矿井PLC智能通风系统及其应用分析.pdf

第41卷第8期 2018年 8 月 煤 炭 与 化 工 Coal and Chemical Industry Vol.41 No.8 Aug. 2018 机 电 与 自 动 化 矿井PLC智能通风系统及其应用分析 王学芳 山西大同煤矿集团马道头煤业公司，山 西 大 同037100 摘 要 针对煤矿智能通风系统中，PLC控制系统出现响应缓慢、分析失准等问题，介绍了 PLC通风控制系统工作原理，分析该控制系统的优越性，重点阐释其在矿井延伸过程中的不 足，进而提出了一套基于总线技术的智能通风控制系统，明晰其工作原理和优越性。 关键词通风系统；PLC技术；继电器；总线 中图分类号TD724 文献标识码 B 文章编号2095-5979 2018 08-0099-02 PLC intelligent ventilation system and its application analysis in mine Wang Xuefang Madaotou Mine, Shanxi Datong Mining Groupt Datong 037100, China Abstract Based on the slow PLC control system response, analysis error in intelligent ventilation system of mine, the working principle of the PLC superiority was analyzed, the process of its extension as its disvantage in the mine was studied, and then a set of intelligent system on risk control system based on bus technology was put forward, clearing its working principle and advantages. Key words ventilation system; PLC technology; relay; the bus 通风系统在煤矿五大生产系统中占有重要地 位，主要为井下生产空间提供新鲜风流，并有效解 决瓦斯积聚、高温热害等井下灾害[ 1 - 3 ] 。然而，随着 煤矿生产系统延伸，通风系统线路趋于复杂化，通 风阻力增大、风流分配不合理、污风循环等问题不 断显现。因此，加强通风系统运行状况监测，保证 通风系统正常运行尤为重要。在煤矿以往通风系统 中，常采用PLC控制技术与变频器组成通风控制 系统，对井下风流速度、方向及通风设备进行监测 和远程控制。但随着通风系统线路复杂化，PLC通 风控制系统出现各类问题，无法满足现场要求。基 于此，本文介绍了 PLC通风控制系统概况及其优 缺点，进而提出一种基于CAN总线技术的通风监 测系统，阐明其工作原理。 1 1 PLC通风控制系统原理及其优缺点通风控制系统原理及其优缺点 PLC技术广泛应用于矿山开采领域，与通风系 统、提升系统、运输系统中设备联结工作，实现对 不同程序的控制。经过多年发展，PLC技术已经在 矿山生产系统中占据重要的地位。 1.1 PLC通风系统工作原理及其优越性 在使用PLC控制技术以前，多采用继电器控 制井下通风设备，即通过并联或串联的方式将设备 联结在一起，进而对其进行控制[ q 。但存在明显不 足，主要表现在两个方面①以继电器控制为主的 通风系统，需要使用大量连线将井下通风设备串联 或并联在一起，从而导致线路复杂、接触点繁多、 线路稳定性较差；②继电器控制系统一旦形成，改 变或调试较困难，不利于通风系统优化。 PLC控制系统在通风系统中的应用将弥补上 述不足，它主要由数据采集/ AD转换、数据分析 与处理、调控执行3 大模块组成，如 图 1 所示。 其主要工作原理[ 7 ] ①通过传感器收集巷道中风 压、风速、瓦斯浓度、风机状态等基本数据，经 责任编辑任 伟 DOI 10.19286/ki.cci.2018.08.033 作者简介王 学 芳 （ 1981 ） ，女，山西朔州人。 引用格式王学芳矿井PLC智能通风系统及其应用分析[J]煤炭与化工，2018, 41 8 99100, 103- 99 2018年 第 8 期 煤炭与化工 第 4 1 卷 RS485 通信接口 FameView组态软件 上位机控制系统 过 EM235模块编辑、AD系统数值转换、PLC存 储过程后，最终输送至下位机处理器；②数据信 息 通 过 RS485接口传送到上位机内置Fameview 软件，通过控制计算对井巷状态进行动态响应， 将响应结果发送到下位机处理器；③调控执行模 块根据动态响应结果，通 过 PLC发出命令，对 矿井通风机、通风构筑物等运行调节，保障正常 通风。 图1 “ Fig. 1 PLC 1.2 PLC通风系统不足 PLC监控系统可实现通风机一键切换、井下 风量调节、通风设施联锁控制等功能，结构简单、 便于操作，可保证通风系统的正常运行。但随着 矿井延伸，矿井通风系统复杂、规模庞大，时常 发生通风控制系统响应缓慢、分析失准等现象， 不能快速产生联动、调整风流，主要体现在3 个 方面①监测数据不足由于PLC监控系统自身 条件限制，井下监测数据收集量不足，直接影响 数据分析结果，导致分析结果失准，与实际偏离； ②随着通风线路的延长、规模扩大，数据采集、 传输、处理、调控控制所需时间均大幅提高，致 使通风系统工作效率低、无法产生联动；③基于 上述两方面的原因（ 采集数据不足和响应时间延 长 ） ，通风系统无法对井下异常情况作出及时处 理，安全性与可靠性受到影响，阻碍了通风系统 的快速调节与响应。 