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浅谈煤矿智能通风控制系统的优化研究
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。
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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。
1、PLC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]。
图2基于总线技术的新型智能通风系统
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,2015(5):33-35.
[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,2019(19):10-12.
[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,2016(1):19-23.
[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,2016(7):95-98.
[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,2017(2):127-129.
冯朋飞.煤矿智能通风控制系统优化研究[J].西部探矿工程,2020,32(12):119-120.
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2025-07-07我要评论
期刊名称：煤矿机械
期刊人气：2115
主管单位：国家煤矿安全监察局
主办单位：哈尔滨煤矿机械研究所
出版地方：黑龙江
专业分类：煤矿
国际刊号：1003-0794
国内刊号：23-1280/TD
邮发代号：14-38
创刊时间：1980年
发行周期：月刊
期刊开本：大16开
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2020-11-14
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