论文部分内容阅读
【分类号】：TD724
摘要：煤矿通风自动化系统可以增强通风系统的可靠性和安全性，提高煤炭通风的管理水平，实现无人值班，并且对煤矿通风进行管理和自动化控制，可以减少维护工作量，降低维护人员的数量。本文首先阐述了煤矿通风自动化技术的重要性，然后介绍了两种自动化系统，一种是基于TCP/IP协议设计的煤矿通风自动化系统，另外一种是煤炭通风变频自动化系统。
关键词： 煤炭通风 自动化技术 应用
煤炭是我國当前的主要能源，其的安全生产直接作用于我国国民经济的又好又快发展。在煤矿生产环节中，通风环节为确保安全生产最关键的环节。其利用通风机把地上的新鲜空气不断送入煤矿矿井下，满足工作人员呼吸的需求；将井下有害气体和矿尘稀释到安全浓度；排出水蒸气以及井下的热量，营造相对适宜的工作条件，确保煤炭生产的安全。一旦煤矿通风环节出现任何问题，就可能会造成瓦斯爆炸等重大事故，造成重大人员和经济损失。
煤矿通风自动化系统可以增强通风系统的可靠性和安全性，提高煤炭通风的管理水平，实现无人值班，并且对煤矿通风进行管理和自动化控制，可以减少维护工作量，降低维护人员的数量。而当前我国煤矿通风系统的自动化设备采用分散独立的设备，这些装置监控的参数不全、维护量大、结构复杂，故障记录不准确，可靠性不高。与此同时，这些自动化设备缺乏遥控手段和故障自我诊断的能力，因此无法对通风系统进行调度、集中管理以及实时监控，对煤矿通风系统安全稳定运行造成很大的不利影响。因此，目前我国矿务局、煤炭研究院和国内各高校正在大力开发研究我国煤炭生产环境的矿通风自动化系统。
1 基于TCP/IP协议设计的煤矿通风自动化系统
1.1 主要工作原理
针对当前煤矿环境十分恶劣的状况，采用分层、分散以及冗余的方法设计煤矿通风自动化系统的硬件配置以及总体框架。自动化系统采用以太环形网络、光纤传输和多机备用等技术提升可靠性，利用组态软件和VC++设计煤矿通风自动化系统的主站控制软件以及分站控制软件进行煤矿通风的有效控制。
1.2 基于TCP/IP协议设计的煤矿通风自动化系统的系统功能
系统功能要想实现煤矿通风在系统中的自动化操作控制，必须具有以下几项功能：
①现场手动操作控制。
手动操作控制不通过系统分站式的控制器，完全通过由人工来操作外部硬件电路让风机启动或停止。
②半自动控制。
通过人工的现场操作远方系统的主站或分站，选择现场风机设备的启动或停止，通过分站控制器控制信号的发出。
③自动控制。
现场根据采集系统风机状态信息进行分站，从而决定风机自动化启动或停止，满足矿井实际生产的要求。
④三遥功能。
分别是遥测、遥信、遥控，遥测包括采集现场系统通风机的风量、风压、瓦斯浓度和电机温度、速度、电流、电压、功率等数值量，并远程传给远方系统的主机；遥信包括采集风门、风机、电机现场开关的状态量，并远程传给远方系统的主机；遥控包括接收远方系统主机的控制操作命令，并施行其控制操作。
⑤显示数据功能。
对监测本地和远方的信号实时地进行显示。
⑥记忆故障的功能。
系统将自动记录到发生故障的时间和内容。
⑦现场越线报警系统功能。
只要现场系统的监测值超过该设有的极限值，就能在远方系统和本地系统中报警。
⑧冗余功能。
当现场系统局部产生错误或故障时，但整个系统仍持以正常工作。
⑨扩展功能。
当现场增加监控系统分站时，能够随时接入系统。
1.3 煤矿通风自动化系统的实现
煤矿通风机自动化系统主要由三部分组成：地面集控中心、工业以太环形网络、监控及信息集成分站。如下图所示：
主站需要通过以太网及时地与系统分站进行数据的交换。自动化系统分站负责接收系统主站的命令，对通风系统进行自动化操作。
2 煤炭通风的变频自动化系统
2.1 通风系统的变频自动化实现
通风系统的变频自动化实现建立在对原有设备的改造，主要内容为：经过在原控制柜旁结合变频控制柜的并联，采用变频器掌控风机，实现了变频、工频双回路操作系统的控制。“一拖二”和“一用一备”的操作系统方式掌控主通风机，从而变频、工频形成自动切换功能。该操作系统运用了两台自动化变频器，每台主通风机由一台自动化变频器掌控，撤销原风门控制阀箱，可编程系统控制器由变频自动化系统控制柜直接操作控制，满足煤矿通风的要求。
2.2 通风系统的变频自动化改造措施
①DCS集控系统与远程通讯系统监视和控制接口联网，实现了远程监视和控制功能。并且可以在微机监控上随意启动主通风机中的一台电机，并且可以直接监视任意一台电机的实时运行状况。
