PLC技術在煤礦通風機在線監控系統中的應用

＊何喜慶

（山西鋪龍灣煤業有限公司 山西 037100）

在我國的煤礦產業發展中，生產安全和生產效益是兩大核心的重點，煤礦的生產安全應用到的設備設施有多種類型，其中通風機是基礎設備之一，建立起煤礦通風機的在線監控系統，可以對通風機的安全狀態進行全面的監測，完善煤礦的安全系統功能。利用PLC技術進行煤礦通風機的在線監控活動，可以有效地提高通風在線監控系統的遠程控制水平，構建起智能化的在線監測體系，為煤礦通風系統的安全、穩定運行奠定基礎。

1.煤礦通風機在線監控系統的重要性

我國有著非常豐富的煤炭資源，廣泛地分布在陜西、內蒙古、山西等地區，分布并不均勻，但是整體的開采量巨大，我國對于能源的需求近幾年來呈現出了上漲趨勢，煤炭資源作為保證國民生產生活的重要資源，近些年來在開采中，逐漸向著深部煤層進行了重點的開發和使用。煤礦生產中，井下作業環節會產生大量的有毒氣體和粉塵，為了創建安全的煤礦井下生產環境，促進空氣的流動，需要建立起專門針對煤礦井下生產的通風系統，將粉塵和有害氣體排出，在煤礦井下生產作業環節構建通風系統，應用到的設備中，通風機是關鍵的設施之一。一旦出現通風機故障，煤礦生產的通風系統將會出現停止運行的問題，嚴重威脅著煤礦生產安全。在傳統的煤礦通風系統管理中，通常采取的是定期檢修、定期巡視的方式，這種方法難以及時地發現風險隱患問題，通風系統的安全性無法得到有效的保障，以先進的科學技術為依托，建立煤礦通風機在線監測系統，是保證煤礦生產安全性的關鍵基礎系統，改進了落后的定期檢修維修的模式。通過對煤礦通風機在線監控系統的建設和使用，可以有效地挖掘潛在隱患風險，提高煤礦通風機在線監測的準確性、全面性，保證煤礦生產安全，可以說通風機在整個煤礦生產中作為“心臟”，決定了煤礦生產的安全性，在煤礦的數字化、智能化建設中，構建起通風機在線監控系統，有效地維護了煤礦生產安全。

2.PLC技術的應用特點

（1）編程簡便。PLC技術有著十分顯著的應用優勢，首先體現在了其編程的過程簡單方面，編程的過程簡單，程序方便，使用起來便捷性強，在應用PLC技術的過程中，編程語言簡單，進行系統的研發時投入的時間短，人工成本低，在現場，可以結合現場應用需求進行技術調整，提高了對PLC技術的應用效能，PLC技術應用具有較強的可靠性，改變了傳統的系統模式中使用繼電器為主的模式。煤礦通風機在線監控的系統中，按照傳統模式使用繼電器，一旦出現觸電、接觸不完善的問題，將會形成故障問題，運用PLC技術，繼電器被軟件程序所取代，只需要保留一部分的硬件即可。在輸入和輸出硬件的使用中，PLC技術發揮了極強的抗干擾優勢，可靠性強，即使在部分工業區中，也可以直接使用PLC技術進行煤礦通風機在線監控系統的運行，除工業區之外，部分地區有著較強的電磁干擾問題，使用PLC技術，可以發揮出有效的功能，運行煤礦通風機在線監控活動功能[1]。

（2）適應性強。PLC技術的適應能力強，經過了長時間以來的發展，我國的煤礦通風機在線監控系統中利用PLC技術，已經積累了一定的經驗，技術應用體系愈發穩定，構建起了標準化的產品生產模式，此類型的產品模塊化、系統化特性增強，配置了完善的配套設施。按照具體的生產需求，可以在PLC技術應用的過程中，合理地進行設備設施的選擇和使用，構建起功能完善的多元化系統。系統規模各有不同，但是卻均有著較強的負載能力，在驅動過程中，不同的系統和交流接觸器、電磁閥等共同作用，形成了對系統的驅動，維護著煤礦通風機在線監控系統的安全性和運行穩定性。

