煤礦智能通風與遠程控制系統研究

楊健

Research on intelligent ventilation

and remote control system of coal mine

摘 要：通風是保證礦井安全生產的基礎，本文首先對我國現在常用的通風方式進行了分析，并指出了現在使用的通風管理系統的不足指出，最后依據先進的工業設計理念設計出了一套煤礦智能通風與遠程控制系統，可以實現井下對井下監測數據的智能化分析、按需供風等功能。

關鍵詞：智能通風;遠程計算機;以太網

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

通風是保證礦井生產的基礎，礦井通風系統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），所以礦井通風系統安全、平穩、持續運行是礦井得以正常運轉的基礎。現階段，我國絕大多數的礦井通風系統管理還僅僅是依靠生產經驗進行[1～2]，井下通風管理及工作人員工作量巨大，礦井局部通風發生變化時不能對數據進行有效的監控，給礦井通風安全帶來一定的安全隱患，同時也對我國礦井的安全高效生產造成一定制約。基于此，筆者對礦井現有的通風系統現狀進行了分析，提出了一種較為高效合理的智能通風控制系統，以期能促進礦井智能通風系統的前進發展。

1 我國現有通風系統分析

我國現有的通風系統主要是中央并列式，井下通風系統的監測基站多布置在井底車場附近。回采工作面通風絕大多數都是采用“U”型通風方式，“U”型通風方式中上隅角瓦斯聚集是個嚴重的安全威脅，工作面配風要根據瓦斯涌出、工作面工作人員、設備及產量綜合確定，調節風量[3]。礦井通風設置主要還是手工進行開啟，自動化水平較低，且礦井通風主要設置（如風門、風窗）很多僅僅是只具開關報警裝置而不具有相關的聯網監控。

2 煤礦智能通風系統研究理論方法

煤礦井下智能通風系統的研究要理論與煤礦現場實踐進行結合分析，以物聯網為基礎的新的技術革命給我國的工業領域生產帶來的巨大影響[4]。煤礦智能通風系統的研究要充分的借鑒相關經驗，考慮煤礦井下通風設施，各個工作地點實際情況并兼井下傳感器信息收集及設備運行狀態間合理關系[5]，實現井下各個用風地點的合理供風，煤礦井下智能通風及控制系統的研制流程大致有理論分析、通風系統設計、實驗室調制、系統研發、專家認真、現場實踐效果分析及市場投放等階段，智能通風及控制系統的研制的各個階段相輔相成，在智能通風及控制系統的研制階段應結合工業工程先進的設計方法及設計理念，根據礦井實際需求，在整個礦井安設傳感器并通過相關的網絡連通到CPS中央處理系統，CPS中央處理系統根據預先設定的程序要求向有關執行單元發出有關指令，確保煤礦井下通風持續平穩安全運行。

3 煤礦智能通風系統的設計

3.1 煤礦現有通風系統分析

現階段煤礦常用的通風系統是基于PLC控制實現的，主要核心部件一般是S7-300系列的PLC模塊，通風系統其它主要模塊有數據采集/AD轉換模塊、數據分析及處理模塊、調控執行模塊等。數據采集/AD轉換模塊主要作用是收集甲烷傳感器、風速傳感器、溫度傳感器等信息，并將信息進行AD轉換后經由PLC模塊傳輸到上位機進行數據分析，上位機根據預先設定的程序分析處理后向下位機發出指令。現采用的煤礦通風系統具有操控方便、結構簡單等顯著優點，適用于中小型礦井，但是其缺點也十分，主要表現在數據采集量小，系統響應時間長，不能保證礦井井下用風點的風量。因此，研制一套新的可以滿足現階段大型礦井需要的智能通風系統十分有必要。

3.2 智能通風及遠程控制系統設計

智能通風及遠程控制系統設計是基于現場總線技術近些，由于礦井井下通風系統復雜，智能通風及遠程控制系統是采用模塊化的設計理念，將數據收集，傳輸，數據分析處理，決策執行等各個階段分解成不同的模塊單獨進行設計，采用以太網進行數據的通信連接，運用CAN總線程完成系統的功能控制，實現系統具有的管理及遠程監控功能。

采用模塊化設計的主要優點就是縮短系統的設計周期，系統各個模塊相互獨立，互相不受干擾，當系統中的某一個環節出現問題時，其他模塊可以正常運轉，系統的整體可靠性高。系統的控制網絡采用工業以太網及CAN總線網絡，以太網主要是完成收集數據的遠程傳輸，CAN總線網絡的主要功能是滿足現場操作控制的需要，上位機根據收集到的信息作出相應的指令通過以太網傳輸到井下的現場總控制器，現場總控制器通過CAN總線網絡控制各個通風設備的運行狀態，用以保證系統的快速反應。圖1是智能通風及遠程控制系統總體設計方案。

井下的風速、溫度、瓦斯、設備監測等傳感器通過數據監測卡將傳感器監測數據傳輸到現場監控計算機，現場監控計算機對數據進行分析，智能的判斷井下狀態，并通過以太網將相關指令通過遠程監控計算機下發到現場主控制器，現場主控制器以及CAN節點根據遠程計算機指令作出相應的動作，保證礦井通風系統的安全靠譜運行。

遠程監控計算機應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井下傳感器監測的各種信息對礦井通風系統的運行狀態進行分析預測，當分析出井下某個部位出現安全隱患或者礦井通風系統存在某些隱患時，遠程監控計算機應及時迅速的向現場控制計算機發出報警指令，井下報警系統開始相應，對井下工作人員進行提醒。冗余系統主要為了保證礦井設備安全運行而設計，當礦井主要通風設備出現問題是，備用設備可以及時的運行，以保證礦井通風的安全連續。

4 總結

現有的通風管理系統存在數據采集量小，系統響應時間長，無法智能判斷等缺點，智能通風系統由于可以實現井下通風的智能化管理，實現了煤礦的以風定產等優點，在不久的將來必定會大規模使用。本文設計的智能通風及遠程控制系統可以實現對井下監測數據的大量處理分析，并找出最為合適的通風處理方案，煤礦井下可以做到按照需要供風，具有明顯的優勢。

參考文獻：

[1]王元莒.煤礦通風安全數據智能處理系統研究[J].山西煤炭，2016，36（04）：58-60.

[2]楊杰，趙連剛，全芳.煤礦通風系統現狀及智能通風系統設計[J].工礦自動化，2015，41（11）：74-77.

[3]黃書衛.基于物聯網技術的煤礦通風智能監控系統[J].中國科技信息，2015（05）：99-100.

[4]鮑慶國，毛允德.智能礦井通風仿真系統設計研究[J].中國煤炭，2014，40（06）：124-126.

[5]秦書明，吳利學.煤礦智能局部通風系統的設計及應用[J].煤礦機電，2014（01）：94-96.