②在自动化变频柜上可以随意设置自动的调节风量和手动的调节风量两种操作控制方式，在自动调节风量控制的状态下，可按照指定的风量自动化的调整变频器在运行中输出的频率，从而形成频率、风量自动闭环控制。
③通过改造，使其不仅具有过压、过流、过载、电源缺、欠压相应声光报警及自动性保护功能和频率显示、运行指示、电源指示等功能，而且具有一旦出现现场故障现象就能自动报警、各种参数在集控室内均可显示的功能。
3 通风系统的变频自动化改造效果
3.1 通风机改造的自动化变频，实现了控制原工频与变频之间相互的闭锁，采用PIE变频控制的方法来控制全过程，通风机的控制方式有自动、就地、微机三种，一般情况下采用自动化的运行方式，当变频器现场出现故障或错误无法运行时，就能自动转换到主通风机。
3.2 改造后的自动化变频通风机产生了柔性启动，可随意无级调速通风量，调速范围性较大，随机性强，可随意从0～50Hz对系统电网进行适时地调整，从而减轻机械相互的冲击，并且降低了电动机在运行时温度与噪音，延长电动机有效的使用寿命。
3.3 改造后的自动化变频，运行电流相应减少81A，有明显的节电效果，节电率也达到37%左右，仅仅节约的电费就能在两年内收回改造的成本。
4 总结
在煤矿生产环节中，通风环节为确保安全生产最关键的环节。其利用通风机把地上的新鲜空气不断送入煤矿矿井下，满足工作人员呼吸的需求；将井下有害气体和矿尘稀释到安全浓度；排出水蒸气以及井下的热量，营造相对适宜的工作条件，确保煤炭生产的安全。为了达到增加煤矿通风的质量、强化通风的安全性以及避免人为的操作失误，就必须对煤矿通风系统应用自动化技术，建立自动化系统。本文首先阐述了煤矿通风自动化技术的重要性，然后介绍了两种自动化系统，一种是基于TCP/IP协议设计的煤矿通风自动化系统，另外一种是煤炭通风变频自动化系统。
参考文献：
[1]李学娟，杨凌霄，张志艳.一种新型的煤矿风机转速模糊控制器设计[J].矿山机械，2010，（12）.
[2]吴新忠.煤矿主通风机通风失稳控制的研究与应用[D].中国矿业大学，2010.
[3]杨树勇.煤矿主通风机变频驱动改造的实现[J].安徽工程科技学院学报（自然科学版），2009，（03）.
[4]张梅，王芳.矿井局部通风机的模糊PID控制器设计[J].煤矿机械，2010，（10）.
摘要：煤矿通风自动化系统可以增强通风系统的可靠性和安全性，提高煤炭通风的管理水平，实现无人值班，并且对煤矿通风进行管理和自动化控制，可以减少维护工作量，降低维护人员的数量。本文首先阐述了煤矿通风自动化技术的重要性，然后介绍了两种自动化系统，一种是基于TCP/IP协议设计的煤矿通风自动化系统，另外一种是煤炭通风变频自动化系统。
关键词： 煤炭通风 自动化技术 应用
煤炭是我國当前的主要能源，其的安全生产直接作用于我国国民经济的又好又快发展。在煤矿生产环节中，通风环节为确保安全生产最关键的环节。其利用通风机把地上的新鲜空气不断送入煤矿矿井下，满足工作人员呼吸的需求；将井下有害气体和矿尘稀释到安全浓度；排出水蒸气以及井下的热量，营造相对适宜的工作条件，确保煤炭生产的安全。一旦煤矿通风环节出现任何问题，就可能会造成瓦斯爆炸等重大事故，造成重大人员和经济损失。
煤矿通风自动化系统可以增强通风系统的可靠性和安全性，提高煤炭通风的管理水平，实现无人值班，并且对煤矿通风进行管理和自动化控制，可以减少维护工作量，降低维护人员的数量。而当前我国煤矿通风系统的自动化设备采用分散独立的设备，这些装置监控的参数不全、维护量大、结构复杂，故障记录不准确，可靠性不高。与此同时，这些自动化设备缺乏遥控手段和故障自我诊断的能力，因此无法对通风系统进行调度、集中管理以及实时监控，对煤矿通风系统安全稳定运行造成很大的不利影响。因此，目前我国矿务局、煤炭研究院和国内各高校正在大力开发研究我国煤炭生产环境的矿通风自动化系统。
1 基于TCP/IP协议设计的煤矿通风自动化系统
1.1 主要工作原理
针对当前煤矿环境十分恶劣的状况，采用分层、分散以及冗余的方法设计煤矿通风自动化系统的硬件配置以及总体框架。自动化系统采用以太环形网络、光纤传输和多机备用等技术提升可靠性，利用组态软件和VC++设计煤矿通风自动化系统的主站控制软件以及分站控制软件进行煤矿通风的有效控制。
1.2 基于TCP/IP协议设计的煤矿通风自动化系统的系统功能
系统功能要想实现煤矿通风在系统中的自动化操作控制，必须具有以下几项功能：
①现场手动操作控制。
手动操作控制不通过系统分站式的控制器，完全通过由人工来操作外部硬件电路让风机启动或停止。
