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文章编号 １００６ －０８９８ ２０１９ ０２ －００４２ －０２ 基于 ＰＬＣ 的矿井通风系统远程监控系统的设计与应用 郑 鹏 山西古县西山鸿兴煤业有限公司ꎬ 山西 临汾 ０４１０００ 摘要 在鸿兴煤业当前井下通风机监控系统研究的基础上ꎬ 设计出基于可编程逻辑控制器 ＰＬＣ 的矿井通风系统远程监控系统的总体结构ꎬ 该系统具有矿井通风系统的逻辑控制、 安全控制、 故 障诊断和实时监控等功能ꎮ 应用实践表明ꎬ 矿井通风系统优化改造后ꎬ 确保了通风机的安全可靠 性ꎬ 达到了节能降耗目标ꎬ 大幅提升了矿井通风监控系统的自动化水平ꎬ 对提高矿井综合效益具 有积极的意义ꎮ 关键词 煤矿ꎻ 矿井通风机ꎻ 远程监控系统ꎻ ＰＬＣꎻ ＭＰＩ 协议 中图分类号 ＴＤ７４２文献标志码 Ｂ 收稿日期 ２０１９ －０３ －１５ ＤＯＩ １０ １４１８７/ ｊ ｃｎｋｉ ｃｐ１３ －１１８５/ ｔｎ ２０１９ ０２ ０１５ 作者简介 郑 鹏 １９８６ꎬ 男ꎬ 山西太原人ꎬ 工程师ꎬ 从事煤矿机电管理工作ꎮ Ｅ － ｍａｉｌ １３６５３６６６９４９＠１６３ ｃｏｍꎬ Ｔｅｌ １３６５３６６６９４９ꎮ 引用格式 郑 鹏 基于 ＰＬＣ 的矿井通风系统远程监控系统的设计与应用 [Ｊ] 水力采煤与管道运输ꎬ ２０１９ ２ ４２ －４３ꎬ ４６ 在煤矿安全生产中ꎬ 通风机作为煤矿井下通风 系统的主要设备ꎬ 担负着井下瓦斯、 ＣＯ 等气体送 出ꎬ 并向井下输送新鲜空气的作用ꎮ 井下通风控制 系统具有非常重要的地位ꎬ 是煤矿井下安全生产中 不可缺少的机电设备ꎬ 担负着远程监控ꎬ 保证矿井 通风安全的重要作用ꎬ 同时矿井通风机的安全、 可 靠与高效运行也是保证矿井安全生产的基础ꎮ 随着科学技术的不断发展ꎬ 我国煤矿井下的通 风监控系统已由传统的人工监控阶段发展为高度工 业化的自动化监控系统ꎮ 因此ꎬ 对井下通风机监控 系统进行研究势在必行ꎬ 基于此设计出基于可编程 逻辑控制器 ＰＬＣ 的矿井通风系统远程监控系统的 总体结构ꎬ 以实现矿井通风系统的逻辑控制、 安全 控制、 故障诊断和实时监控等功能ꎬ 大幅提升矿井 通风监控系统的自动化水平ꎮ １ 矿井通风监控系统 煤矿井下通风监控系统的主要监控对象为综采 工作面和风道内的温度、 风压和风量数值ꎮ 温度监 控是通过井下通风机的关键部位安装的温度传感器 实现对温度参数的收集ꎮ 通过在风道中安装的压力 传感器实现对静压、 全压及动压等相关压力参数的 收集与监控ꎬ 并通过采集到的压力参数经过换算得 到此时对应的风量值[１ －３]ꎮ 以西山鸿兴煤业井下通风监控系统为研究对 象ꎬ 该系统主要由上位机和下位机构成ꎮ 下位机主 要目的是实现对实时工作参数信息的采集ꎬ 并对系 统的实时工作状态进行判断ꎬ 最终实现对系统输入 和输出值的控制ꎻ 上位机主要功能是实现对下位机 所采集到数据的存储ꎬ 并对该数据进行分析处理ꎬ 并将数据处理结果传输到监控调动指挥中心[４ －５]ꎮ 矿井通风监控系统的控制原理如图 １ 所示ꎮ 图 １ 矿井通风监控系统控制原理图 ２ 通风监控系统硬件选型 由于煤矿井下生产环境恶劣ꎬ 工作面的温度、 湿度和粉尘都存在不同程度的电磁干扰ꎬ 