煤矿智能通风控制系统优化研究_冯朋飞.pdf

2020年第12期西部探矿工程 * 收稿日期 2020-03-11 作者简介 冯朋飞 （1989-） ， 男 （汉族） ， 河南叶县人， 助理工程师， 现从事矿井通风与瓦斯治理工作。 煤矿智能通风控制系统优化研究 冯朋飞* （潞安集团五阳煤矿， 山西 长治 046205） 摘要 为提高煤矿通风控制系统的自动化智能化水平， 本文基于PLC通风控制系统工作原理， 针对 当前煤矿智能通风系统中普遍存在的PLC控制系统响应速度慢、 易出现分析失准等问题， 分析了 PLC通风控制系统存在的优缺点， 并提出了一种以现场总线技术为基础的煤矿新型智能通风系统， 介绍了该系统的主要构成及具体工作原理， 并总结了该系统的主要优越性， 以期有助于人们更好地 认识该系统， 并进一步推广应用该系统。 关键词 智能通风； 控制系统； PLC技术； 现场总线； 优越性 中图分类号 TD72 文献标识码 A 文章编号 1004-5716202012-0119-02 在煤矿生产系统中， 通风系统占据着非常重要的 位置。其能够为井下作业提供空气， 同时能够有效地 缓解瓦斯聚集等。可是在实践过程中， 煤矿通风系统 显得越来越复杂， 诸如通风阻力变大、 污风循环不合理 等。由此可以看出， 可以对通风系统进行优化处理， 这 样可以有效地保证通风系统的正常。对于传统的通风 系统而言， 通常借助PLC与变频器实现通风控制。可 以控制井下风流风速以及风向等进行监控。随着开采 的需要， 通风系统显得越来越复杂， 在PLC控制系统中 出现了大量的问题， 已经不能满足工程需要。因此， 笔 者首先介绍了PLC控制的优缺点， 接着提出基于CAN 总线技术的通风监测系统， 同时介绍工作原理。 1PLC通风控制系统原理及其优缺点 现在， 在矿山开采时， PLC控制系统广泛地运用在 如下几个方面 矿山开采、 通风系统以及各个运输系统 中， 能够对不同程序进行远程控制。经过工程实践， PLC已经成为矿山控制系统的核心。 1.1PLC通风系统工作原理及其优越性 对于通风系统， 最传统的控制方法是继电器控制 通风设备， 可以使用串并联实现对设备的控制。可是 其存在严重的不足， 主要表现在如下两个方面 第一， 由于继电器控制通风系统， 其需要使用大量的串并联， 导致线路复杂、 接线繁琐、 线路不稳定。第二， 一旦继 电器控制完成， 往往不容易调试， 并且不利于进行通风 优化[1]。 由于PLC控制能够有效地填充上述不足， 其包括 如下三个单元 第一， 数据转换单元； 第二， 数据处理与 分析单元； 第三， 调试单元， 如图1所示。具体执行如 下 首先， 借助传感器可以收集巷道内的风压、 风速以 及瓦斯浓度等数据， 经过EM235单元、 AD单元、 PLC 储存等数据处理环节， 把数据传输给下位机。接着， 可 以通过RS485接口把数据信息传输给Fameview软件， 在计算之后可以把巷道的动态信息传输给下位机。最 后， 可以执行PLC控制指令对矿井风机以及通风构筑 物等实现调节， 从而能够保证通风的正常运行。 图1PLC控制系统工作原理 1.2PLC通风系统不足 PLC监控系统能够实现如下功能 第一， 通风机一 键切换； 第二， 井下风量调节； 第三， 通风设施联锁控制 等。其具有如下特点 结构简单、 便于相关工作人员操 119 2020年第12期西部探矿工程 作、 实现通风[2]。可是由于矿井开采越来越延伸， 导致 通风系统变得更加复杂， 工程使用时经常出现系统响 应缓慢以及指令不准确的现象， 主要表现在如下三个 方面 第一， 监测数据不全面， 主要是由于PLC自身条 件的限制， 导致井下监测数据不足， 使得分析出现偏 离。第二， 由于通风线路逐渐延伸， 数据采集也变得非 常多， 加之数据传输等问题， 导致通风系统工作效率低 下。第三， 井下通风系统不能对于异常情况做出相应 的处理， 因此安全性以及相应的可靠性都受到一定的 制约， 从而不能够快速地做出反应[3]。 2基于现场总线技术的智能通风系统 通过分析PLC控制系统存在的缺陷， 笔者提出了 总线技术的通风网络设计方案。该系统主要包括如下 几个单元 第一， 数据采集； 第二， 操作执行； 第三， 险情 报警； 第四， 冗余设计。如图2所示， 工作原理如下， 首 先由传感器接收井下设备的参数， 并将其发送给远程 监测计算机系统。接着， 远程计算机能够对井下设备 以及工况环境进行有效地分析， 可以借助以太网把指 令传输给现场监控机器。其次， 工况现场的计算机能 够把指令传输给下位机的各个CAN节点， 这时各个节 点能够对指令进行处理， 这样可以对各个设备进行控 制， 同时能够实现对设备状态进行检测。和传统的 PLC控制系统相比， 其具有特点优点 第一， 具有四个 独立的工作单元， 假如系统中某一个环节出现问题， 那 么不会对其他的节点产生影响， 能够极大地优化系统 的稳定性。第二， 系统可以借助以太网以及CAN总线 进行信息的传输， 其中以太网能够实现远程计算机与 现场计算机之间的交互， 而相应的CAN总线可以实现 对井下设备的控制， 这样能够提高系统的响应速度[4]。 第三， 由于通风系统比较长， 这样会出现一系列的突发 问题， 因此设置了冗余系统， 当井下设备以及建筑物等 发生突发事故时， 能够及时的选用备用设备， 从而极大 地保护井下作业的安全性。 经过实践发现， 此系统能够对井下作业与通风进 行实时监测， 并且依据收集的数据， 系统做出极佳的决 策指令， 实现远程控制井下通风设备， 从而可以掌握各 个节点数据的变化情况， 能够及时地调节风量， 保证通 风顺利， 这样能够避免出现安全事故， 保证开采顺利进 行， 提高井下作业的安全性， 避免出现人员的伤亡[5]。 3结论 （1） 对PLC工作系统以及相应的不足进行分析。 其由于井下延伸， 导致出现一些问题诸如采集数据不 足、 动作不迅速以及无法实现联动等。 （2） 经过分析提出总线技术的通风网络系统， 其主 要包括如下四种独立单元 第一， 数据采集； 第二， 操作 执行； 第三， 险情报警； 第四， 冗余设计。其具有良好的 响应速度以及性能稳定， 同时实现对井下通风系统进 行实时监测。 参考文献 [1]罗洪章.矿井掘进面智能通风控制系统设计探析[J].机械研 究与应用,2015533-35. [2]王凤舞.智能矿井通风安全监控系统设计与应用[J].世界有 色金属,20191910-12. [3]孙继平.煤矿信息化自动化新技术与发展[J].煤炭科学技术, 2016119-23. [4]张忠文,朱臣武,周海坤,等.煤矿安全监控联网大数据存储技 术[J].煤矿安全,2016795-98. [5]樊小利,李林章,魏建平.新型多功能矿井通风安全实验装置 的研制[J].实验技术与管理,20172127-129. 图2基于总线技术的新型智能通风系统 120