煤礦主通風(fēng)系統(tǒng)的智能化控制

何小龍

（潞安集團(tuán)余吾煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 長治 046100）

引言

瓦斯是煤礦生產(chǎn)過程中不可避免的有害氣體，除此之外礦井煤塵、粉塵等也影響著礦井生產(chǎn)的安全性。針對工作面瓦斯問題可采取瓦斯抽放和通風(fēng)設(shè)備來解決，其中通風(fēng)系統(tǒng)主要通過為工作面提供新鮮空氣以降低工作面瓦斯?jié)舛萚1]。因此，為保證綜采工作面瓦斯?jié)舛葷M足《煤炭安全規(guī)程》的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，需確保通風(fēng)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)根據(jù)工作面的情況對通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行智能控制。

1 通風(fēng)系統(tǒng)概述

通風(fēng)機(jī)按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)可分為多種類型。其中，根據(jù)氣流方向可分為離心式通風(fēng)機(jī)、軸流式通風(fēng)機(jī)、斜流式通風(fēng)機(jī)和橫流式通風(fēng)機(jī)。根據(jù)壓力可將其分為低壓離心通風(fēng)機(jī)、中壓離心通風(fēng)機(jī)、高壓離心通風(fēng)機(jī)和低壓軸流通風(fēng)機(jī)、高壓軸流通風(fēng)機(jī)。根據(jù)轉(zhuǎn)速大小可將其分為低比轉(zhuǎn)速通風(fēng)機(jī)、中比轉(zhuǎn)速通風(fēng)機(jī)和高比轉(zhuǎn)速通風(fēng)機(jī)[2]。

在實(shí)際生產(chǎn)中通風(fēng)系統(tǒng)一般采用“一用一備”的使用原則。對于一臺(tái)軸流式通風(fēng)機(jī)而言包含有兩級葉輪，兩級葉輪的旋轉(zhuǎn)方向相同。通風(fēng)機(jī)智能控制的基礎(chǔ)為能夠準(zhǔn)確獲取通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在工作面運(yùn)行的實(shí)時(shí)參數(shù)，結(jié)合通風(fēng)機(jī)的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)和礦井工作面實(shí)時(shí)所需通風(fēng)量對通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整控制[3-4]。

2 通風(fēng)系統(tǒng)智能化控制的總體設(shè)計(jì)方案

2.1 通風(fēng)系統(tǒng)監(jiān)測參數(shù)

根據(jù)煤礦主通風(fēng)系統(tǒng)的智能控制需求，需對通風(fēng)系統(tǒng)的電機(jī)電流、電壓、軸承溫度以及工作面的實(shí)時(shí)風(fēng)量、風(fēng)壓和當(dāng)前工作狀態(tài)下工作面所需風(fēng)量的大小和對風(fēng)壓的要求及瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行監(jiān)測。

一般情況下，對通風(fēng)機(jī)風(fēng)量的測量常采用風(fēng)速傳感器完成，但是由于工作面的環(huán)境相對惡劣，導(dǎo)致傳感器測量精度不高。因此，本智能控制系統(tǒng)采用靜壓差法對風(fēng)量進(jìn)行監(jiān)測。

針對工作面風(fēng)壓的測量對其全壓和靜壓進(jìn)行測量；實(shí)時(shí)掌握電機(jī)溫度，避免由于電機(jī)溫度過高導(dǎo)致電機(jī)軸承扭曲、損壞等故障；瓦斯?jié)舛葌鞲衅鞯臏y量是控制通風(fēng)機(jī)風(fēng)量的根本依據(jù)，為保證瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測的準(zhǔn)確性，在礦井的風(fēng)口處安裝對應(yīng)的傳感器。此外，還需通過位移傳感器對通風(fēng)機(jī)電機(jī)的垂直和水平振動(dòng)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測[5]。

