孫云龍

（山西鄉(xiāng)寧焦煤集團(tuán)神角煤業(yè)有限公司 山西省臨汾市 042100）

近些年來我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)處在迅速發(fā)展的過程中，可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略以及科學(xué)發(fā)展觀的提出使得人們的環(huán)保意識(shí)逐漸提升，開始積極探究新型環(huán)保能源的開發(fā)，以取代當(dāng)前社會(huì)發(fā)展比較依賴但卻會(huì)造成嚴(yán)重污染的煤炭資源，但從實(shí)際情況來看，能源結(jié)構(gòu)面臨著一個(gè)漫長(zhǎng)的發(fā)展時(shí)間，而在這一過程中依然會(huì)使用煤炭資源支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展。在正式進(jìn)行煤礦井下開采工作的過程中經(jīng)常會(huì)面臨氣體流通不暢的現(xiàn)象，受到各種不利因素的限制，存在著較大的有害氣體積聚的隱患，這會(huì)在極大程度上影響相關(guān)人員的正常工作，并且會(huì)對(duì)其身體健康產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。相關(guān)調(diào)查研究表明，有70%以上的礦井安全事故都來源于通風(fēng)系統(tǒng)操作不合理以及故障，基于此，有必要大力進(jìn)行主通風(fēng)機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的研究。

1 研究背景

若想真正保障礦井的安全生產(chǎn)則勢(shì)必要確保通風(fēng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，而對(duì)于礦井的通風(fēng)系統(tǒng)來說，礦井主通風(fēng)機(jī)之其中至關(guān)重要的核心設(shè)備，直接關(guān)系到其能否順利將新鮮空氣運(yùn)送到井下，并在此過程中將煤塵和有害氣體排出，其運(yùn)行狀況對(duì)于礦井生產(chǎn)的安全性和穩(wěn)定性以及從企業(yè)整體經(jīng)濟(jì)效益的提升有著重要影響。基于此，加大力度把控通風(fēng)機(jī)的安全可靠運(yùn)行，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上促進(jìn)操作人員自身技能水平的提升可以為通風(fēng)機(jī)高質(zhì)量應(yīng)用創(chuàng)造良好的條件。目前來看，在工業(yè)化程度不斷提高的時(shí)代背景下，煤礦企業(yè)在生產(chǎn)規(guī)模方面呈現(xiàn)出逐漸擴(kuò)大的趨勢(shì)，并且在生產(chǎn)效率方面也有了明顯的提升，這便對(duì)現(xiàn)有的礦井聲場(chǎng)系統(tǒng)提出了更高的要求，促使其朝著自動(dòng)化的方向縱深發(fā)展。企業(yè)為了能夠適應(yīng)時(shí)代發(fā)展進(jìn)程開始積極引入新型的控制技術(shù)以及電氣設(shè)備，而若想真正保障自動(dòng)化控制成效，管理部門應(yīng)當(dāng)能夠針對(duì)主通風(fēng)機(jī)和礦井風(fēng)量所產(chǎn)生的變化情況展開實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的遠(yuǎn)程控制工作，基于此，企業(yè)應(yīng)當(dāng)構(gòu)建起新型的主通風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)在線監(jiān)控系統(tǒng)，為自動(dòng)化控制工作的高效落實(shí)提供技術(shù)支撐。

2 煤礦主通風(fēng)機(jī)中自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用原理和系統(tǒng)功能

2.1 應(yīng)用原理

自動(dòng)化控制技術(shù)在煤礦主通風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用具體包括傳感器系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)以及中央控制系統(tǒng)三方面。首先，傳感器系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于有害氣體濃度、深度、溫度以及風(fēng)量和風(fēng)壓等多方面的全覆蓋，基本上會(huì)采用時(shí)分制和頻分制作為其信號(hào)傳輸?shù)姆绞?。但在深入分析礦井下作業(yè)具體開展?fàn)顩r之后則發(fā)現(xiàn)工作人員應(yīng)當(dāng)對(duì)原有的風(fēng)門角度進(jìn)行變化，這便可以高效落實(shí)對(duì)于主通風(fēng)機(jī)具體風(fēng)量的合理調(diào)控。與此同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)利用地面控制室根據(jù)具體要求對(duì)風(fēng)門的角度展開調(diào)整工作。

