風(fēng)門自動(dòng)控制裝置的技術(shù)方案

一、方案背景與技術(shù)目標(biāo)

 1.1 應(yīng)用場(chǎng)景

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

 井底車場(chǎng)、采區(qū)巷道等行人/行車頻繁區(qū)域的風(fēng)門自動(dòng)化改造；

 與皮帶機(jī)、通風(fēng)機(jī)、安全監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)流智能調(diào)控；

 高瓦斯區(qū)域風(fēng)門的防爆型自動(dòng)控制，滿足《煤礦安全規(guī)程》第158條“風(fēng)門應(yīng)自動(dòng)關(guān)閉，嚴(yán)禁同時(shí)打開(kāi)”的要求。

1.2 核心目標(biāo)

設(shè)計(jì)具備智能感知、聯(lián)動(dòng)控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控的自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)門啟閉與人員/車輛通行、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的無(wú)縫聯(lián)動(dòng)，將風(fēng)門漏風(fēng)率控制在≤2%，響應(yīng)時(shí)間≤5秒，提升通風(fēng)系統(tǒng)可靠性與安全性。

二、技術(shù)參數(shù)與系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo) 

項(xiàng)目 技術(shù)指標(biāo) 

控制方式 電動(dòng)/氣動(dòng)雙動(dòng)力模式（可選），支持本地自動(dòng)/遠(yuǎn)程手動(dòng)/應(yīng)急手動(dòng)三種控制模式 

驅(qū)動(dòng)功率 電動(dòng)型：≤2.2kW（AC 380V/127V）；氣動(dòng)型：氣源壓力0.4~0.8MPa 

響應(yīng)時(shí)間 傳感器觸發(fā)至風(fēng)門啟動(dòng)≤1秒， 啟閉時(shí)間≤5秒（根據(jù)風(fēng)門尺寸可調(diào)） 

防爆等級(jí) Ex d IMB（礦用隔爆兼本安型），符合GB3836系列標(biāo)準(zhǔn) 

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

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

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)（三層架構(gòu)設(shè)計(jì)）

1. 感知層：紅外對(duì)射傳感器（檢測(cè)人員/車輛）、風(fēng)速傳感器（GFW15）、瓦斯傳感器（GJG100J）、風(fēng)門位置傳感器（磁性接近開(kāi)關(guān)）；

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(dòng)執(zhí)行器（防爆電機(jī)+減速機(jī)）/氣動(dòng)氣缸、風(fēng)門閉鎖裝置、聲光報(bào)警器。

三、風(fēng)門自動(dòng)控制裝置硬件組成與關(guān)鍵技術(shù)

3.1 核心部件選型

模塊 部件/型號(hào) 技術(shù)特點(diǎn) 

控制器 西門子S7-200 SMART（本安型） 輸入/輸出點(diǎn)數(shù)≥24路，支持PID控制，存儲(chǔ)容量≥1MB，響應(yīng)時(shí)間≤10ms 

驅(qū)動(dòng)裝置 電動(dòng)型：YFB2-112M-4防爆電機(jī) 功率4kW，轉(zhuǎn)速1440r/min，配行星減速機(jī)（減速比1:30），輸出扭矩≥150N·m 

 氣動(dòng)型：SC-125×300氣缸 缸徑125mm，行程300mm，推力≥6160N，帶緩沖調(diào)節(jié)功能 

傳感器組 紅外對(duì)射（GUC100） 檢測(cè)距離10m，抗粉塵干擾，響應(yīng)時(shí)間≤50ms 

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

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

3.2 創(chuàng)新技術(shù)設(shè)計(jì)

- 雙動(dòng)力冗余控制：電動(dòng)/氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)可一鍵切換，電動(dòng)系統(tǒng)故障時(shí)自動(dòng)切至氣動(dòng)模式（切換時(shí)間≤10秒）；

- 智能防夾算法：采用紅外+壓力雙重檢測(cè)，關(guān)門過(guò)程中檢測(cè)到障礙物時(shí)自動(dòng)回退（回退距離50mm），防止夾傷；

- 風(fēng)壓補(bǔ)償技術(shù)：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)兩側(cè)風(fēng)壓，通過(guò)PID算法自動(dòng)調(diào)整驅(qū)動(dòng)力，確保500Pa風(fēng)壓下啟閉力≤120N。

四、風(fēng)門自動(dòng)控制裝置控制邏輯與聯(lián)動(dòng)功能

4.1 自動(dòng)控制流程（典型場(chǎng)景）

1. 行人通行場(chǎng)景：

- 紅外傳感器檢測(cè)到人員→ PLC觸發(fā)開(kāi)門信號(hào)→ 驅(qū)動(dòng)裝置開(kāi)啟風(fēng)門→ 語(yǔ)音提示“風(fēng)門開(kāi)啟，請(qǐng)快速通過(guò)”→ 人員通過(guò)后（紅外信號(hào)消失）延時(shí)15秒關(guān)閉→ 聲光報(bào)警解除。

2. 行車通行場(chǎng)景：

- 車輛接近觸發(fā)雷達(dá)傳感器→ 風(fēng)門優(yōu)先開(kāi)啟（與對(duì)向風(fēng)門互鎖）→ 車輛通過(guò)后（地感線圈檢測(cè)）延時(shí)30秒關(guān)閉→ 聯(lián)動(dòng)皮帶機(jī)信號(hào)（車輛通行時(shí)皮帶機(jī)減速）。