自動化控制技術在煤礦通風系統中的應用

摘 要：煤礦通風系統能夠對井下的狀況進行及時的監控和控制，降低了事故發生率，提高煤礦生產及安全系數。但是在目前我國的煤礦通風系統中，大多數都是人工操作，無法實現動態的監控和控制，所以引入自動化控制技術，能夠有效的提升煤礦生產的安全性。文中介紹了自動化控制系統的整體設計，探討了在煤礦通風系統中的應用。

關鍵詞：自動化控制技術；煤礦通風系統；應用；安全

中圖分類號：TD724 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2015） 02-0000-01

國家對煤礦行業安全生產越來越重視。煤礦通風系統能夠避免煤礦在生產過程中出現的安全事故，將自動化控制技術引入到通風系統中，不僅能夠提高生產的安全性，而且還降低了企業的成本。

一、自動化控制系統的整體設計

（一）自動化控制系統工作原理

自動化控制系統采用分散檢測、整體控制的方式，在煤礦的生產過程中設置若干監控分站，能夠動態的檢測煤礦的風量、溫度以及有毒氣體的含量，然后將檢測的數據通過通信電纜傳輸到煤礦通風主站上，各監測分站的信息也匯集到主站進行集中管理，最后通過計算，得出煤礦風量的分布狀況，并根據煤礦生產的要求制定出相應的風量控制方案，待系統轉化為控制指令時傳達給各分站監控中心，在變頻裝置的作用下，對煤礦通風機的風量進行調整，實現自動化控制的目的。可將Zig-Bee節點設置在礦燈的附近，同時在其他需要網絡連接的地方。為了避免井下環境對無線信號的干擾，所有Zigbee節點使用的都是抗干擾的直序擴頻通信方式，而且每個節點都有接收信號強弱指示功能（RSSI）。所安置的Zigbee節點將自動組成一個Zigbee通信網絡，在布置Zigee節點的位置時，注意應使每個節點至少可與2個以上的節點進行通信，避免單線聯系以保證Zigbee網絡通信的可靠性。

（二）系統組成

自動化控制系統主要包括傳感器系統、通風系統以及中央控制系統三大部分。

1.傳感器系統。自動化系統中要接收不同的監控數據和指令，傳輸多路信號有2種方式，一種是時分制，是根據時序的不同傳送不同的信號；另一種是頻分制，信號的發送根據自身的頻率而定，不會出現混淆的情況.由于這種電路的構成比較簡單，出現的故障次數少，所以在實際應用中要大力推廣。

2.通風系統。主要包含2種調節風量的方法。一種是通過調節百葉窗和風門的角度實現對風量的控制調節，在頻率發送器上將信號傳遞給地而控制室，經處理后將根據需求發出相應的指令，就能夠使風門或者葉片轉動；另一種是改變電動機的頻率來實現對通風量的控制。

3.中央控制系統。中央控制系統主要通過微型計算機來實現系統的功能，由于微型計算機的接口多，而且擴散能力強，能夠完成系統所分配的任務。在對自動化進行控制時，精度高、速度快，滿足了通風自動化系統的所有需求。中央控制系統的主要任務就是將監控站所采集的數據信息進行處理，并制定出相應的通風方案，根據實際需求對通風量進行調控，同時，中央控制系統還能夠實現報警的功能。

二、自動化控制通風系統計算機優化方案

（一）通風性能計算。通風系統中最重要的就是對通風量的控制，在煤礦的生產中根據不同的生產狀況選擇不同的通風機，常用的通風性能曲線有兩種，一種是通風機生產時自帶的數據；另一種是根據實際運行中測得的實驗數據，這兩種數據都是通過試驗產生的，沒有理論的表達方式。對風量進行計算時，還要考慮通風機自身的特性，把自身的特征曲線分析表達式引入到網絡的結算中。在計算通風性能時，要將聯合機之間的影響和外界因素帶來的風機工作不穩定的因素考慮進去，所以常采用二段曲線擬合法來對風機的性能進行模擬。通風系統在實際的運行中所產生數據轉化為相應的曲線，接近于二次拋物線，由于通風機工作的特殊狀況和環境，在使用拉格朗日插值法擬合時，還要對風機曲線的二段曲線擬合，實現對風機性能的整體測評。

（二）通風系統的優化控制。在煤礦通風系統中經常會出現短暫停風的現象，利用自動化控制系統能夠有效的解決這個問題。首先在每一個風道上安裝一個百葉窗式的空風門，這樣就可以保證在倒機的過程中不會對井下的風量產生影響。將優化后的煤礦通風系統與PLC自動控制系統相結合，PLC對外界的因素的敏感度不是很高，歷以具有較好的適應性。在各種干擾、輻射甚至瞬間斷電的情況下都能繼續工作，所以能夠適用于條件非常差的工作環境。

（三）自動化控制系統實現的功能和應用在煤礦生產中自動化控制系統有著廣泛的應用價值，主要表現在以下幾個方面：

（1）系統將傳感器采集到的數據，主要包括通風機的運行狀況、風壓以及有毒氣體排放等參數進行動態的監測，然后根據系統設定的參數值相比較，為操作人員提供準確的數據參考依據。

（2）根據傳感器采集到的數據，可以通過圖形的方式表示出來，通過圖形可以看到各模擬量的變化情況，在圖形上可以描繪出實時曲線和歷史曲線。實時曲線就是指傳感器在一段時間內采集到的數據，整合出來的圖形曲線；歷史曲線就是指對一段時間內的數據的統計、匯總。

（3）故障的診斷和排除。當通風系統在運行中出現故障時，自動化控制系統就會啟動備用的風機，或者增大其他風機的通風量，確保煤礦的安全生產。實質過程就是在系統發出指令后，關閉故障機器的電源，啟動備用風機或者提升其他風機的通風量，然后對故障進行相應的處理，當處理完畢后再對通風機系統的參數進行檢查，當檢查沒有問題后啟動設備。

（4）在系統電設置了不同等級的安全級別，在不同級別的操作人員上設定了不同的密碼等級，當操作人員的等級達到相應的權限時，才能夠控制相應的區域，對于沒有權限的操作系統直接拒絕，在很大程度上提升了系統的安全可靠性。

三、結束語

隨著科技的不斷發展，自動化技術廣泛的應角到煤礦的生產領域當中。煤礦通風系統能夠避免煤礦在生產過程中出現的安全事故。將自動化控制技術引入到通風系統中，不僅能夠提高生產的安全性，而且還降低了企業的投資成本，有效的提高了生產效益和安全效益。總之，自動化控制系統在煤礦通風系統中的應用，通過在監控單元和控制單元的作用下，實現了對通風系統運行狀況的動態監控自動化控制在通風系統的應用，保證了煤礦的安全、可靠的生產。

參考文獻：

[1]沈能.煤礦通風系統存在的問題及發展[J].中國新技術新產品，2010（20）.