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(duì)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(jì)兩方面加以論述，對(duì)如何體現(xiàn)通風(fēng)控制系統(tǒng)運(yùn)行自動(dòng)化水平進(jìn)行分析，希望能夠?yàn)槠渌V井相似工程的有效開(kāi)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(shí)現(xiàn)其的自動(dòng)化對(duì)于井下生產(chǎn)更加高效、安全開(kāi)展有積極意義。以往的井下通風(fēng)控制系統(tǒng)多通過(guò)繼電裝置構(gòu)成控制系統(tǒng)由人工操作達(dá)成，其動(dòng)態(tài)監(jiān)控與實(shí)時(shí)控制能力均相對(duì)不足[1]。針對(duì)這一不足，借助現(xiàn)代化的PLC控制手段，對(duì)井下通風(fēng)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行的精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)操控，對(duì)于提高礦井運(yùn)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(dòng)化控制系統(tǒng)，其基本構(gòu)成主要有現(xiàn)場(chǎng)分散檢測(cè)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(diǎn)，對(duì)井下生產(chǎn)中的風(fēng)量、溫度和有害氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)，并將監(jiān)測(cè)所得數(shù)據(jù)通過(guò)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(chǎng)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(guò)操控指令，在驅(qū)動(dòng)裝置的影響下，對(duì)通風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行控制的自動(dòng)化。整個(gè)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(dòng)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(dòng)控制系統(tǒng)分為兩個(gè)部分，分別是風(fēng)機(jī)動(dòng)力變電監(jiān)控系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)及PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)。整個(gè)控制系統(tǒng)的核心需求共包括三個(gè)方面，分別是現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)、風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)和高壓開(kāi)關(guān)柜。其現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)需求如下：a)對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)量、風(fēng)速、氣體濃度和壓力等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；b)對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行的電壓、電流、功率等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；c)對(duì)風(fēng)機(jī)機(jī)軸、定子的運(yùn)行溫度和振動(dòng)參數(shù)等進(jìn)行監(jiān)測(cè)；d)對(duì)潤(rùn)滑油系統(tǒng)工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；e)對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行模擬電量信號(hào)、開(kāi)關(guān)控制限位信號(hào)、輸出控制信號(hào)等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；f)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)模擬顯示，并制定在線動(dòng)態(tài)調(diào)控方案；g)臺(tái)賬數(shù)據(jù)報(bào)表與歷史數(shù)據(jù)查詢功能；h)遠(yuǎn)程手動(dòng)控制或智能自動(dòng)控制風(fēng)門啟動(dòng)功能；i)系統(tǒng)可進(jìn)行授權(quán)管理。
1.2總體方案設(shè)計(jì)
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(jí)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(hào)轉(zhuǎn)換模塊）、D/A（模擬/數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊）、AI（模擬信號(hào)輸入模塊）、DI（開(kāi)關(guān)量輸入模塊）、AO（模擬量信號(hào)輸出模塊）、DO（開(kāi)關(guān)量輸出模塊）及復(fù)合模塊。現(xiàn)場(chǎng)PLC中央控制單元借助工業(yè)以太網(wǎng)總線，實(shí)現(xiàn)串口和遠(yuǎn)程獨(dú)立監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(chǎng)主要環(huán)境參數(shù)與風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測(cè)均由布設(shè)于井下作業(yè)面各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的感應(yīng)裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并通過(guò)覆蓋于整個(gè)井下的工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)向PLC控制終端的實(shí)時(shí)傳輸，并先后經(jīng)由PLC拓展通訊模塊和A/D將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)后，傳遞至PLC控制中心[4-5]。
2系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)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(dòng)控制、手動(dòng)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(dòng)控制，在控制過(guò)程中能夠依照預(yù)設(shè)組態(tài)方案將控制模式實(shí)時(shí)切換到手動(dòng)控制狀態(tài)，其他現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施不存在的無(wú)閉鎖關(guān)系能夠在設(shè)備開(kāi)關(guān)柜對(duì)設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行調(diào)控。
2.1系統(tǒng)硬件分析
作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)所選用的二級(jí)集散控制系統(tǒng)選擇工業(yè)級(jí)計(jì)算設(shè)施作為上位機(jī)，其借助無(wú)線網(wǎng)絡(luò)同PLC單元相連通，監(jiān)測(cè)所得參數(shù)和設(shè)備操控參數(shù)均通過(guò)傳感裝置、I/O單元、A/D單元和D/A單元實(shí)現(xiàn)相互的傳遞，從而完成對(duì)通風(fēng)設(shè)備的實(shí)時(shí)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(shí)際工況需求；b)使用工業(yè)級(jí)計(jì)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(hào)標(biāo)準(zhǔn)為4mA~20mA、0V~5V；j)現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(jì)編程語(yǔ)言為梯形圖語(yǔ)言，可以對(duì)繼電裝置-接觸器的電氣運(yùn)行原理進(jìn)行直觀描述。其基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法包括：a)能夠依據(jù)繼電裝置系統(tǒng)的'電路圖通過(guò)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法對(duì)數(shù)字量系統(tǒng)進(jìn)行快速設(shè)計(jì)；b)針對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)選用順序控制梯形圖設(shè)計(jì)方法；c)PLC供應(yīng)廠商對(duì)繼電裝置所用專用SCR語(yǔ)言依照順序梯形圖進(jìn)行設(shè)計(jì)[6]。下圖2所示即為通風(fēng)系統(tǒng)變頻控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程示意圖。軟件設(shè)計(jì)時(shí)采用靈活多變的設(shè)計(jì)方法，這對(duì)于系統(tǒng)拓展開(kāi)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(cè)均需要通過(guò)操控風(fēng)機(jī)系統(tǒng)予以實(shí)現(xiàn)。而系統(tǒng)存在除塵需求時(shí)，可以將電機(jī)頻率設(shè)定為25Hz，通過(guò)多個(gè)變頻裝置的組合控制，實(shí)現(xiàn)除塵功能通斷的操控。此外，PLC反饋系統(tǒng)對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化時(shí)的控制輸出變化進(jìn)行調(diào)整時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的多級(jí)調(diào)速[7]。
3結(jié)語(yǔ)
基于PLC技術(shù)的井下通風(fēng)控制系統(tǒng)優(yōu)化改良對(duì)于提升井下通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行效率有著良好幫助，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)的實(shí)時(shí)、高效采集，還實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)與作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的相互隔離，確保遠(yuǎn)程無(wú)線通訊的連通性。同時(shí)，PLC系統(tǒng)內(nèi)部依據(jù)邏輯控制程序，實(shí)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(kāi)展提供了有力幫助，同時(shí)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(duì)礦井綜合效益的全面提升意義重大，是實(shí)現(xiàn)礦井長(zhǎng)久可持續(xù)發(fā)展的必然選擇之一。
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