楊健

Research on intelligent ventilation

and remote control system of coal mine

摘 要：通風(fēng)是保證礦井安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)，本文首先對(duì)我國(guó)現(xiàn)在常用的通風(fēng)方式進(jìn)行了分析，并指出了現(xiàn)在使用的通風(fēng)管理系統(tǒng)的不足指出，最后依據(jù)先進(jìn)的工業(yè)設(shè)計(jì)理念設(shè)計(jì)出了一套煤礦智能通風(fēng)與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)井下對(duì)井下監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的智能化分析、按需供風(fēng)等功能。

關(guān)鍵詞：智能通風(fēng);遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī);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(fēng)是保證礦井生產(chǎn)的基礎(chǔ)，礦井通風(fēng)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(fēng)系統(tǒng)安全、平穩(wěn)、持續(xù)運(yùn)行是礦井得以正常運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)?，F(xiàn)階段，我國(guó)絕大多數(shù)的礦井通風(fēng)系統(tǒng)管理還僅僅是依靠生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行[1～2]，井下通風(fēng)管理及工作人員工作量巨大，礦井局部通風(fēng)發(fā)生變化時(shí)不能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的監(jiān)控，給礦井通風(fēng)安全帶來(lái)一定的安全隱患，同時(shí)也對(duì)我國(guó)礦井的安全高效生產(chǎn)造成一定制約?；诖耍P者對(duì)礦井現(xiàn)有的通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，提出了一種較為高效合理的智能通風(fēng)控制系統(tǒng)，以期能促進(jìn)礦井智能通風(fēng)系統(tǒng)的前進(jìn)發(fā)展。

1 我國(guó)現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)分析

我國(guó)現(xiàn)有的通風(fēng)系統(tǒng)主要是中央并列式，井下通風(fēng)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)基站多布置在井底車(chē)場(chǎng)附近。回采工作面通風(fēng)絕大多數(shù)都是采用“U”型通風(fēng)方式，“U”型通風(fēng)方式中上隅角瓦斯聚集是個(gè)嚴(yán)重的安全威脅，工作面配風(fēng)要根據(jù)瓦斯涌出、工作面工作人員、設(shè)備及產(chǎn)量綜合確定，調(diào)節(jié)風(fēng)量[3]。礦井通風(fēng)設(shè)置主要還是手工進(jìn)行開(kāi)啟，自動(dòng)化水平較低，且礦井通風(fēng)主要設(shè)置（如風(fēng)門(mén)、風(fēng)窗）很多僅僅是只具開(kāi)關(guān)報(bào)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(fēng)系統(tǒng)研究理論方法

煤礦井下智能通風(fēng)系統(tǒng)的研究要理論與煤礦現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐進(jìn)行結(jié)合分析，以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的新的技術(shù)革命給我國(guó)的工業(yè)領(lǐng)域生產(chǎn)帶來(lái)的巨大影響[4]。煤礦智能通風(fēng)系統(tǒng)的研究要充分的借鑒相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，考慮煤礦井下通風(fēng)設(shè)施，各個(gè)工作地點(diǎn)實(shí)際情況并兼井下傳感器信息收集及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)間合理關(guān)系[5]，實(shí)現(xiàn)井下各個(gè)用風(fēng)地點(diǎn)的合理供風(fēng)，煤礦井下智能通風(fēng)及控制系統(tǒng)的研制流程大致有理論分析、通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)室調(diào)制、系統(tǒng)研發(fā)、專(zhuān)家認(rèn)真、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐效果分析及市場(chǎng)投放等階段，智能通風(fēng)及控制系統(tǒng)的研制的各個(gè)階段相輔相成，在智能通風(fēng)及控制系統(tǒng)的研制階段應(yīng)結(jié)合工業(yè)工程先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)理念，根據(jù)礦井實(shí)際需求，在整個(gè)礦井安設(shè)傳感器并通過(guò)相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)連通到CPS中央處理系統(tǒng)，CPS中央處理系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先設(shè)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(fēng)持續(xù)平穩(wěn)安全運(yùn)行。

3 煤礦智能通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 煤礦現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)分析

