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摘 要:煤矿通风系统能够避免煤矿在生产过程中出现的安全事故。将自动化控制技术引入到通风系统中，不仅能够提高生产的安全系统，而且还降低了企业的投资成本，有效的提高了生产效益和安全效益。文中介绍了自动化控制系统的整体设计，探讨了在煤矿通风系统中的应用。
关键词:自动化控制技术；煤矿通风系统；应用；安全
0 前言
煤矿行业对安全生产越来越重视。煤矿通风系统能够对井下的状况进行及时的监控和控制，降低了事故发生率，提高煤矿生产酌安全系数。但是在目前我国的煤矿通风系统中，大多数都是人工操作，无法实现动态的监控和控制，所以引入自动化控制技术，能够有效的提升煤矿生产的安全性，很大程度上改善了系统的管理水平。
1 自动化控制系统的整体设计
1.1 自动化控制系统工作原理
自动化控制系统采用分散检测、整体控制的方式，在煤矿的生产过程中设置若干监控分站，能够动态的检测煤矿的风量、温度以及有毒气体的含量，然后将检测的数据通过通信电缆传输到煤矿通风主站上，各监测分站的信息也汇集到主站进行集中管理，最后通过计算，得出煤矿风量的分布状况，并根据煤矿生产的要求制定出相应的风量控制方案，待系统转化为控制指令时传达给各分站监控中心，在变频装置的作用下，对煤矿通风机的风量进行调整，实现自动化控制的目的。可将 Zig－Bee 节点设置在矿灯的附近，这样将使得ZigBee．节点有着更好的能源供脚，同时在其他需要网络连接的地方，也安置一个 Zigbee 节点；为了避免井下环境对无线信号的干扰，所有 Zigbee 节点使用的都是抗干扰的直序扩频通信方式，而且每个节点都有接收信号强弱指示功能(RSSI)。所安置的 Zigbee 节点将自动组成一个 Zigbee 通信网络，在布置 Zigbee 节点的位置时，注意应使每个节点至少可与 2 个以上的节点进行通信，避免单线联系以保证 Zigbee 网络通信的可靠性。
1.2 系统组成
自动化控制系统主要包括传感器系统、通风系统以及中央控制系统三大部分。
（1）传感器系统
自动化系统中要接收不同的监控数据和指令，传输多路信号有 2 种方式，一种是时分制，是根据时序的不同传送不同的信号；另一种是频分制，信号的发送根据自身的频率而定，不会出现混淆的情况，由于这种电路的构成比较简单，出现的故障次数少，所以在实际应用中要大力推广。在频分制系统中，采用了载频器对信号进行接收和传送，信号的传输介质为 500 V 以下的动力传输线。传感器系统中起到重要作用的还有检测元件，在对通风风量进行精准测量时，主要是在巷道中放入传感器，能够准确测得风量、温度以及有毒气体含量等。风量的遥测可在已经确定的断面积的巷道中安装热式风速仪、恒温式风速仪以及光耦感应器等检测元件，能够动态的监控巷道中各性能指标。
（2）通风系统
主要包插 2 种调节风量的方法。一种是通过调节百叶窗和风门的角度实现对风量的控制调节，在频率发送器上将信号传递给地面控制室，经处理后将根据需求发出相应的指令，就能够使风门或者叶片转动；另一种是改变电动机的频率来实现对通风量的控制。电动机采用了变频装置，可以对通风机的转速进行调控。
除此之外，在煤矿井下的局部通风机的自动化控制系统中采用定时控制，安装了爆破冲击波开关，引爆后就能够实现通风。在国外的通风系统中可以根据井下的温度变化情况以及气体浓度，由设置的检测元件来实现对局部通风机的运转调控。
（3）中央控制系统
中央控制系统主要通过微型计算机来实现系统的功能，由于微型计算机的接口多，而且扩散能力强，能够完成系统所分配的任务。在对自动化进行控制时，精度高、速度快，满足了通风自动化系统的所有需求。中央控制系统的主要任务就是将监控站所采集的数据信息进行处理，并制定出相应的通风方案，根据实际需求对通风量进行调控，同时，中央控制系统还能够实现报警的功能，具体包括以下几个方面：①发出指令传递给监控站，实现对通风系统的动态监控。②对各监控站的反馈信息进行处理并修改。③根据系统的需求制定通风控制方案，并转换为控制指令使执行机构动作。④监控设备在运行中出现异常，能够及时的报警并启动相应的处理程序。
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2 自动化控制通风系统计算机优化方案
2.1 通风性能计算