因此本系 统中所采用可编程控制器 ＰＬＣ 的下位机ꎮ 当前 工业控制中常用的 ＰＬＣ 为西门子公司ꎮ 通过对西 门子公司产品进行研究ꎬ 并在与矿井全自动通风监 控系统控制特点相匹配的基础上ꎬ 选定西门子公司 Ｓ７ －３００ＰＬＣ 作为本系统的下位机ꎮ 该型号的 ＰＬＣ 能够为系统提供稳定、 可靠的控制ꎬ 同时根据实际 控制需求进行模块化设计的添加ꎮ ３ 井下通风监控系统软件设计 煤矿井下通风监控系统软件设计包括系统程序 ２４ 第 ２ 期 ２０１９ 年 ５ 月 水力采煤与管道运输 ＨＹＤＲＡＵＬＩＣ ＣＯＡＬ ＭＩＮＩＮＧ ＆ ＰＩＰＥＬＩＮＥ ＴＲＡＮＳＰＯＲＴＡＴＩＯＮ Ｎｏ ２ Ｍａｙ ２０１９ 设计和用户程序设计ꎮ 通常情况下ꎬ 该系统的程序 主要包括监控程序、 诊断程序及编译程序ꎮ 基于 Ｓ７ － ３００ＰＬＣ 的编程软件实现了对该软件的设计ꎬ 在 ＳＴＥＰ７ 编程软件中ꎬ 工作人员可以通过梯形图 非常直观地对程序进行表达ꎬ 并为工作人员修改程 序提供一个方便的窗口ꎮ 基于所选用 ＰＬＣ 的特点ꎬ 该系统的程序采用模块化设计ꎮ 基于模块化设计的 程序便于程序人员对其进行后期的维护和扩展ꎮ 系 统的程序设计主要包括对系统所采集数据处理的程 序和对系统故障诊断的程序ꎮ 矿井通风监控系统 ＰＬＣ 程序控制流程如图 ２ 示ꎮ 图 ２ ＰＬＣ 程序控制流程图 数据处理程序是通风监控系统做出判断的关键 依据ꎬ 通过所采集到的数据判断其是否在规定范围 之内ꎬ 进而得出工作面各工作参数是否在合理范围 之内ꎬ 最终对相关机械部件做出控制指令ꎮ 除此之 外ꎬ 通风监控系统的软件设计还包括故障诊断程 序ꎬ 该故障诊断程序主要对系统中的传感器是否能 够正常工作进行判断ꎮ 设备维护人员基于故障诊断 程序大大提高了对设备的维护效率ꎬ 进而提高了井 下设备的工作效率ꎮ ４ 通风监控系统的硬件设计 ４ １ 下位机与 ＷＩＮＣＣ 通信设置 通风监控系统的硬件设计主要是实现上位机和 下位机的通信ꎮ ＰＬＣ 控制系统常采用 ＭＰＩ、 工业以 太网及 ＰＲＯＦＩＢＵＳ 通信协议实现上、 下位机之间 的通信ꎮ 根据本系统的特点ꎬ 采用 ＭＰＩ 通信协议 实现上位机与下位机的连接ꎬ 其 ＰＩ 接口与对应接 口连接如图 ３ 所示ꎮ 图 ３ ＰＩ 接口与对应接口连接图 由图 ３ 可知ꎬ 在完成了组态软件与下位机的通 信后ꎬ 系统所采用的 ＣＰ５６１１ 网卡进行设置ꎬ 保证 了下位机与 ＷＩＮＣＣ 的正常通信ꎮ ４ ２ 上位机操作界面设置 上位机界面是工作人员读取工作面各参数数值 的界面ꎬ 是实现通风监控系统的一个关键环节ꎮ 为 了保证监控的完整性ꎬ 上位机界面需要满足几个要 求 第一ꎬ 上位机可以实时显示数据ꎻ 第二ꎬ 需要 有自动存储功能ꎻ 第三ꎬ 有能够对相关机械进行直 接控制的窗口ꎻ 第四ꎬ 工作人员可以根据需求实时 更改报警的条件ꎬ 并对报警结果进行记录ꎮ 基于以上几点原则ꎬ 对上位机的监控界面进行 设计ꎬ 在下位机与上位机正常通信的基础上ꎬ 可得 到系统实时工作时的监控画面ꎮ 矿井通风监控系统 控制界面如图 ４ 示ꎮ 图 ４ 矿井通风监控系统控制界面图 由图 ４ 可知ꎬ 主控制界面操作人员可以实时对 当前通风机和风道内的运行情况进行监控ꎮ 基于上 