其次則是通風(fēng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要是基于變頻器完成電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)工作，最終高效實(shí)現(xiàn)礦井下風(fēng)機(jī)風(fēng)量和風(fēng)速的自動(dòng)化調(diào)節(jié)的目標(biāo)。立足于目前我國(guó)煤礦企業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀來看，絕大多數(shù)的煤礦都會(huì)通過傳感器的應(yīng)用進(jìn)行礦井下氣體濃度以及局部溫度等數(shù)據(jù)的采集工作，用來對(duì)通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)展開合理的調(diào)節(jié)工作。最后便是中央控制系統(tǒng)，這一系統(tǒng)是基于衛(wèi)星計(jì)算機(jī)針對(duì)監(jiān)控站所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集以及優(yōu)化整理，與此同時(shí)還要在綜合考慮煤礦生產(chǎn)需求的基礎(chǔ)上針對(duì)通風(fēng)量展開實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的調(diào)控工作。切實(shí)展現(xiàn)出其在擴(kuò)展能力強(qiáng)以及接口豐富等方面的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，再加上自動(dòng)化控制較快的速度以及較高的精度，為中央控制系統(tǒng)有效實(shí)現(xiàn)報(bào)警以及監(jiān)控等功能提供必要條件。

2.2 系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)具有多樣化的功能：

（1）其在應(yīng)用的過程中能夠完整顯示出其運(yùn)行階段所產(chǎn)生的各種參數(shù)以及運(yùn)行狀態(tài)，并且能夠根據(jù)相應(yīng)的監(jiān)控對(duì)系統(tǒng)的工作界面展開模擬工作。

（2）該系統(tǒng)可以精確判斷故障的實(shí)際情況，明確其屬于停電故障還是故障報(bào)警，進(jìn)而及時(shí)發(fā)布指令，在此之后還需要對(duì)其詳細(xì)記錄，為后續(xù)操作提供參考。

（3）該系統(tǒng)能夠?qū)χ魍L(fēng)機(jī)運(yùn)行期間所產(chǎn)生的各種參數(shù)進(jìn)行記錄，同時(shí)還可以對(duì)其進(jìn)行打印，一旦主通風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中出現(xiàn)故障，其便能夠自動(dòng)化其故障情況及其原因進(jìn)行打印，并形成記錄。

（4）該系統(tǒng)可以采用自動(dòng)或者是手動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)于機(jī)器的開關(guān)機(jī)，工作人員還可以通過遠(yuǎn)程遙控的方式對(duì)勵(lì)磁柜以及高壓柜進(jìn)行相應(yīng)的操作。

（5）當(dāng)開機(jī)之后，風(fēng)道的風(fēng)門能夠達(dá)到自動(dòng)化倒換的效果。

（6）該系統(tǒng)在進(jìn)入道在線巡查環(huán)節(jié)之后可以將反風(fēng)風(fēng)門絞車、倒機(jī)風(fēng)門絞車運(yùn)行的具體狀況完整準(zhǔn)確地顯示出來。

（7）系統(tǒng)可以自行對(duì)勵(lì)磁電流以及勵(lì)磁點(diǎn)煙的準(zhǔn)確性進(jìn)行分別，一旦出現(xiàn)開車知識(shí)便進(jìn)行自動(dòng)或者手動(dòng)開車。

（8）該系統(tǒng)本身具有了極強(qiáng)的自控功能，若是當(dāng)前礦井風(fēng)機(jī)存在一定的故障，能夠在10秒鐘之內(nèi)啟動(dòng)備用風(fēng)機(jī)。

（9）該自動(dòng)控制系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)接口，工作人員可以通過因特網(wǎng)的應(yīng)用，將其直接同煤礦控制中心相連，繼而達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控的效果。

