一、核心工作原理

1. 數據感知與采集

• 傳感器實時監測：

• 風速 / 風量傳感器：安裝于風窗前后，通過超聲波或熱式原理測量風流速度，計算實時風量（單位：m3/min）。

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• 風壓傳感器：檢測風窗前后的壓力差（單位：Pa），判斷通風阻力變化。

• 環境參數傳感器：如瓦斯傳感器（監測 CH?濃度）、粉塵傳感器（監測 PM 值）、溫度傳感器等，為調節策略提供多維數據。

• 數據傳輸：傳感器通過 RS485 總線、CAN 總線或無線通信模塊（如 Zigbee），將數據實時傳輸至本地控制器或地面監控中心。

2. 控制邏輯與決策

• 本地控制器（PLC / 單片機）：

• 自動模式：基于實時數據自動調節，無需人工干預；

• 遠程模式：接收地面監控中心的指令（如調度員手動設定開度）；

• 手動模式：通過本地按鈕臨時操作（如檢修時強制固定開度）。

• 內置 PID 控制算法、模糊控制算法或自適應控制算法，根據預設目標（如目標風量、瓦斯閾值）與實時數據的偏差，計算風窗葉片的最佳開度（如目標風量為 500 m3/min，當前實測 450 m3/min，則需增大開度）。

• 支持 多模式切換：

• 聯動控制：與局部通風機、主通風機、風門等設備聯動，例如：

• 當局部通風機啟停時，風窗自動調整開度以維持巷道風量穩定；

• 檢測到瓦斯超，優先執行應急程序（如全開風窗快速稀釋瓦斯）。

3. 電動執行與反饋

• 驅動機構動作：

• 控制器輸出電信號至防爆電機（如三相異步電機，符合 Ex d I Mb 防爆標準），電機通過 齒輪箱、絲杠螺母或鏈條傳動 帶動風窗葉片轉動或滑動。

• 例如：百葉窗式風窗通過電機驅動葉片旋轉，改變通風截面積；插板式風窗通過電機拉動擋板平移，調整過風間隙。

• 防爆電機 + 傳動機構：

• 執行精度：開度控制誤差≤±1%，響應時間≤10 秒（從數據觸發到動作完成）。

• 狀態反饋：

• 位置傳感器（如編碼器、電位器）實時監測葉片開度，并反饋至控制器，形成閉環控制（即 “檢測 - 調節 - 再檢測 - 再調節”）。

• 若執行過程中出現過載（如葉片卡頓），電機電流驟增，控制器立即觸發保護機制（停機并報警）。

二、關鍵工作場景與流程

場景 1：正常通風調節

1. 數據采集：風速傳感器測得當前風量為 480 m3/min，目標風量為 500 m3/min，偏差 - 20 m3/min。

2. 控制計算：控制器根據 PID 算法計算需將開度從 60% 增大至 65%（假設開度與風量呈線性關系）。

3. 執行動作：電機正轉驅動葉片打開至 65%，同時位置傳感器反饋開度到位信號。

4. 閉環驗證：30 秒后再次檢測風量，若達到 500 m3/min 則維持狀態；若未達標，繼續微調直至滿足需求。

場景 2：瓦斯超限應急

1. 觸發條件：瓦斯傳感器檢測到 CH?濃度達 1.2%（超過安全閾值 1%）。

2. 應急響應：控制器立即發送指令至電機，強制將風窗開度調至 100%（全開狀態），同時向地面監控中心發送報警信號。

3. 聯動協同：通知局部通風機加大功率運行，加速瓦斯稀釋；若濃度持續升高，聯動關閉附近非必要區域的風門，集中風流至超限區域。

場景 3：遠程人工干預

1. 地面操作：調度員通過上位機軟件發現某巷道風量波動異常，手動輸入開度指令（如從 70% 調至 50%）。

2. 指令傳輸：通過工業以太網將指令下發至本地控制器。

3. 執行與反饋：電機驅動葉片調整至 50%，控制器返回 “操作成功” 狀態，上位機實時更新風窗狀態數據。

三、核心技術特點

1. 防爆與可靠性：

• 電機、控制器等電氣部件均為礦用防爆型，適應井下易燃易爆環境；

• 配備 UPS 備用電源，確保停電時仍可執行至少 2 小時的應急調節。

2. 高精度與低滯后：

• 風量控制精度 ±5%，開度調節誤差 ±1%，響應速度快于傳統人工調節（人工調節需 5-10 分鐘，電動調節僅需 10-30 秒）。

3. 智能化與集成化：

• 支持與礦井安全監控系統（如 KJ90X）、通風機監控系統無縫對接，實現全礦井通風網絡的協同優化。