2基于现场总线技术的智能通风系统2基于现场总线技术的智能通风系统 根据上述PLC通风网络系统现状与不足，提 出一套基于总线技术的通风网络设计方案。该通风 纖有数据采集，操作执行，险情报警，冗 娜 十 4 个独立模块，通过以太网数据传输、CAN总线调 控，如图2 所示。其主要工作原理①收集井下 数据采集/AD转 擁 块 EM235 ■ 厂 S7-300 PLC * EM232 变频器 下位机控制系统 1 W 计算机，进而递到远程监控计算机；②远程监控计 算器智能分析井下设备、环境状况，做出合理决 策，通过以太网将决策命令传递至现场监控机器; ③现场计算机将决策发送至下位各CAN节点，各 CAN节点分析处理决策命令，做出合理决策以控 制设备运行状况，并监测设备运行状态〇 相对比传统PLC通风监控系统，其具有以下 下转第103页） \r f 主要 通风机 局部 通风机 通风 构筑物 PLC控制系统工作原理 control system operation principle 设备运转、作业环境相关的数据，发送至现场监控 数据分析与处理 100 芦冬玉等马兰煤矿双电源切换装置的实践应用 2018年 第 8 期 情况进行考察。 试验开始前，AB相线电压为6.26kV，BC相 线电压为6.20kV，CA相线电压为6.23kVD 切换 装置发出合630母联命令开始，计时起始值为0, 检测AB相线电压为6.27 kV，BC相线电压为6.21 kV，CA相线电压为6.24kVD母 联 630开关合闸 完成后，计时结束，为 39 mS，此时AB相线电压 U为 5.79kV，BC相线电压U为 5.75kV，CA相线 电压U为 5.77 kV。 整个电源切换用时39 ms，电压下降约7 ， 没有到达井下电压欠压保护启动定值，井下和地 面的电动机、运输机等大型设备没有停机等异常 状况。 4结语 马兰煤矿应用的双电源切换装置能够检测判断 线路失压情况，准确麵电网短时电压波动和真实 失压，在实践应用中能够快速将失压线路切换到备 用线路，确保了马兰矿井生产的连续性和稳定性， 提高了井下生产效率，保障了矿井生产安全〇 上接 第 100页 ） 优势①4 大模块独立工作，系统中单一环节功 能障碍不会对其他环节造成影响，系统稳定性和 可靠性大幅提高；②该系统通过以太网和CAN 总线两层网络传输信息，以太网实现现场监控计 算机与远程监控计算机的数据交换，CAN总线 实现现场计算机对井下设备的运行控制，从而保 证了系统的快速反应；③考虑到通风线路延长可 能导致的各类突发问题，该智能系统配备有冗余 系统，可在井下通风设备、构筑物发生意外时， 及时有效调节备用系统投入使用，保证井下通风 安全。 该系统可对井下巷道通风状态实时监测，通过 对大量监测数据分析处理，做出最佳决策命令，远 程控制井下通风设施，实时掌握各节点数据变化趋 势，做到风量提前调节，确保合理供风。 3结论 1 分析PLC控制系统工作原理与不足，在 矿井延伸过程中，主要表现为数据采集不足、分析 失准，系统响应缓慢、无法联动，无法快速调节。 2 提出一种基于总线技术的通风网络系统， 参 考 文 献 [1] 高海泉.电源快速切换装置在韩家洼煤业主通风机房的应 用[J].煤炭科技， 2017 3 173-174. [2] 乔 和 ，侯冠军，牛 奔 ，等.电压突变量检测算法在电源 快切装置中的应用[J]测控技术， 2017 1 132-134. [3] 宋油唐.双电源快速切换装置在上社煤矿的应用[J ].煤矿安 全， 2014 9 108-110. [4] 王 刚 ，卫华军.局部通风机用双电源双变频调速器应用研 究[J].煤矿现代化， 2017 6 132- 135. [5] 陈青松.高瓦斯矿井局部通风双电源双回路的实现[J ].煤， 2017 8 141-142. [6] 李忠奎，叶锦娇.煤矿智能双电源变频风机控制系统的研 究[J]煤炭技术， 2017 5 257 - 259. [7] 丁建平.智能型配电网双电源切换开关的研制[J].测控技 术， 2016 8 81-83. [8] 刘维峰.智能型双电源自动切换装置设计探析[J].工程建设 与设计， 2016 8 98-99. [9] 王 耿.泵站变频器辅助动力电源改造[J].电工技术， 2016 8 64-66. [ 1 0 ] 林宇帆.论供配电系统设计中双电源切换开关的应用[J ].工 业设计， 2016 5 138-139. 包含数据采集、操作执行、险情报警、冗余设计4 个独立模块，该系统具有可靠性高、快速反应、实 时监测的特点。 参 考 文 献 [1 ] 吴立新，汪云甲，丁恩杰，等.三论数字矿山一借力物联 网保障矿山安全与智能釆矿[J].煤炭学报，2012, 37 3 357-365. [2] 李春生.衰老矿井通风系统稳定经济运行的对策与措施[J ]. 煤炭科学技术，2012, 40 9 48-51- [3] 张 申 ，丁恩杰，赵小虎，等.数字矿山及其两大基础平台 建设[J ]■煤炭学报，2007 9 997 - 1 001. [4] 周 强 ，许世范，孙继平.矿山数字神经系统研究[J].煤炭 学报，2003, 28 3 280-284. [5] 管伟明，张东升，陈 辉.矿井通风智能管理系统设计[J]. 煤矿安全，2014, 45 10 77-82. [6] 邵 昊 ，蒋曙光，吴征艳，等.推拉式自动风门系统在南洛 河铁矿中的应用[J].釆矿与安全工程学报，2008, 25 4 449-452. [7] 胡利明，蒋曙光，邵 昊 ，等.通风网络稳定性控制及灾变 应急调控系统[J].煤矿安全，2014, 45 3 98-100. [8] 王 凯 ，蒋曙光，张卫青，等.矿井火灾应急救援系统的数 值模拟及应用研究[J].煤炭学报，2012, 37 5 857 - 862. 103