井下通風(fēng)控制系統(tǒng)如何優(yōu)化改造論文
摘要：在分析原有通風(fēng)控制系統(tǒng)不足的基礎(chǔ)上，對通風(fēng)控制系統(tǒng)的優(yōu)化改造從系統(tǒng)整體改造和控制系統(tǒng)方案設(shè)計兩方面加以論述，對如何體現(xiàn)通風(fēng)控制系統(tǒng)運行自動化水平進(jìn)行分析，希望能夠為其他礦井相似工程的有效開展提供一定的借鑒與參考。
關(guān)鍵詞：礦井；通風(fēng)系統(tǒng)；控制系統(tǒng)；優(yōu)化改造
引言
礦井通風(fēng)控制系統(tǒng)作為井下生產(chǎn)作業(yè)安全的關(guān)鍵要素，實現(xiàn)其的自動化對于井下生產(chǎn)更加高效、安全開展有積極意義。以往的井下通風(fēng)控制系統(tǒng)多通過繼電裝置構(gòu)成控制系統(tǒng)由人工操作達(dá)成，其動態(tài)監(jiān)控與實時控制能力均相對不足[1]。針對這一不足，借助現(xiàn)代化的PLC控制手段，對井下通風(fēng)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造優(yōu)化，從而實現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)運行的精準(zhǔn)、實時操控，對于提高礦井運行安全質(zhì)量意義重大。
1系統(tǒng)改造分析
將PLC控制技術(shù)應(yīng)用在井下通風(fēng)系統(tǒng)中，組建自動化控制系統(tǒng)，其基本構(gòu)成主要有現(xiàn)場分散檢測系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)。在礦井生產(chǎn)的各關(guān)鍵環(huán)節(jié)布設(shè)監(jiān)控點，對井下生產(chǎn)中的風(fēng)量、溫度和有害氣體進(jìn)行實時觀測，并將監(jiān)測所得數(shù)據(jù)通過通訊傳輸系統(tǒng)傳遞至主控中心，經(jīng)由主控中心的集中管理和分析解算，獲得現(xiàn)場風(fēng)量分布狀況，從而為井下生產(chǎn)中的風(fēng)量調(diào)控制定風(fēng)量調(diào)控方案，并通過操控指令，在驅(qū)動裝置的影響下，對通風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)運行控制的自動化。整個系統(tǒng)可劃分為傳感裝置、PLC系統(tǒng)和中央控制系統(tǒng)三大部分[2-3]。
1.1通風(fēng)系統(tǒng)基本要求分析
井下通風(fēng)機(jī)自動監(jiān)控系統(tǒng)性能的優(yōu)劣是影響安全生產(chǎn)的關(guān)鍵要素。完整的自動控制系統(tǒng)分為兩個部分，分別是風(fēng)機(jī)動力變電監(jiān)控系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)運行參數(shù)及PLC自動化控制系統(tǒng)。整個控制系統(tǒng)的核心需求共包括三個方面，分別是現(xiàn)場參數(shù)、風(fēng)機(jī)運行參數(shù)和高壓開關(guān)柜。其現(xiàn)場參數(shù)需求如下：a)對作業(yè)現(xiàn)場風(fēng)量、風(fēng)速、氣體濃度和壓力等參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測；b)對風(fēng)機(jī)運行的電壓、電流、功率等參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測；c)對風(fēng)機(jī)機(jī)軸、定子的運行溫度和振動參數(shù)等進(jìn)行監(jiān)測；d)對潤滑油系統(tǒng)工藝參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測；e)對高壓開關(guān)柜運行模擬電量信號、開關(guān)控制限位信號、輸出控制信號等進(jìn)行實時監(jiān)控；f)對通風(fēng)系統(tǒng)運行狀態(tài)進(jìn)行實時模擬顯示，并制定在線動態(tài)調(diào)控方案；g)臺賬數(shù)據(jù)報表與歷史數(shù)據(jù)查詢功能；h)遠(yuǎn)程手動控制或智能自動控制風(fēng)門啟動功能；i)系統(tǒng)可進(jìn)行授權(quán)管理。
1.2總體方案設(shè)計