2.3 應(yīng)用效果

強(qiáng)化對(duì)于自動(dòng)化控制技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用，優(yōu)化設(shè)計(jì)主通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件，切實(shí)提升各種傳統(tǒng)元器件設(shè)計(jì)的實(shí)效性，能夠進(jìn)一步精簡(jiǎn)以往過于復(fù)雜繁瑣的接線控制方式，可以為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更加穩(wěn)定安全的運(yùn)行創(chuàng)造良好的條件。自動(dòng)化控制系統(tǒng)建立在可編程控制器的基礎(chǔ)上，可以為主通風(fēng)機(jī)在自動(dòng)變頻和手動(dòng)變頻的切換方面提供充足的空間。當(dāng)處在自動(dòng)變頻狀態(tài)下時(shí)，主通風(fēng)機(jī)能夠針對(duì)利用傳感器所獲取的風(fēng)壓值以及有害氣體濃度對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)展開科學(xué)全面的分析工作，進(jìn)而提升變頻調(diào)速的科學(xué)性。從實(shí)際情況來看，在礦井主通風(fēng)機(jī)中大力使用自動(dòng)化控制技術(shù)能夠展現(xiàn)出以下幾方面應(yīng)用效果。

首先便是數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，針對(duì)礦井主通風(fēng)機(jī)而言，其自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)涉及到大量傳感器的應(yīng)用，以有效監(jiān)測(cè)礦井生產(chǎn)階段所產(chǎn)生的各種參數(shù)，具體包括風(fēng)壓大小以及主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況等，上述參數(shù)均可以采用可視化的形式展現(xiàn)出來。其次在于對(duì)故障的高效檢測(cè)以及排除，一旦主通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生故障，那么自動(dòng)化控制系統(tǒng)便會(huì)迅速接受指令，繼而對(duì)主通風(fēng)機(jī)電源進(jìn)行自動(dòng)關(guān)閉，在此過程中還會(huì)將備用的通風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，或者會(huì)根據(jù)實(shí)際情況將其他通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量適當(dāng)提高，以確保礦井下的風(fēng)量整體處在不變的狀態(tài)下，以進(jìn)一步保障其故障處理操作的科學(xué)性和有效性。除此以外，主通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)地監(jiān)測(cè)其運(yùn)行參數(shù)，在完全解決故障之后則會(huì)對(duì)通風(fēng)機(jī)進(jìn)行自動(dòng)的重啟。最后是故障報(bào)警以及診斷，針對(duì)礦井主通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)既可以將更加有效地控制主通風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，還可以在主通風(fēng)機(jī)正式運(yùn)行之前，對(duì)相應(yīng)的報(bào)警條件數(shù)值進(jìn)行與設(shè)定，這樣便可以方便技術(shù)人員更加全方位、深層次地排查各種通風(fēng)機(jī)故障隱患，以促進(jìn)其安全事故產(chǎn)生可能性的進(jìn)一步降低。除此以外，自動(dòng)化控制系統(tǒng)還可以存儲(chǔ)大量的故障數(shù)據(jù)，最終建立起專家數(shù)據(jù)庫(kù)，以便于后續(xù)再產(chǎn)生類似故障時(shí)可以作為參考，提升診斷和操作效率。