現(xiàn)階段煤礦常用的通風(fēng)系統(tǒng)是基于PLC控制實(shí)現(xiàn)的，主要核心部件一般是S7-300系列的PLC模塊，通風(fēng)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(fēng)速傳感器、溫度傳感器等信息，并將信息進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換后經(jīng)由PLC模塊傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，上位機(jī)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序分析處理后向下位機(jī)發(fā)出指令?，F(xiàn)采用的煤礦通風(fēng)系統(tǒng)具有操控方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等顯著優(yōu)點(diǎn)，適用于中小型礦井，但是其缺點(diǎn)也十分，主要表現(xiàn)在數(shù)據(jù)采集量小，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，不能保證礦井井下用風(fēng)點(diǎn)的風(fēng)量。因此，研制一套新的可以滿(mǎn)足現(xiàn)階段大型礦井需要的智能通風(fēng)系統(tǒng)十分有必要。

3.2 智能通風(fēng)及遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能通風(fēng)及遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)近些，由于礦井井下通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜，智能通風(fēng)及遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)是采用模塊化的設(shè)計(jì)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(gè)階段分解成不同的模塊單獨(dú)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的通信連接，運(yùn)用CAN總線(xiàn)程完成系統(tǒng)的功能控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)具有的管理及遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。

采用模塊化設(shè)計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)就是縮短系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期，系統(tǒng)各個(gè)模塊相互獨(dú)立，互相不受干擾，當(dāng)系統(tǒng)中的某一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，其他模塊可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，系統(tǒng)的整體可靠性高。系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)采用工業(yè)以太網(wǎng)及CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，以太網(wǎng)主要是完成收集數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的主要功能是滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)操作控制的需要，上位機(jī)根據(jù)收集到的信息作出相應(yīng)的指令通過(guò)以太網(wǎng)傳輸?shù)骄碌默F(xiàn)場(chǎng)總控制器，現(xiàn)場(chǎng)總控制器通過(guò)CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制各個(gè)通風(fēng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，用以保證系統(tǒng)的快速反應(yīng)。圖1是智能通風(fēng)及遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案。

井下的風(fēng)速、溫度、瓦斯、設(shè)備監(jiān)測(cè)等傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)卡將傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控計(jì)算機(jī)，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，智能的判斷井下?tīng)顟B(tài)，并通過(guò)以太網(wǎng)將相關(guān)指令通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)下發(fā)到現(xiàn)場(chǎng)主控制器，現(xiàn)場(chǎng)主控制器以及CAN節(jié)點(diǎn)根據(jù)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)指令作出相應(yīng)的動(dòng)作，保證礦井通風(fēng)系統(tǒng)的安全靠譜運(yùn)行。

遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)應(yīng)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(cè)的各種信息對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析預(yù)測(cè)，當(dāng)分析出井下某個(gè)部位出現(xiàn)安全隱患或者礦井通風(fēng)系統(tǒng)存在某些隱患時(shí)，遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)應(yīng)及時(shí)迅速的向現(xiàn)場(chǎng)控制計(jì)算機(jī)發(fā)出報(bào)警指令，井下報(bào)警系統(tǒng)開(kāi)始相應(yīng)，對(duì)井下工作人員進(jìn)行提醒。冗余系統(tǒng)主要為了保證礦井設(shè)備安全運(yùn)行而設(shè)計(jì)，當(dāng)?shù)V井主要通風(fēng)設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題是，備用設(shè)備可以及時(shí)的運(yùn)行，以保證礦井通風(fēng)的安全連續(xù)。

4 總結(jié)

現(xiàn)有的通風(fēng)管理系統(tǒng)存在數(shù)據(jù)采集量小，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，無(wú)法智能判斷等缺點(diǎn)，智能通風(fēng)系統(tǒng)由于可以實(shí)現(xiàn)井下通風(fēng)的智能化管理，實(shí)現(xiàn)了煤礦的以風(fēng)定產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，在不久的將來(lái)必定會(huì)大規(guī)模使用。本文設(shè)計(jì)的智能通風(fēng)及遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)井下監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的大量處理分析，并找出最為合適的通風(fēng)處理方案，煤礦井下可以做到按照需要供風(fēng)，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

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