②半自动控制。
通过人工的现场操作远方系统的主站或分站，选择现场风机设备的启动或停止，通过分站控制器控制信号的发出。
③自动控制。
现场根据采集系统风机状态信息进行分站，从而决定风机自动化启动或停止，满足矿井实际生产的要求。
④三遥功能。
分别是遥测、遥信、遥控，遥测包括采集现场系统通风机的风量、风压、瓦斯浓度和电机温度、速度、电流、电压、功率等数值量，并远程传给远方系统的主机；遥信包括采集风门、风机、电机现场开关的状态量，并远程传给远方系统的主机；遥控包括接收远方系统主机的控制操作命令，并施行其控制操作。
⑤显示数据功能。
对监测本地和远方的信号实时地进行显示。
⑥记忆故障的功能。
系统将自动记录到发生故障的时间和内容。
⑦现场越线报警系统功能。
只要现场系统的监测值超过该设有的极限值，就能在远方系统和本地系统中报警。
⑧冗余功能。
当现场系统局部产生错误或故障时，但整个系统仍持以正常工作。
⑨扩展功能。
当现场增加监控系统分站时，能够随时接入系统。
1.3 煤矿通风自动化系统的实现
煤矿通风机自动化系统主要由三部分组成：地面集控中心、工业以太环形网络、监控及信息集成分站。如下图所示：
主站需要通过以太网及时地与系统分站进行数据的交换。自动化系统分站负责接收系统主站的命令，对通风系统进行自动化操作。
2 煤炭通风的变频自动化系统
2.1 通风系统的变频自动化实现
通风系统的变频自动化实现建立在对原有设备的改造，主要内容为：经过在原控制柜旁结合变频控制柜的并联，采用变频器掌控风机，实现了变频、工频双回路操作系统的控制。“一拖二”和“一用一备”的操作系统方式掌控主通风机，从而变频、工频形成自动切换功能。该操作系统运用了两台自动化变频器，每台主通风机由一台自动化变频器掌控，撤销原风门控制阀箱，可编程系统控制器由变频自动化系统控制柜直接操作控制，满足煤矿通风的要求。
2.2 通风系统的变频自动化改造措施
①DCS集控系统与远程通讯系统监视和控制接口联网，实现了远程监视和控制功能。并且可以在微机监控上随意启动主通风机中的一台电机，并且可以直接监视任意一台电机的实时运行状况。
②在自动化变频柜上可以随意设置自动的调节风量和手动的调节风量两种操作控制方式，在自动调节风量控制的状态下，可按照指定的风量自动化的调整变频器在运行中输出的频率，从而形成频率、风量自动闭环控制。
③通过改造，使其不仅具有过压、过流、过载、电源缺、欠压相应声光报警及自动性保护功能和频率显示、运行指示、电源指示等功能，而且具有一旦出现现场故障现象就能自动报警、各种参数在集控室内均可显示的功能。
3 通风系统的变频自动化改造效果
3.1 通风机改造的自动化变频，实现了控制原工频与变频之间相互的闭锁，采用PIE变频控制的方法来控制全过程，通风机的控制方式有自动、就地、微机三种，一般情况下采用自动化的运行方式，当变频器现场出现故障或错误无法运行时，就能自动转换到主通风机。
3.2 改造后的自动化变频通风机产生了柔性启动，可随意无级调速通风量，调速范围性较大，随机性强，可随意从0～50Hz对系统电网进行适时地调整，从而减轻机械相互的冲击，并且降低了电动机在运行时温度与噪音，延长电动机有效的使用寿命。
3.3 改造后的自动化变频，运行电流相应减少81A，有明显的节电效果，节电率也达到37%左右，仅仅节约的电费就能在两年内收回改造的成本。
4 总结
在煤矿生产环节中，通风环节为确保安全生产最关键的环节。其利用通风机把地上的新鲜空气不断送入煤矿矿井下，满足工作人员呼吸的需求；将井下有害气体和矿尘稀释到安全浓度；排出水蒸气以及井下的热量，营造相对适宜的工作条件，确保煤炭生产的安全。为了达到增加煤矿通风的质量、强化通风的安全性以及避免人为的操作失误，就必须对煤矿通风系统应用自动化技术，建立自动化系统。本文首先阐述了煤矿通风自动化技术的重要性，然后介绍了两种自动化系统，一种是基于TCP/IP协议设计的煤矿通风自动化系统，另外一种是煤炭通风变频自动化系统。
参考文献：
[1]李学娟，杨凌霄，张志艳.一种新型的煤矿风机转速模糊控制器设计[J].矿山机械，2010，（12）.
[2]吴新忠.煤矿主通风机通风失稳控制的研究与应用[D].中国矿业大学，2010.
[3]杨树勇.煤矿主通风机变频驱动改造的实现[J].安徽工程科技学院学报（自然科学版），2009，（03）.
[4]张梅，王芳.矿井局部通风机的模糊PID控制器设计[J].煤矿机械，2010，（10）.