煤礦智能通風與遠程控制系統(tǒng)研究

楊健

Research on intelligent ventilation

and remote control system of coal mine

摘 要：通風是保證礦井安全生產(chǎn)的基礎，本文首先對我國現(xiàn)在常用的通風方式進行了分析，并指出了現(xiàn)在使用的通風管理系統(tǒng)的不足指出，最后依據(jù)先進的工業(yè)設計理念設計出了一套煤礦智能通風與遠程控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)井下對井下監(jiān)測數(shù)據(jù)的智能化分析、按需供風等功能。

關(guān)鍵詞：智能通風;遠程計算機;以太網(wǎng)

Abstract：Ventilation is the basis of ensuring mine safety in production. This paper first analyzes the common ventilation modes in our country， points out the shortcomings of the ventilation management system in use， and finally designs a set of intelligent ventilation and remote control system in Coal Mine Based on advanced industrial design concept， which can realize mine safety. It has the functions of intelligent analysis and on-demand wind supply for underground monitoring data.

Keywords：intelligent ventilation;remote computer;ethernet

通風是保證礦井生產(chǎn)的基礎，礦井通風系統(tǒng)除了給井下工作人員提供新鮮空氣外還具有稀釋排出井下有毒有害氣體（如：瓦斯、H2S、CO等），所以礦井通風系統(tǒng)安全、平穩(wěn)、持續(xù)運行是礦井得以正常運轉(zhuǎn)的基礎。現(xiàn)階段，我國絕大多數(shù)的礦井通風系統(tǒng)管理還僅僅是依靠生產(chǎn)經(jīng)驗進行[1～2]，井下通風管理及工作人員工作量巨大，礦井局部通風發(fā)生變化時不能對數(shù)據(jù)進行有效的監(jiān)控，給礦井通風安全帶來一定的安全隱患，同時也對我國礦井的安全高效生產(chǎn)造成一定制約?；诖?，筆者對礦井現(xiàn)有的通風系統(tǒng)現(xiàn)狀進行了分析，提出了一種較為高效合理的智能通風控制系統(tǒng)，以期能促進礦井智能通風系統(tǒng)的前進發(fā)展。

1 我國現(xiàn)有通風系統(tǒng)分析

我國現(xiàn)有的通風系統(tǒng)主要是中央并列式，井下通風系統(tǒng)的監(jiān)測基站多布置在井底車場附近。回采工作面通風絕大多數(shù)都是采用“U”型通風方式，“U”型通風方式中上隅角瓦斯聚集是個嚴重的安全威脅，工作面配風要根據(jù)瓦斯涌出、工作面工作人員、設備及產(chǎn)量綜合確定，調(diào)節(jié)風量[3]。礦井通風設置主要還是手工進行開啟，自動化水平較低，且礦井通風主要設置（如風門、風窗）很多僅僅是只具開關(guān)報警裝置而不具有相關(guān)的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。

2 煤礦智能通風系統(tǒng)研究理論方法

煤礦井下智能通風系統(tǒng)的研究要理論與煤礦現(xiàn)場實踐進行結(jié)合分析，以物聯(lián)網(wǎng)為基礎的新的技術(shù)革命給我國的工業(yè)領(lǐng)域生產(chǎn)帶來的巨大影響[4]。煤礦智能通風系統(tǒng)的研究要充分的借鑒相關(guān)經(jīng)驗，考慮煤礦井下通風設施，各個工作地點實際情況并兼井下傳感器信息收集及設備運行狀態(tài)間合理關(guān)系[5]，實現(xiàn)井下各個用風地點的合理供風，煤礦井下智能通風及控制系統(tǒng)的研制流程大致有理論分析、通風系統(tǒng)設計、實驗室調(diào)制、系統(tǒng)研發(fā)、專家認真、現(xiàn)場實踐效果分析及市場投放等階段，智能通風及控制系統(tǒng)的研制的各個階段相輔相成，在智能通風及控制系統(tǒng)的研制階段應結(jié)合工業(yè)工程先進的設計方法及設計理念，根據(jù)礦井實際需求，在整個礦井安設傳感器并通過相關(guān)的網(wǎng)絡連通到CPS中央處理系統(tǒng)，CPS中央處理系統(tǒng)根據(jù)預先設定的程序要求向有關(guān)執(zhí)行單元發(fā)出有關(guān)指令，確保煤礦井下通風持續(xù)平穩(wěn)安全運行。