3 礦井主通風(fēng)機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案探究

3.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)能夠滿足在啟動(dòng)和停止方面的控制要求，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于通風(fēng)機(jī)的自動(dòng)、手動(dòng)以及遠(yuǎn)程和就地控制等。與此同時(shí)該控制系統(tǒng)可以同企業(yè)局域網(wǎng)相接，相關(guān)工作人員可以在集中監(jiān)控調(diào)度室中實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地開展系統(tǒng)運(yùn)行情況的監(jiān)測(cè)工作，在此過程中還可以達(dá)到遠(yuǎn)程控制的效果，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行妥善解決。該控制系統(tǒng)中包含著一個(gè)通訊模塊，在標(biāo)準(zhǔn)RJ45網(wǎng)絡(luò)接口的基礎(chǔ)上連接礦工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，當(dāng)變頻器控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在以太網(wǎng)中的有效接入之后可以同綜合自動(dòng)化平臺(tái)服務(wù)器相互通信。該自動(dòng)化控制系統(tǒng)的控制對(duì)象范圍比較廣泛，具體包括主通風(fēng)機(jī)變電所中的變頻器、高壓開關(guān)柜分閘以及合閘等等。將組態(tài)軟件安設(shè)在上位機(jī)上，這樣便可以展現(xiàn)出相應(yīng)的上位機(jī)監(jiān)控畫面，輔助相關(guān)工作人員針對(duì)各種設(shè)備現(xiàn)階段的設(shè)備運(yùn)行情況，主要包括數(shù)據(jù)查詢、報(bào)警以及報(bào)表幾個(gè)系統(tǒng)。此外，該自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠更加準(zhǔn)確地對(duì)通風(fēng)機(jī)、變頻器以及電機(jī)運(yùn)行參數(shù)等展開監(jiān)測(cè)控制工作，以做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中的隱患和不足，避免其范圍擴(kuò)大對(duì)主通風(fēng)機(jī)的高效應(yīng)用造成負(fù)面影響。

3.2 總體方案

本研究主要是基于某地區(qū)的煤礦企業(yè)，針對(duì)其主通風(fēng)機(jī)的在線監(jiān)控和變頻控制系統(tǒng)展開設(shè)計(jì)工作，研究人員在對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)總體方案進(jìn)行制定的過程中應(yīng)當(dāng)綜合考慮不同時(shí)間段礦井本身在風(fēng)量需求方面所呈現(xiàn)出的變化，在建設(shè)初期，有著相對(duì)較小的風(fēng)量需求，此時(shí)的風(fēng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)單極電機(jī)獨(dú)立運(yùn)行，而在后續(xù)不斷增加風(fēng)量的工程中便可以將兩級(jí)電機(jī)結(jié)合起來共同運(yùn)行，以動(dòng)態(tài)地滿足運(yùn)行要求。

除此以外，總體方案的設(shè)計(jì)要求工作人員事先對(duì)有可能存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)，并做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作，例如需要安排備用風(fēng)機(jī)，以確保一臺(tái)風(fēng)機(jī)產(chǎn)生故障時(shí)能夠在短時(shí)間范圍內(nèi)迅速啟動(dòng)另一臺(tái)備用風(fēng)機(jī)，以充分同礦井安全運(yùn)行生產(chǎn)的要求相適應(yīng)。系統(tǒng)總共有以下三部分組成，首先便是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量級(jí)，其主要包括電量采集模塊、溫度巡檢儀以及變頻器等，其在實(shí)際應(yīng)用的過程中能夠科學(xué)有效地測(cè)量風(fēng)速、負(fù)壓、振動(dòng)以及電機(jī)溫度等主通風(fēng)系統(tǒng)重要參數(shù)，并且還能夠高質(zhì)量落實(shí)主通風(fēng)機(jī)變頻控制。其次便是基礎(chǔ)控制級(jí)，這一部門在整體的在線自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中有著至關(guān)重要的心和地位，其構(gòu)成包括以外網(wǎng)模塊、模擬量擴(kuò)展模塊等等，在實(shí)際應(yīng)用的過程中主要是根據(jù)程序算法的實(shí)際情況針對(duì)主通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)展開實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的監(jiān)控工作，并全方位采集各種關(guān)鍵參數(shù)，科學(xué)準(zhǔn)確的進(jìn)行數(shù)據(jù)分析以及處理工作。最后，監(jiān)控管理級(jí)則為系統(tǒng)人機(jī)交互的接口，主要包括監(jiān)控軟件和工控機(jī)幾部分，其關(guān)鍵功能在于能夠同下位機(jī)LPC實(shí)現(xiàn)通信數(shù)據(jù)交換，更加完整有效地對(duì)包括報(bào)表打印輸出、曲線顯示、存儲(chǔ)以及數(shù)據(jù)接收等進(jìn)行監(jiān)管工作。

3.3 硬件設(shè)計(jì)

3.3.1 供電系統(tǒng)

