2020年井下通风控制系统如何优化改造论文

井下通风控制系统如何优化改造论文 矿井通风控制系统作为井下生产作业安全的关键要素，实现其的自动化对于井下生产更加高效、安全开展有积极意义。以往的井下通风控制系统多通过继电装置构成控制系统由人工操作达成，其动态监控与实时控制能力均相对不足1。针对这一不足，借助现代化的PLC控制手段，对井下通风控制系统进行改造优化，从而实现通风系统运行的精准、实时操控，对于提高矿井运行安全质量意义重大。 将PLC控制技术应用在井下通风系统中，组建自动化控制系统，其基本构成主要有现场分散检测系统和集中控制系统。在矿井生产的各关键环节布设监控点，对井下生产中的风量、温度和有害气体进行实时观测，并将监测所得数据通过通讯传输系统传递至主控中心，经由主控中心的集中管理和分析解算，获得现场风量分布状况，从而为井下生产中的风量调控制定风量调控方案，并通过操控指令，在驱动装置的影响下，对通风机进行调节，实现运行控制的自动化。整个系统可划分为传感装置、PLC系统和中央控制系统三大部分2-3。 1.1通风系统基本要求分析 井下通风机自动监控系统性能的优劣是影响安全生产的关键要素。完整的自动控制系统分为两个部分，分别是风机动力变电监控系统和风机运行参数及PLC自动化控制系统。整个控制系统的核心需求共包括三个方面，分别是现场参数、风机运行参数和高压开关柜。其现场参数需求如下：a)对作业现场风量、风速、气体浓度和压力等参数进行实时监测；b)对风机运行的电压、电流、功率等参数进行实时监测；c)对风机机轴、定子的运行温度和振动参数等进行监测；d)对润滑油系统工艺参数进行实时监测；e)对高压开关柜运行模拟电量信号、开关控制限位信号、输出控制信号等进行实时监控；f)对通风系统运行状态进行实时模拟显示，并制定在线动态调控方案；g)台账数据报表与历史数据查询功能；h)远程手动控制或智能自动控制风门启动功能；i)系统可进行授权管理。 1.2总体方案设计 系统模型依托于工业以太网，构建三极网络结构，其组成设备主要有工业级HUB（多端口转发装置）、系统防火墙、网关、RS232型以太转换装置、A/D（数字/模拟信号转换模块）、D/A（模拟/数字信号转换模块）、AI（模拟信号输入模块）、DI（开关量输入模块）、AO（模拟量信号输出模块）、DO（开关量输出模块）及复合模块。现场PLC中央控制单元借助工业以太网总线，实现串口和远程独立监测点的相互联结，所用通讯端口为RS485型通讯端口，所用信道为高速有线信道或光纤信道。作业现场主要环境参数与风机运行参数的监测均由布设于井下作业面各监测点的感应装置进行实时监测，并通过覆盖于整个井下的工业以太网实现监测数据向PLC控制终端的实时传输，并先后经由PLC拓展通讯模块和A/D将数字信号转化成标准模拟信号后，传递至PLC控制中心4-5。 一般而言，通风系统中的电气设备主要选用三种控制方式，分别是自动控制、手动控制与检修控制。其中基于PLC系统通风控制系统依照系统组态控制方案进行自动控制，在控制过程中能够依照预设组态方案将控制模式实时切换到手动控制状态，其他现场设施不存在的无闭锁关系能够在设备开关柜对设备运行进行调控。 2.1系统硬件分析 作业现场所选用的二级集散控制系统选择工业级计算设施作为上位机，其借助无线网络同PLC单元相连通，监测所得参数和设备操控参数均通过传感装置、I/O单元、A/D单元和D/A单元实现相互的传递，从而完成对通风设备的实时变频调控。其主要参数需求为：a)所选用PLC设备必须能够充分满足实际工况需求；b)使用工业级计算机；c)所用CPU主频应当在2GHz以上；d)内存应当不小于2MB；e)传感装置具备良好稳定性；f)选用智能变频装置和继电装置及控制单元；g)选用数字智能显示仪表；h)操作单元必须具备防爆性与防水性；i)所用信号标准为4mA20mA、0V5V；j)现场用继电装置应当同PLC控制中心相分隔。下图1所示即为现场PLC原理框架图。 2.2系统软件分析 PLC控制系统所用的设计编程语言为梯形图语言，可以对继电装置-接触器的电气运行原理进行直观描述。其基础设计方法包括：a)能够依据继电装置系统的电路图通过经验设计法对数字量系统进行快速设计；b)针对复杂系统选用顺序控制梯形图设计方法；c)PLC供应厂商对继电装置所用专用SCR语言依照顺序梯形图进行设计6。下图2所示即为通风系统变频控制系统设计流程示意图。软件设计时采用灵活多变的设计方法，这对于系统拓展开发有利。依据有关工艺规程规定，风机、电机参数及气体浓度等检测均需要通过操控风机系统予以实现。而系统存在除尘需求时，可以将电机频率设定为25Hz，通过多个变频装置的组合控制，实现除尘功能通断的操控。此外，PLC反馈系统对风机转速变化时的控制输出变化进行调整时，能够实现电机的多级调速7。 基于PLC技术的井下通风控制系统优化改良对于提升井下通风系统运行效率有着良好帮助，不仅能够实现施工现场设备运行数字信号与模拟信号的实时、高效采集，还实现了控制系统与作业现场的相互隔离，确保远程无线通讯的连通性。同时，PLC系统内部依据逻辑控制程序，实现风机启闭、风门闭锁等功能。这些功能为井下作业更加高质、高效和持续开展提供了有力帮助，同时改善了井下作业人员作业环境质量和作业安全性，对矿井综合效益的全面提升意义重大，是实现矿井长久可持续发展的必然选择之一。 1刘斌.余吾煤业综采工作面通风方式优化J.煤，xx，25(12)：20-22. 2卢新明.矿井通风智能化技术研究现状与发展方向J.煤炭科学技术，xx，44(7)：47-52. 3李小牛，牛强，李飞.煤矿通风系统的设计及优化J.山东煤炭科技，xx(7)：83-84. 4彭斌.大型复杂矿井通风系统优化研究D.赣州：江西理工大学，xx. 5赵波，杨胜强，杜振宇，等.基于均衡通风原理的矿井通风系统