（3）性價比高。PLC技術應用的性價比較高，因為該技術應用功能強大，和相同種類的電氣設備相比，PLC技術的應用使得煤礦通風及在線監控系統可以與通信網絡結合起來，實施有效的控制工作，改進了繁瑣的程序，實現了集中管理，在分散控制和集中管理的相融合中，發揮出了較強的性價比優勢。以PLC技術為應用基礎，構建煤礦通風機在線監控系統，例如在我國的沁水峪煌煤業的安全生產和系統建設中，使用到了多種不同類型的設備設施，構建監測通風系統進行維護作業時，主要采取的是定期巡視的形式。在煤礦通風機的在線監控系統運行過程中可以發現，該形式存在著諸多的缺陷問題有待改進，監測不及時，監測中形成了漏洞問題，增加了通風機系統的故障風險，故障率有待進一步改進，以降低故障風險，提高系統運行穩定性。通風機系統很有可能因此而停止運行，遠程監控和實時監督的功能不完善。在該煤礦的運行和發展中，以PLC技術為基礎，構建煤礦通風機在線監測系統，可以形成監控的功能。加強對通風機運行的實時監督，在傳輸平臺上，沁水峪煌煤業構建起了分層次的監控體系，見圖1，通過現場的監控、中間傳輸過程中的監控和后臺的有效處理，完善了通風機監控系統的架構和功能[2]。

圖1 通風機PLC監控系統架構

3.煤礦通風機在線監控系統的總體設計思路

煤礦通風機在線監控系統的總體設計，需要在安全、可靠、系統化的角度下進行合理的規劃和設計，考慮到井下實際的情況，需要從系統的角度展開設計實踐，井下傳感器的數量多，系統顯示信息需要進行及時的更新、完善數據庫的內容，避免出現信號滯后等問題、形成錯誤的判斷。因此進行煤礦通風及在線監控系統的規劃和設計時，需要在組建系統的階段，就以系統的視角進行規劃和設計，提高系統集成化程度。在設計系統時，設計人員需要加強對系統的集中管理，以分散控制為基礎，集中的進行管理，在控制權限優先級問題的研究中，提高管理水平，保證系統設計具有較強的可擴展性和良好的兼容性，為后續進一步的擴展設備和增加設備奠定基礎。在成本節約角度，對比分布式控制系統、現場總線控制系統、以太網控制系統的成本和經濟性，其中以太網控制系統的成本相對更低，而且以太網控制系統的兼容性良好、速度快，整體的系統穩定性和可靠性強。因此在監控系統的總體設計和規劃中，選擇以太網控制系統，構建監控系統的框架，其中應用到了多種風門傳感器和電機，在系統的運行中，采集模擬量，與通訊信號相互兼容。在數據采集中，使用輪詢的采集方式，有效地進行了數據的及時更新，避免出現數據滯后的問題，在以太網系統中使用可編程控制器和組態王上位機，提高數據顯示的穩定性。

在系統設計中，為了完善煤礦通風及在線監控系統的功能，需要采取現場就地控制的方式，確保在使用該系統時，可以在系統的運行中，提高自動化控制的功能，及時進行開啟關停等操作。以PLC技術為基礎，利用PLC控制柜可以采集系統當中的數據信息，采取邏輯分析的方式，將系統采集到的數據綜合起來，進行運用和分析，增強系統的可靠性。使用冗余設置的方法，對系統問題進行早期處理，一旦發生系統故障，及時將備用系統啟動，確保監控系統的功能完善性、可靠性，為了保證煤礦通風機的穩定運行，發揮出煤礦通風機在線監控系統的有效功能，在不停風自動倒機功能的設置中，需要將瓦斯超限問題作為重點加強防治。在煤礦通風機在線監測系統中，利用PLC控制器的自動倒機命令功能，提高倒機的自動化控制水平，具體的設計中，應在傳統的導基模式基礎之上，增加有關的程序。設置水平風門，合理地做好通風通路的設置方案，見圖2[3]。

圖2 增加水平風門通風通路

4.PLC技術在煤礦通風機在線監控系統中的具體應用

(1)PLC集控設計

①硬件設計

同樣是以沁水峪煌煤業的煤礦生產作業為例，給該企業的通風機在線監控系統中共計有兩臺通風機，為了實現高效率的安全生產，其中一臺通風機是備用機器，在PLC技術的應用中，進行集控設計，其關鍵在于信息采集模塊和設備控制模塊，要確保模塊的專業性，包括DISM321采集模塊、AI SM331采集模塊、DOSM322控制模塊、CP340通信模塊。以DISM321采集模塊為例，在該模塊中進行系統信息的采集，系統可以將各個開關量的信息全面的收集起來，借助DOSM322控制模塊的功能，可以形成啟動或停止等功能，針對操作臺的狀態指示進行管理，實現控制風門啟動和風門停止的目標。在AI SM331采集模塊中，系統可以將不同類型的信息收集起來，將模擬傳感器的信息中的不同類型信息對應到合理范圍的標準信號中，進行合理地運用。CP340通信模塊系統可以在通信形式下。對現場的設備信息進行采集，為整個系統的運轉提供標準化的接口，在設備信息的采集和使用中，確保在線監控系統的功能穩定性[4]。