3 煤礦智能通風系統(tǒng)的設計

3.1 煤礦現(xiàn)有通風系統(tǒng)分析

現(xiàn)階段煤礦常用的通風系統(tǒng)是基于PLC控制實現(xiàn)的，主要核心部件一般是S7-300系列的PLC模塊，通風系統(tǒng)其它主要模塊有數(shù)據(jù)采集/AD轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)分析及處理模塊、調(diào)控執(zhí)行模塊等。數(shù)據(jù)采集/AD轉(zhuǎn)換模塊主要作用是收集甲烷傳感器、風速傳感器、溫度傳感器等信息，并將信息進行AD轉(zhuǎn)換后經(jīng)由PLC模塊傳輸?shù)缴衔粰C進行數(shù)據(jù)分析，上位機根據(jù)預先設定的程序分析處理后向下位機發(fā)出指令。現(xiàn)采用的煤礦通風系統(tǒng)具有操控方便、結(jié)構(gòu)簡單等顯著優(yōu)點，適用于中小型礦井，但是其缺點也十分，主要表現(xiàn)在數(shù)據(jù)采集量小，系統(tǒng)響應時間長，不能保證礦井井下用風點的風量。因此，研制一套新的可以滿足現(xiàn)階段大型礦井需要的智能通風系統(tǒng)十分有必要。

3.2 智能通風及遠程控制系統(tǒng)設計

智能通風及遠程控制系統(tǒng)設計是基于現(xiàn)場總線技術(shù)近些，由于礦井井下通風系統(tǒng)復雜，智能通風及遠程控制系統(tǒng)是采用模塊化的設計理念，將數(shù)據(jù)收集，傳輸，數(shù)據(jù)分析處理，決策執(zhí)行等各個階段分解成不同的模塊單獨進行設計，采用以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)的通信連接，運用CAN總線程完成系統(tǒng)的功能控制，實現(xiàn)系統(tǒng)具有的管理及遠程監(jiān)控功能。

采用模塊化設計的主要優(yōu)點就是縮短系統(tǒng)的設計周期，系統(tǒng)各個模塊相互獨立，互相不受干擾，當系統(tǒng)中的某一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題時，其他模塊可以正常運轉(zhuǎn)，系統(tǒng)的整體可靠性高。系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡采用工業(yè)以太網(wǎng)及CAN總線網(wǎng)絡，以太網(wǎng)主要是完成收集數(shù)據(jù)的遠程傳輸，CAN總線網(wǎng)絡的主要功能是滿足現(xiàn)場操作控制的需要，上位機根據(jù)收集到的信息作出相應的指令通過以太網(wǎng)傳輸?shù)骄碌默F(xiàn)場總控制器，現(xiàn)場總控制器通過CAN總線網(wǎng)絡控制各個通風設備的運行狀態(tài)，用以保證系統(tǒng)的快速反應。圖1是智能通風及遠程控制系統(tǒng)總體設計方案。

井下的風速、溫度、瓦斯、設備監(jiān)測等傳感器通過數(shù)據(jù)監(jiān)測卡將傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)浆F(xiàn)場監(jiān)控計算機，現(xiàn)場監(jiān)控計算機對數(shù)據(jù)進行分析，智能的判斷井下狀態(tài)，并通過以太網(wǎng)將相關(guān)指令通過遠程監(jiān)控計算機下發(fā)到現(xiàn)場主控制器，現(xiàn)場主控制器以及CAN節(jié)點根據(jù)遠程計算機指令作出相應的動作，保證礦井通風系統(tǒng)的安全靠譜運行。

遠程監(jiān)控計算機應安裝有智能分析程序以及模糊控制算法，智能分析程序及模糊算法可以根據(jù)井下傳感器監(jiān)測的各種信息對礦井通風系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行分析預測，當分析出井下某個部位出現(xiàn)安全隱患或者礦井通風系統(tǒng)存在某些隱患時，遠程監(jiān)控計算機應及時迅速的向現(xiàn)場控制計算機發(fā)出報警指令，井下報警系統(tǒng)開始相應，對井下工作人員進行提醒。冗余系統(tǒng)主要為了保證礦井設備安全運行而設計，當?shù)V井主要通風設備出現(xiàn)問題是，備用設備可以及時的運行，以保證礦井通風的安全連續(xù)。

4 總結(jié)

現(xiàn)有的通風管理系統(tǒng)存在數(shù)據(jù)采集量小，系統(tǒng)響應時間長，無法智能判斷等缺點，智能通風系統(tǒng)由于可以實現(xiàn)井下通風的智能化管理，實現(xiàn)了煤礦的以風定產(chǎn)等優(yōu)點，在不久的將來必定會大規(guī)模使用。本文設計的智能通風及遠程控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)對井下監(jiān)測數(shù)據(jù)的大量處理分析，并找出最為合適的通風處理方案，煤礦井下可以做到按照需要供風，具有明顯的優(yōu)勢。

參考文獻：

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