供電系統(tǒng)是礦井主通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中比較重要的組成部分，結(jié)合行業(yè)現(xiàn)行規(guī)定要求來看，礦井通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)需要采用獨(dú)立雙電源供電的形式，使得兩路進(jìn)線電源之間互為閉鎖，針對(duì)礦用一級(jí)負(fù)荷主回路不可以同其他負(fù)荷之間相連接。本文所研究的通風(fēng)系統(tǒng)，在供電系統(tǒng)方面所使用的為室外柜式一體化結(jié)構(gòu)。因?yàn)楝F(xiàn)有的煤礦規(guī)程要求其必須采用雙電源供電，所以對(duì)于低壓變電所來說，其供電雄所使用的單母線分段主接線結(jié)構(gòu)，所提供的電源是0.4kV。在主通風(fēng)機(jī)的供電系統(tǒng)中主要包括以下幾種設(shè)備，其中低壓配電柜包括兩路獨(dú)立電源，其來源于兩臺(tái)變壓器，能夠?qū)Ω邏簜?cè)的6kV電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)化，繼而形成低壓側(cè)的0.4kV電壓。在該配電系統(tǒng)中涉及到兩臺(tái)低壓進(jìn)線柜，其最主要的作用便是作為風(fēng)機(jī)電源進(jìn)線的總開關(guān)，對(duì)變壓器低壓側(cè)電源進(jìn)行接收。系統(tǒng)中的低壓配電可以為主風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行提供電源。兩臺(tái)變頻柜能夠高效控制主通風(fēng)的變頻調(diào)速，可以在變頻柜上展開各種手動(dòng)操作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)以及故障復(fù)位等功能，與此同時(shí)，工作人員還可以變頻柜上明確看到相應(yīng)的運(yùn)行指示以及故障報(bào)警等。在本文所述的主通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)中還實(shí)現(xiàn)了對(duì)于UPS不間斷電源的設(shè)置，其能夠有效為主通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)整體供電的持續(xù)性以及穩(wěn)定性提供充足的保障，其電源來源于兩路獨(dú)立電源，主要會(huì)在PCL控制柜中進(jìn)行安裝，為控制系統(tǒng)中的各種關(guān)鍵設(shè)備提供電源，具體包括控制柜插座、開關(guān)電源、溫度巡檢儀以及PLC控制器等等。

3.3.2 PLC控制系統(tǒng)

從本質(zhì)上來看PLC其實(shí)是一個(gè)自動(dòng)化控制裝置，其能夠有效適用于各種工業(yè)環(huán)境，所以目前PLC已經(jīng)廣泛應(yīng)用在了各種現(xiàn)代工業(yè)場(chǎng)景中，而在長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展過程中，PLC得到了極大程度上的優(yōu)化改善，至今為止其在適應(yīng)性以及穩(wěn)定性方面已經(jīng)有了較大的進(jìn)步，是當(dāng)前工控行業(yè)設(shè)計(jì)人員重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。本文所研究的礦井主通風(fēng)機(jī)始終處在礦井環(huán)境中，而其生產(chǎn)環(huán)境大多呈現(xiàn)出惡劣和復(fù)雜的特點(diǎn)，需要實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行，這便在極大程度上提高了其在主控制穩(wěn)定可靠性方面的要求，但PLC的優(yōu)勢(shì)能夠充分同其條件和要求相適應(yīng)?；诖?，本主礦井主通風(fēng)機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用PLC作為主控制器。

設(shè)計(jì)選用的PLC為SIMATIC S7-200系列，這一系列PLC最突出的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)便在于可靠性以及靈活度較高，與此同時(shí)，其在實(shí)際運(yùn)行的過程中不會(huì)產(chǎn)生過高的功耗，由于其體積較小，所以不會(huì)占用過大的空間。PLC是該礦井主通風(fēng)機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中最為關(guān)鍵與核心的部分，在PLC的基礎(chǔ)上能夠幫助監(jiān)控系統(tǒng)完成多樣化數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、運(yùn)算以及處理工作，同時(shí)還可以同上位機(jī)之間展開數(shù)據(jù)交換。PLC控制系統(tǒng)的構(gòu)成包括多個(gè)模塊，相關(guān)工作人員需要從系統(tǒng)功能在要求方面的差異性出發(fā)對(duì)各不相同的功能模塊進(jìn)行選擇。