②軟件設計

PLC技術應用下的軟件設計，是煤礦通風器在線監控系統中的重點環節，進行軟件流程設計和規劃的過程中，設計人員需要考慮到PLC控制器軟件應具備的調試性功能和良好的穩定性、拓展性需求，采取模設計的方式，將多種程序之間的協調關系利用起來，提高軟件設置計和運行的效果，例如模擬數據程序、電力通信程序等。首先要對系統進行初始化的設置，進行對模塊的掃描，將有關的信息收集起來，由專家處理信息，結合異常的溫度情況，對比正常的溫度數據信息，將其中可能存在的系統問題找到，及時進行故障問題的防范和處理。例如軸承受損等問題，均可以通過溫度的變化來進行早期的發現和干預，在問題鑒別中，可以利用供電參數的對比分析，及時對其中的問題進行防治，例如對照供電參數，對電纜老化的問題要進行早期處理，更換掉已經老化的線路，確保煤礦通風機在線監控系統運行的穩定性，在操作頁面顯示出最終的鑒別結果。當發生異常情況時，要確保煤礦通風機在線監控系統具有自我保護的功能，面對異常情況可以進行及時的自我保護、自我處理，防止出現更嚴重的事故，引起進一步的損失，判斷預留程序接口，可以進行快速的反風操作，順利地進行井下送風，確保軟件控制流程的順利運行，投入到使用中，見圖3[5]。

圖3 軟件控制流程

③通信系統設計

通信系統中涵蓋了兩個類別的程序，分別是采集供配電開關參數程序。外界溫度巡檢儀程序，這兩種子程序共同組成通信系統，使用標準化通信協議中對波特率的設定要求，需要將波特率控制在4800bit/s。采取填充處理、分塊處理的方式，對收集到的數據信息進行有效的處理，在數據傳輸中，要使用通信收發程序模塊，保證數據傳輸的準確性。在進行系統設計的過程中，要將CP343以太網通信模塊運用其中，添加到RI45中，將兩個中心站連接起來，實現集中控制的目標，將多個系統結合起來，完善通信系統的功能[6]。

(2)中心站軟件設計

中心站軟件設計，利用到了組態王，在強大的圖標功能和清晰的操作頁面中，中心站的軟件為后續的二次開發創造了便利的條件，工作人員可以在軟件系統中，對通風系統的運行情況進行實時的檢查、密切的觀察，對照電機參數和實時參數，及時發現其中存在的溫度問題，對不同類型氣體濃度進行檢測作業。中心站軟件設計中PLC技術為基礎，一般人員可以準確地觀察風機運行情況，采取點擊查看的方式，對供電系統風機系統、告警系統畫面進行詳細的查詢，自動生成有關的數據報表，將報警信息、歷史數據等保存起來，為后續運用提供資源支持[7]。

(3)現場應用

以PLC技術為基礎，煤礦通風機監控系統目前已經逐步的進行了技術的普及，廣泛地運用PLC控制技術，系統中的應用劃分出了幾種不同的模式，在不同的情形下，現場可以靈活地運用PLC控制技術，進行對隱患問題的識別。在現場對有關的參數進行測量和處理，例如風機入口靜壓、風速流量、定子繞組溫度、電機軸承溫度、電機輸入電壓、風機效率、風機振動頻率等。例如在有人值守的模式下進行隱患的識別，精準程度高，也可以在無人值守的模式下，以視頻監控的模式進行在線的監管和有效地控制，真正實現了對現場通風及情況的在線監控目標[8]。

5.結論

綜上所述，PLC技術應用于煤礦通風機的在線監控系統中，具有諸多的應用優勢，不僅可以靈活地運用到在線監管系統中，發揮出有效的監控功能和技術優勢，而且煤礦通風機的在線監測系統，形成了在設備運行中可能存在的問題和隱患的防治功能，風機運行更加的安全，煤礦生產的安全水平大大提升，降低了事故概率，促進了我國煤礦產業現代化、智能化建設與可持續發展。