煤矿主通风系统的智能化控制.pdf

总第2 0 8期 2020年第8期 机械管理开发 MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT Total 208 No.8,2020 自动化技术与iS i十 D0110.16525/l4-1134/th.2020.08.102 煤矿主通风系统的智能化控制 何小龙 潞安集团余吾煤业有限责任公司， 山 西 长 治 046100 摘 要 针对综采工作面瓦斯浓度严重威胁煤炭生产效率和作业人员人身安全的问题， 在简单概述通风系统 及通风机分类的基础上， 从工作面参数的监测角度完成了通风智能监控的总体方案设计， 并完成了上位机系 统、 下位机系统以及上位机与下位机通信模块的设计， 为实现综采工作面通风系统的智能化控制、 保证综采工 作面的安全生产奠定基础。 关键词 通 风 机 智 能 化 控 制 上 位 机 下 位 机 通 信 模 块 中图分类号TD724 文献标识码A 引言 瓦斯是煤矿生产过程中不可避免的有害气体， 除 此之外矿井煤尘、粉尘等也影响着矿井生产的安全 性。 针对工作面瓦斯问题可采取瓦斯抽放和通风设备 来解决， 其中通风系统主要通过为工作面提供新鲜空 气以降低工作面瓦斯浓度[ 1 ] 。因此， 为保证综采工作 面瓦斯浓度满足 煤炭安全规程 的相关标准要求， 需 确保通风系统能够实时根据工作面的情况对通风系 统进行智能控制。 1通风系统概述 通风机按照不同的分类标准可分为多种类型。 其中， 根据气流方向可分为离心式通风机、 轴流式通 风机、 斜流式通风机和横流式通风机。 根据压力可将 其分为低压离心通风机、 中压离心通风机、 高压离心 通风机和低压轴流通风机、 高压轴流通风机。 根据转 速大小可将其分为低比转速通风机、中比转速通风 机和高比转速通风机[ 2 ] 。 在实际生产中通风系统一般采用“ 一用一备” 的 使用原则。 对于一台轴流式通风机而言包含有两级叶 轮 ， 两级叶轮的旋转方向相同。通风机智能控制的基 础为能够准确获取通风机系统在工作面运行的实时 参数,结合通风机的实时工作状态和矿井工作面实时 所需通风量对通风系统的风量迸行调整控制[34 〇 2通风系统智能化控制的总体设计方案 2 . 1 通风系统监测参数 根据煤矿主通风系统的智能控制需求，需对通 风系统的电机电流、 电压、 轴承温度以及工作面的实 时风量、风压和当前工作状态下工作面所需风量的 大小和对风压的要求及瓦斯浓度进行监测。 收稿日期2020-04-15 作者简介 何小龙（ 1984 ， 男， 本 科 ， 毕业于山西煤炭职业技 术学院矿井通风与安全专业， 助理工程师， 研究方向为煤矿一 通三防。 文章编号 1003-773X 2020 08-0238-02 一般情况下， 对通风机风量的测量常采用风速 传感器完成，但是由于工作面的环境相对恶劣， 导 致传感器测量精度不高。因此， 本智能控制系统采 用静压差法对风量进行监测。 针对工作面风压的测量对其全压和静压进行测 量;实时掌握电机温度， 避免由于电机温度过高导致 电机轴承扭曲、 损坏等故障;瓦斯浓度传感器的测量 是控制通风机风量的根本依据，为保证瓦斯浓度监 测的准确性,在矿井的风口处安装对应的传感器。 此 外，还需通过位移传感器对通风机电机的垂直和水 平振动参数进行监测[ 5 ] 。 2 . 2 智能监控系统的总体设计 智能监控系统包括有监测系统、通讯系统和控 制系统两部分。 其中， 监测系统通过各类传感器及电 子器件实现对各类参数的测量；通讯系统将传感器 获取的参数数据基于以太网通信模块上传至上位机 系统,并将所得出的控制指令下送至执行机构;控制 系统通过上位机所得的控制指令对执行机构进行控 制 ， 其控制部件包括有通风机、 电机以及配电柜等。 智能监控系统的总体设计框图如下页图1所示。 3智能控制系统的设计 根据智能控制系统总体方案，本节将对通风系 统智能化控制系统的下位机系统、上位机系统以及 上位机与下位机的通信模块进行设计。 3 . 1 智能控制系统下位机系统的设计 通风机智能控制系统下位机系统的设计主要指 的是硬件设计，该智能控制系统中硬件主要包括有 对监测数据进行处理的PLC控制器和完成对通风系 统参数监测的各类传感器等。因此， 主要包括对PLC 控制器的选型和传感器的选型。 1PLC控制器的选型。基于对各型号PLC控制 器优劣性及应用环境分析的基础上，拟采用西门子 公司的S7-300PLC控制器， 该系列PLC控制器具有 2020年第8期何小龙煤矿主通风系统的智能化控制.2 3 9 . 图 1通风机智能控制总体设计框图 较高的性价比、 抗干扰性能、 电磁兼容性好等优势。 并为S7-300PLC配置了对应的电源模块、 输入输出 模块以及CRJ等。 2传感器的选型。