系統(tǒng)模型依托于工業(yè)以太網(wǎng)，構(gòu)建三極網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其組成設(shè)備主要有工業(yè)級HUB（多端口轉(zhuǎn)發(fā)裝置）、系統(tǒng)防火墻、網(wǎng)關(guān)、RS232型以太轉(zhuǎn)換裝置、A/D（數(shù)字/模擬信號轉(zhuǎn)換模塊）、D/A（模擬/數(shù)字信號轉(zhuǎn)換模塊）、AI（模擬信號輸入模塊）、DI（開關(guān)量輸入模塊）、AO（模擬量信號輸出模塊）、DO（開關(guān)量輸出模塊）及復(fù)合模塊�，F(xiàn)場PLC中央控制單元借助工業(yè)以太網(wǎng)總線，實現(xiàn)串口和遠(yuǎn)程獨立監(jiān)測點的相互聯(lián)結(jié)，所用通訊端口為RS485型通訊端口，所用信道為高速有線信道或光纖信道。作業(yè)現(xiàn)場主要環(huán)境參數(shù)與風(fēng)機(jī)運行參數(shù)的監(jiān)測均由布設(shè)于井下作業(yè)面各監(jiān)測點的感應(yīng)裝置進(jìn)行實時監(jiān)測，并通過覆蓋于整個井下的工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)向PLC控制終端的實時傳輸，并先后經(jīng)由PLC拓展通訊模塊和A/D將數(shù)字信號轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)模擬信號后，傳遞至PLC控制中心[4-5]。
2系統(tǒng)控制方案設(shè)計分析
一般而言，通風(fēng)系統(tǒng)中的電氣設(shè)備主要選用三種控制方式，分別是自動控制、手動控制與檢修控制。其中基于PLC系統(tǒng)通風(fēng)控制系統(tǒng)依照系統(tǒng)組態(tài)控制方案進(jìn)行自動控制，在控制過程中能夠依照預(yù)設(shè)組態(tài)方案將控制模式實時切換到手動控制狀態(tài)，其他現(xiàn)場設(shè)施不存在的無閉鎖關(guān)系能夠在設(shè)備開關(guān)柜對設(shè)備運行進(jìn)行調(diào)控。
2.1系統(tǒng)硬件分析
作業(yè)現(xiàn)場所選用的二級集散控制系統(tǒng)選擇工業(yè)級計算設(shè)施作為上位機(jī)，其借助無線網(wǎng)絡(luò)同PLC單元相連通，監(jiān)測所得參數(shù)和設(shè)備操控參數(shù)均通過傳感裝置、I/O單元、A/D單元和D/A單元實現(xiàn)相互的傳遞，從而完成對通風(fēng)設(shè)備的實時變頻調(diào)控。其主要參數(shù)需求為：a)所選用PLC設(shè)備必須能夠充分滿足實際工況需求；b)使用工業(yè)級計算機(jī)；c)所用CPU主頻應(yīng)當(dāng)在2GHz以上；d)內(nèi)存應(yīng)當(dāng)不小于2MB；e)傳感裝置具備良好穩(wěn)定性；f)選用智能變頻裝置和繼電裝置及控制單元；g)選用數(shù)字智能顯示儀表；h)操作單元必須具備防爆性與防水性；i)所用信號標(biāo)準(zhǔn)為4mA~20mA、0V~5V；j)現(xiàn)場用繼電裝置應(yīng)當(dāng)同PLC控制中心相分隔。下圖1所示即為現(xiàn)場PLC原理框架圖。
2.2系統(tǒng)軟件分析
PLC控制系統(tǒng)所用的設(shè)計編程語言為梯形圖語言，可以對繼電裝置-接觸器的電氣運行原理進(jìn)行直觀描述。其基礎(chǔ)設(shè)計方法包括：a)能夠依據(jù)繼電裝置系統(tǒng)的'電路圖通過經(jīng)驗設(shè)計法對數(shù)字量系統(tǒng)進(jìn)行快速設(shè)計；b)針對復(fù)雜系統(tǒng)選用順序控制梯形圖設(shè)計方法；c)PLC供應(yīng)廠商對繼電裝置所用專用SCR語言依照順序梯形圖進(jìn)行設(shè)計[6]。下圖2所示即為通風(fēng)系統(tǒng)變頻控制系統(tǒng)設(shè)計流程示意圖。軟件設(shè)計時采用靈活多變的設(shè)計方法，這對于系統(tǒng)拓展開發(fā)有利。依據(jù)有關(guān)工藝規(guī)程規(guī)定，風(fēng)機(jī)、電機(jī)參數(shù)及氣體濃度等檢測均需要通過操控風(fēng)機(jī)系統(tǒng)予以實現(xiàn)。而系統(tǒng)存在除塵需求時，可以將電機(jī)頻率設(shè)定為25Hz，通過多個變頻裝置的組合控制，實現(xiàn)除塵功能通斷的操控。此外，PLC反饋系統(tǒng)對風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化時的控制輸出變化進(jìn)行調(diào)整時，能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的多級調(diào)速[7]。
3結(jié)語
基于PLC技術(shù)的井下通風(fēng)控制系統(tǒng)優(yōu)化改良對于提升井下通風(fēng)系統(tǒng)運行效率有著良好幫助，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)施工現(xiàn)場設(shè)備運行數(shù)字信號與模擬信號的實時、高效采集，還實現(xiàn)了控制系統(tǒng)與作業(yè)現(xiàn)場的相互隔離，確保遠(yuǎn)程無線通訊的連通性。同時，PLC系統(tǒng)內(nèi)部依據(jù)邏輯控制程序，實現(xiàn)風(fēng)機(jī)啟閉、風(fēng)門閉鎖等功能。這些功能為井下作業(yè)更加高質(zhì)、高效和持續(xù)開展提供了有力幫助，同時改善了井下作業(yè)人員作業(yè)環(huán)境質(zhì)量和作業(yè)安全性，對礦井綜合效益的全面提升意義重大，是實現(xiàn)礦井長久可持續(xù)發(fā)展的必然選擇之一。
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