通风系统中最重要的就是对通风量的控制，其性能曲线表明通风机的全压、功率以及风机流量之间的变化关系，在煤矿的生产中根据不同的生产状况选择不同的通风机，常用的通风性能曲线有两种，一种是通风机生产时自带的数据；另一种是根据实际运行中测得的实验数据，这两种数据都是通过试验产生的，没有理论的表达方式。对风量进行计算时，还要考虑通风机自身的特性，把自身的特征曲线分析表达式引入到网络的结算中。在计算通风性能时，要将联合机之间的影响和外界因素带来的风机工作不稳定的因素考虑进去，所以常采用二段曲线拟合法来对风机的性能进行模拟。通风系统在实际的运行中所产生数据转化为相应的曲线，接近于二次抛物线，由于通风机工作的特殊状况和环境，在使用拉格朗日插值法拟合时，还要对风机曲线的二段曲线拟合。
2.2 通风系统的优化控制
在煤矿通风系统中经常会出现短暂停风的现象，所以利用自动化控制系统能够有效的解决这个问题。
首先在每一个风道上安装一个百叶窗式的空风门，这样就可以保证在倒机的过程中不会对井下的风量产生影响。将优化后的煤矿通风系统与 PLC 自动控制系统相结合，PLC 对外界的因素的敏感度不是很高，历以具有较好的适应性。在各种干扰、辐射甚至瞬间断电的情况下都能继续工作，所以能够适用于条件非常差的工作环境。在 PLC 的功能实现上包括逻辑运算、计时、顺序等，其中还包括对数字和模拟量的输入和输出，还能够实现自检、纪录等功能。这种强有力的设备可以再一条生产线上实现一台生产机械，同时操控这个生产过程。
3 自动化控制系统实现的功能和应用
在煤矿生产中自动化控制系统有着广泛的应用价值，主要表现在以下几个方面：
（1）实时的监测数据，进行数据表的查询与打印
系统将传感器采集到的数据，主要包括通风机的运行状况、风压以及有毒气体排放等参数进行动态的监测，然后根据系统设定的参数值相比较，为操作人员提供准确的数据参考依据。为了方便操作人员更加直观的看到通风系统的工作状况，自动化控制的系统设置了数据报表的功能，在数据的传输中，能够将实时的数据与历史数据按照规定的报表模式打印出来。数据报表中有多种报表的方式可供选择，根据工作人员的需求选择报表的方式。
（2）绘制趋势曲线
根据传感器采集到的数据，可以通过图形的方式表示出来，通过图形可以看到各模拟量的变化情况，在图形上可以描绘出实时曲线和历史曲线。实时曲线就是指传感器在一段时间内采集到的数据，整合出来的图形曲线；历史曲线就是指对一段时间内的数据的统计、汇总。通过曲线能够直接展现出通风系统的内部结构和其他器件的工作状况，使工作人员圾时的了解风系统的运行情况，保证了系统的正常运行。
（3）故障的诊断和排除
当通风系统在运行中出现故障时，自动化控制系统就会启动备用的风机，或者增大其他风机的通风量，确保煤矿的安全生产。实质过程就是在系统发出指令后，关闭故障机器的电源，启动备用风机或者提升其他风机的通风量，然后对故障进行相应的处理，当处理完毕后再对通风机系统的参数进行检查，当检查没有问题后启动设备，如果启动不成功，就要将所有的参数数据全部记录下来，整体分析制定解决方案。
自动化控制系统在运行中能够对通风系统出现的故障及时的报警。主要是通过对系统各项参数值的上、下限的设定来确定报警的范围，发生报警后工作人员能够及时的查找故障所在的位置，避免了安全事故的发生，除此之外，系统还能够保存报警信息，储存系统的报警资料，供以后的安全分析所用。
（4）安全机制的设置
在系统电设置了不同等级的安全级别，同时对操作人员也设置了不同的权限，比如安全分析人员只能在权限范围内查看警报信息和报表的情况，其他的数据不能查询。在不同级别的操作人员上设定了不同的密码等级，当操作人员的等级达到相应的权限时，才能够控制相应的区域，对于没有权限的操作系统直接拒绝，在很大程度上提升了系统的安全可靠性。
4 结语
随着科技的不断发展，自动化技术广泛的应角到煤矿的生产领域当中。煤矿通风系统能够避免煤矿在生产过程中出现的安全事故。将自动化控制技术引入到通风系统中，不仅能够提高生产的安全性，而且还降低了企业的投资成本， 有效的提高了生产效益和安全效益。总之，自动化控制系统在煤矿通风系统中的应用，通过在监控单元和控制单元的作用下，实现了对通风系统运行状况的动态监控自动化控制在通风系统的应用，保证了煤矿的安全、可靠的生产。对突发情况及时的处理，实现了无人值班，很大程度上提升了煤矿系统的安全性，降低了煤矿通风系统的资金投入，给企业带来更多的经济效益。
参考文献：
[1] 聂文艳,金林,王仲根.变频技术和模糊控制在局部通风机中的应用[J].煤矿机械,2006,12（8）：56-57.
[2] 祝龙记,王汝琳.用变频调速局部通风机的模糊控制技术[J].煤炭科学技术,2003,23（4）：45-46.
论文作者:宫玖朋,廖光辉
论文发表刊物:《科技新时代》2018年11期
论文发表时间:2019/1/14
标签：煤矿论文; 风量论文; 通风系统论文; 通风机论文; 系统论文; 数据论文; 曲线论文; 《科技新时代》2018年11期论文;