根据智能控制系统的任务需 求， 为其配置如表1 所示的传感器。其中， 针对风量 的监测采用静压法进行换算所得。上述传感器的在 工作面布置情况如图2 所示。 表 1智能控制系统传感器配置表 监测参数设备名称设备型号 风机电量电量采集模块 SMT18N2 风机振动量振动变送器ADAM-4107 风压负压传感器GPD0.1F 瓦斯浓度甲烷传感器KGJ15 风速风速传感器GFW15 3 . 2 智能控制系统上位机系统的设计 通风系统智能控制系统上位机系统的设计即为 上位机软件的设计。 智能监控系统上位机最基础的功 能包括通风系统运行参数的存储、显示及故障报警 等。根据智能控制系统的控制需求， 通风智能控制系 统上位机系统包括有系统管理、 监测监控、 数据查询 以及帮助等四项功能。 上位机系统可对下位机传感器 等采集到的数据进行分析处理， 结合当前通风系统的 控制需求实现对通风机电机等执行机构的控制。 3 . 3 上位机与下位机的通讯模块的设计 通风智能控制系统上位机与下位机的通信是通 1、 2 、 3 、 4一通风机轴承温度测量;5温度传感器； 6振动传感器； I 、 n _ 静压管插口； ID全压 图 2传感器布置示意图 过以太网实现的，即基于以太网实现上位机与下位 机之间的数据交换、 通信、 管理等功能。基于以太网 与上位机之间的通信能够实现上位机与PLC控制 器的组态软件实现对工作面通风机各项运行参数的 实时监控。 而且， 根据控制需求将控制需求分为若干 层， 并根据各个层面的要求选择最佳的网络。 4结语 为实现综采工作面通风系统的智能化控制， 要 求系统能够根据工作面的实时瓦斯浓度和通风机系 统的实时运行参数对通风系统的风量进行控制， 以 确保综采工作面的瓦斯浓度在 煤炭安全规程 相关 标准要求内要求。基 于PLC控制器、 各类传感器及 其上位机组态软件设计一款通风系统的智能化控制 系统， 可为保证综采工作面的安全生产奠定基础。 参考文献 [ 1 ] 李新宏， 何慧伟,宫武旗， 等.离心通风机整机定常流动数值模 拟[J].工程热物理学报， 20024 59-62. [ 2 ] 高永卫.Gurney襟翼在轴流通风机改造中的应用研究[J].机械 科学与技术， 2002S1 110-111. [ 3 ] 侯军虎， 王松岭， 安连锁， 等.基于参数映射的通风机流量全程 测量的实验研究[J].中国电机工程学报， 2003 10 209-214. [ 4 ] 李意民， 史宏超.通风机的气动及耦合噪声研究[J].流体机械， 20002 20-22. [ 5 ] 侯振.谢桥煤矿西风井主通风机测试研究[J].煤炭技术，2018 4 142-143. 编辑 贾娟） Intelligent Control of Main Ventilation System in Coal Mine He Xiaolong Yuwu Coal Industry Co. , Ltd. , Changzhi Shanxi 046100 Abstract In view of the serious threat of gas concentration in fully mechanized coal mining face to coal production efificiency and the safety of workers and on the basis of a brief overview of ventilation system and fan classification, the overall scheme design of ventilation intelligent monitoring is completed from the aspect of working face parameter monitoring, and the design of upper computer system, lower computer system and communication module between upper computer and lower computer is completed in detail, which lays a foundation for realizing intelligent control of ventilation system of fully mechanized mining face and ensuring safe production of fully mechanized mining face. Key words ventilator, intelligent control; upper computer; lower computer; communication module