述监控画面ꎬ 操作人员可以实现对现场的工作状态 的远程监控ꎬ 并根据采集到数据与预先设定值进行 比较ꎬ 一旦发现温度或者风压等参数不在合理范围 内ꎬ 系统可立即启动报警功能ꎮ ５ 结语 鸿兴煤业技术人员通过研究矿井通风监控系统 下转第 ４６ 页 ３４ 第 ２ 期 郑 鹏 基于 ＰＬＣ 的矿井通风系统远程监控系统的设计与应用 ２０１９ 年 ５ 月 图 ３ １８１１４ 皮带巷道巷道变形量监测图 ３ 在巷道与回采工作面空间位置平齐到超 过回采面 １００ ｍ 的范围内ꎬ 工作面每推进 ３０ ｍ 左 右ꎬ 围岩变形速率发生一次较大的改变ꎬ 此范围大 体与工作面周期垮落步距相同ꎮ ５ 结论 为了验证支护效果ꎬ 斜沟矿通过对矿压动态监 测结果进行了分析ꎬ 提出了采用 “锚杆 ＋ 锚索 ＋ Ｗ 型钢带 ＋ 金属网” 高强度预应力联合支护技术方 案ꎬ 不仅有效解决斜沟矿迎采动掘进巷道围岩变形 量大ꎬ 难以控制的问题ꎬ 同时在保证矿井安全生产 的前提下ꎬ 节约了巷道投入和维护成本ꎬ 对矿井地 质条件相类似的煤矿迎采动沿空掘进巷道围岩控制 与支护提供参考ꎮ 参考文献 [１] 苟 瑾 迎采动面沿空掘巷围岩控制技术研究 [Ｊ] 煤炭工程ꎬ ２０１８ꎬ ５０ ４ ４３ －４７ [２] 谷兴龙 迎采动工作面沿空掘巷动态分段围岩控制 技术的相关探讨 [Ｊ] 内蒙古煤炭经济ꎬ ２０１５ １ １６４ －１６４ [３] 何双龙 迎采动及冲击矿压沿空巷道综合维护技术 [Ｊ] 煤矿安全ꎬ ２０１４ꎬ ４５ １１ ８１ －８３ [４] 马明杰ꎬ 李宗泽ꎬ 李路恒ꎬ 等 沿空掘巷围岩稳定 性及其控制技术研究 [Ｊ] 煤炭技术ꎬ ２０１８ꎬ ３７ ７ [５] 秦忠诚ꎬ 杜金顿ꎬ 刘 佳 采掘相向沿空掘巷动态 分段围岩控制技术 [Ｊ] 煤矿安全ꎬ ２０１６ꎬ ４７ １１ １５５ －１５８ 上接第 ４３ 页 组织架构分析的基础上ꎬ 结合煤矿井下工作环境恶 劣的条件ꎬ 为监控系统选用西门子 Ｓ７ － ３００ 型 ＰＬＣꎬ 保证了监控系统的稳定运行ꎮ 在结合监控系 统特点的基础上ꎬ 对系统的通信协议进行了选择ꎬ 根据所用的 ＭＰＩ 协议实现了上位机与下位机之间 的通信ꎬ 实现了矿井通风系统的逻辑控制、 安全控 制、 故障诊断和实时监控等ꎬ 大幅提升矿井通风监 控系统的自动化水平ꎮ 参考文献 [１] 姚景峰 基于 ＰＬＣ 与变频器的矿井通风机集控系统 设计 [Ｄ] 太原 太原理工大学ꎬ ２０１３ [２] 蒋 云ꎬ 陈 敏 基于 ＰＬＣ 与变频器的井下带式输 送机集控系统设计研究 [Ｊ] 煤矿机械ꎬ ２０１４ꎬ ３５ １２ ２４３ －２４５ [３] 王歆儒ꎬ 李玉忠 基于 ＰＬＣ 与变频器的带式输送机 集控系统应用分析 [Ｊ] 山西煤炭ꎬ ２０１７ ２ ７３ －７６ [４] 刘春波 ＰＬＣ 与变频器在井下带式输送机集控系统 的应用 [Ｊ] 矿业装备ꎬ ２０１７ ３ ６４ －６５ [５] 刘洪霞ꎬ 徐文尚ꎬ 谢国强 ＰＬＣ 和组态王 ６ ５３ 在煤 矿带式输送机集控系统中的应用 [Ｊ] 煤矿机械ꎬ ２０１０ꎬ ３１ １１ １８９ －１９０ ６４ 第 ２ 期 水力采煤与管道运输 ２０１９ 年 ５ 月
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