中出现过载（如叶片卡顿），电机电流骤增，控制器立即触发保护机制（停机并报警）。

二、关键工作场景与流程

场景 1：正常通风调节

1. 数据采集：风速传感器测得当前风量为 480 m³/min，目标风量为 500 m³/min，偏差 - 20 m³/min。

2. 控制计算：控制器根据 PID 算法计算需将开度从 60% 增大至 65%（假设开度与风量呈线性关系）。

3. 执行动作：电机正转驱动叶片打开至 65%，同时位置传感器反馈开度到位信号。

4. 闭环验证：30 秒后再次检测风量，若达到 500 m³/min 则维持状态；若未达标，继续微调直至满足需求。

场景 2：瓦斯超限应急

1. 触发条件：瓦斯传感器检测到 CH₄浓度达 1.2%（超过安全阈值 1%）。

2. 应急响应：控制器立即发送指令至电机，强制将风窗开度调至 100%（全开状态），同时向地面监控中心发送报警信号。

3. 联动协同：通知局部通风机加大功率运行，加速瓦斯稀释；若浓度持续升高，联动关闭附近非必要区域的风门，集中风流至超限区域。

场景 3：远程人工干预

1. 地面操作：调度员通过上位机软件发现某巷道风量波动异常，手动输入开度指令（如从 70% 调至 50%）。

2. 指令传输：通过工业以太网将指令下发至本地控制器。

3. 执行与反馈：电机驱动叶片调整至 50%，控制器返回 “操作成功" 状态，上位机实时更新风窗状态数据。

三、核心技术特点

1. 防爆与可靠性：

• 电机、控制器等电气部件均为矿用防爆型，适应井下易燃易爆环境；

• 配备 UPS 备用电源，确保停电时仍可执行至少 2 小时的应急调节。

2. 高精度与低滞后：

• 风量控制精度 ±5%，开度调节误差 ±1%，响应速度快于传统人工调节（人工调节需 5-10 分钟，电动调节仅需 10-30 秒）。

3. 智能化与集成化：

• 支持与矿井安全监控系统（如 KJ90X）、通风机监控系统无缝对接，实现全矿井通风网络的协同优化。