2.2 智能監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

智能監(jiān)控系統(tǒng)包括有監(jiān)測系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩部分。其中，監(jiān)測系統(tǒng)通過各類傳感器及電子器件實(shí)現(xiàn)對各類參數(shù)的測量；通訊系統(tǒng)將傳感器獲取的參數(shù)數(shù)據(jù)基于以太網(wǎng)通信模塊上傳至上位機(jī)系統(tǒng)，并將所得出的控制指令下送至執(zhí)行機(jī)構(gòu)；控制系統(tǒng)通過上位機(jī)所得的控制指令對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，其控制部件包括有通風(fēng)機(jī)、電機(jī)以及配電柜等。智能監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖如下頁圖1所示。

3 智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

根據(jù)智能控制系統(tǒng)總體方案，本節(jié)將對通風(fēng)系統(tǒng)智能化控制系統(tǒng)的下位機(jī)系統(tǒng)、上位機(jī)系統(tǒng)以及上位機(jī)與下位機(jī)的通信模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.1 智能控制系統(tǒng)下位機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

通風(fēng)機(jī)智能控制系統(tǒng)下位機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要指的是硬件設(shè)計(jì)，該智能控制系統(tǒng)中硬件主要包括有對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的PLC控制器和完成對通風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)監(jiān)測的各類傳感器等。因此，主要包括對PLC控制器的選型和傳感器的選型。

1）PLC控制器的選型?；趯Ω餍吞?hào)PLC控制器優(yōu)劣性及應(yīng)用環(huán)境分析的基礎(chǔ)上，擬采用西門子公司的S7-300PLC控制器，該系列PLC控制器具有較高的性價(jià)比、抗干擾性能、電磁兼容性好等優(yōu)勢。并為S7-300PLC配置了對應(yīng)的電源模塊、輸入輸出模塊以及CPU等。

圖1 通風(fēng)機(jī)智能控制總體設(shè)計(jì)框圖

2）傳感器的選型。根據(jù)智能控制系統(tǒng)的任務(wù)需求，為其配置如表1所示的傳感器。其中，針對風(fēng)量的監(jiān)測采用靜壓法進(jìn)行換算所得。上述傳感器的在工作面布置情況如圖2所示。

表1 智能控制系統(tǒng)傳感器配置表

3.2 智能控制系統(tǒng)上位機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

通風(fēng)系統(tǒng)智能控制系統(tǒng)上位機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)即為上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)。智能監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)最基礎(chǔ)的功能包括通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的存儲(chǔ)、顯示及故障報(bào)警等。根據(jù)智能控制系統(tǒng)的控制需求,通風(fēng)智能控制系統(tǒng)上位機(jī)系統(tǒng)包括有系統(tǒng)管理、監(jiān)測監(jiān)控、數(shù)據(jù)查詢以及幫助等四項(xiàng)功能。上位機(jī)系統(tǒng)可對下位機(jī)傳感器等采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，結(jié)合當(dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)的控制需求實(shí)現(xiàn)對通風(fēng)機(jī)電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。

3.3 上位機(jī)與下位機(jī)的通訊模塊的設(shè)計(jì)

通風(fēng)智能控制系統(tǒng)上位機(jī)與下位機(jī)的通信是通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的，即基于以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換、通信、管理等功能?；谝蕴W(wǎng)與上位機(jī)之間的通信能夠?qū)崿F(xiàn)上位機(jī)與PLC控制器的組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)對工作面通風(fēng)機(jī)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。而且，根據(jù)控制需求將控制需求分為若干層，并根據(jù)各個(gè)層面的要求選擇最佳的網(wǎng)絡(luò)。

圖2 傳感器布置示意圖

4 結(jié)語

為實(shí)現(xiàn)綜采工作面通風(fēng)系統(tǒng)的智能化控制，要求系統(tǒng)能夠根據(jù)工作面的實(shí)時(shí)瓦斯?jié)舛群屯L(fēng)機(jī)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)對通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量進(jìn)行控制，以確保綜采工作面的瓦斯?jié)舛仍凇睹禾堪踩?guī)程》相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求內(nèi)要求?；赑LC控制器、各類傳感器及其上位機(jī)組態(tài)軟件設(shè)計(jì)一款通風(fēng)系統(tǒng)的智能化控制系統(tǒng)，可為保證綜采工作面的安全生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。