3.3.3 變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)

相關(guān)研究人員需要先在仿真研究的基礎(chǔ)上對(duì)自適應(yīng)模糊PID控制技術(shù)進(jìn)行確定，接下來便可以針對(duì)變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)展開設(shè)計(jì)工作。本文在選定核心控制器之后便可以通過傳感器的應(yīng)用廣泛采集系統(tǒng)風(fēng)壓等相關(guān)參數(shù)，利用通信模塊為變頻器和控制器之間所開展的數(shù)據(jù)交流創(chuàng)造良好的條件，并基于上位機(jī)完整準(zhǔn)確地展現(xiàn)出風(fēng)機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)。

結(jié)合實(shí)際情況來看，程序在運(yùn)行過程中主要包含著兩種模式，其一是手動(dòng)模式，其二是自動(dòng)模式，手動(dòng)模式主要指的是操作人員在明確通風(fēng)機(jī)當(dāng)前運(yùn)行情況的基礎(chǔ)上根據(jù)需求合理切換系統(tǒng)，而自動(dòng)模式則更加強(qiáng)調(diào)控制器針對(duì)存在于分支風(fēng)道內(nèi)部風(fēng)速以及負(fù)壓所開展的監(jiān)控工作。研究人員在綜合考慮各方面影響因素的同時(shí)在現(xiàn)有程序的基礎(chǔ)上增設(shè)了平風(fēng)門以及立風(fēng)門，兩風(fēng)門處在互鎖的狀態(tài)，若是1號(hào)風(fēng)機(jī)中出現(xiàn)故障無法迅速投入運(yùn)行便可以啟動(dòng)2號(hào)風(fēng)機(jī)，此舉能夠在極大程度上降低風(fēng)流短路事故出現(xiàn)的可能性。當(dāng)風(fēng)機(jī)處在正常運(yùn)行狀態(tài)下時(shí)，控制器會(huì)按照標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，若是在采集風(fēng)量數(shù)值同標(biāo)準(zhǔn)值之間存在過大的差距，程序便會(huì)及時(shí)開展對(duì)于偏差的計(jì)算工作，最終明確變壓器頻率變動(dòng)只，與此同時(shí)，為了能夠進(jìn)一步提升其控制成效，閾值設(shè)定在±4Hz范圍內(nèi)，盡量減少由于調(diào)節(jié)過大所帶來的負(fù)面影響，高效開展風(fēng)機(jī)風(fēng)量變頻控制工作。研究人員應(yīng)當(dāng)科學(xué)進(jìn)行上位機(jī)的設(shè)計(jì)，人機(jī)界面可以完整地展現(xiàn)出人同系統(tǒng)交流的過程，其最主要的功能便在于顯示相關(guān)參數(shù)，與此同時(shí)，上位機(jī)可以存儲(chǔ)各種設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，例如變頻器、風(fēng)門以及風(fēng)機(jī)等等。

