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、采區巷道等行人/行車頻繁區域的風門自動化改造；

 與皮帶機、通風機、安全監控系統聯動，實現風流智能調控；

 高瓦斯區域風門的防爆型自動控制，滿足《煤礦安全規程》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、聯動控制、遠程監控的自動化系統，實現風門啟閉與人員/車輛通行、設備運行狀態的無縫聯動，將風門漏風率控制在≤2%，響應時間≤5秒，提升通風系統可靠性與安全性。

二、技術參數與系統架構

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 

聯動接口 RS485/Modbus協議，可接入礦井環網與安全監控系統（KJ90X等） 

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

2.2 系統架構（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. 執行層：電動執行器（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 

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

3.2 創新技術設計

- 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：

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