針對(duì)上位機(jī)而言，其組態(tài)系統(tǒng)總共有4部分所構(gòu)成，分別為網(wǎng)絡(luò)配置、報(bào)警設(shè)置、腳本程序以及畫面組態(tài)，畫面組態(tài)主要涉及到報(bào)警顯示、報(bào)表控制以及風(fēng)機(jī)運(yùn)行等界面。系統(tǒng)能夠根據(jù)風(fēng)量以及運(yùn)行狀態(tài)在時(shí)間推移中所呈現(xiàn)出的變化曲線繪制曲線，為后續(xù)所開展的對(duì)比研究提供相應(yīng)的參考。報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于多樣化復(fù)雜參數(shù)的合理監(jiān)測(cè)，具體包括風(fēng)機(jī)復(fù)壓、風(fēng)流量以及速度等等，結(jié)合實(shí)現(xiàn)所設(shè)定的閾值明確其報(bào)警范圍，一旦其所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)沒有處在正常的范圍之內(nèi)，系統(tǒng)便會(huì)及時(shí)發(fā)出警報(bào)，同時(shí)將故障燈亮起，以及時(shí)提醒工作人員。工作人員需要全面開展對(duì)于變頻控制系統(tǒng)的研究，根據(jù)事先所明確的給風(fēng)量進(jìn)行設(shè)定，向上位機(jī)組態(tài)軟件對(duì)風(fēng)量進(jìn)行輸入，進(jìn)而支撐系統(tǒng)的正常運(yùn)行。結(jié)合系統(tǒng)反饋的相關(guān)數(shù)據(jù)能夠發(fā)現(xiàn)，其頻率值是25.5Hz，當(dāng)控制器輸出頻率逐漸提升的過程中，風(fēng)量也會(huì)呈現(xiàn)出上升的狀態(tài)直到每分鐘7500立方米，但因?yàn)槠涿媾R一定滯后性，這便會(huì)使其風(fēng)量沒有處在給定值方位內(nèi)，進(jìn)而降低其所顯示的輸出頻率。當(dāng)風(fēng)量處在每分鐘7500立方米時(shí)，變頻器數(shù)值則會(huì)始終維持在25.5Hz，由此可見該風(fēng)機(jī)變頻系統(tǒng)的應(yīng)用能夠符合預(yù)期要求。

3.4 軟件設(shè)計(jì)

3.4.1 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

針對(duì)整體的控制系統(tǒng)而言，軟件程序在其中是至關(guān)重要的靈魂所在，直接關(guān)系到系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)更加安全可靠的運(yùn)行。在對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)之前，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)線全方位探究礦井主通風(fēng)系統(tǒng)的各方面控制要求以及具體的工藝過程，因?yàn)槠淇刂葡到y(tǒng)本身具有一定的復(fù)雜性，所以最終決定使用結(jié)構(gòu)化編程的方式針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的程序進(jìn)行編寫。

本系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)主要是根據(jù)結(jié)構(gòu)化編程的理念，對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)化分解，使其以諸多自控制系統(tǒng)模塊的形式呈現(xiàn)出來，主程序在執(zhí)行階段，僅僅是基于特定的邏輯實(shí)現(xiàn)度多樣化子系統(tǒng)程序塊的調(diào)用，繼而高效監(jiān)控礦井的主通風(fēng)系統(tǒng)，并采取相應(yīng)的控制措施，這種編程結(jié)構(gòu)有著更加清晰明確的特點(diǎn)，能夠在原有的基礎(chǔ)上節(jié)省在編程工組中所浪費(fèi)的時(shí)間，并且可以提升CPU處理效率。兩臺(tái)風(fēng)機(jī)分別采用自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式進(jìn)行控制，在使用手動(dòng)控制方式的過程中基本上是根據(jù)人工控制的流程，一旦礦機(jī)產(chǎn)生在編事故同樣需要使用手動(dòng)的控制模式。當(dāng)處在自動(dòng)控制模式下，工作人員需要對(duì)所要啟動(dòng)的風(fēng)機(jī)機(jī)型選擇，繼而進(jìn)入到風(fēng)門控制程序當(dāng)中，控制風(fēng)門的開關(guān)，接下倆便要對(duì)單雙級(jí)模式進(jìn)行選擇，從具體的風(fēng)量要求出發(fā)實(shí)現(xiàn)對(duì)于變頻器的啟動(dòng)。在啟動(dòng)完成之后便需要進(jìn)入到頻率給定程序當(dāng)中，結(jié)合實(shí)際情況對(duì)變頻器的運(yùn)行頻率進(jìn)行合理設(shè)定。針對(duì)變頻器當(dāng)前是否處在故障狀態(tài)展開監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)其存在故障，故障變自動(dòng)復(fù)位，如果不存在故障則變頻運(yùn)行。模擬量采集程序能夠獲取具體的風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)參數(shù)，并向上位機(jī)進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)對(duì)于風(fēng)機(jī)故障的精確判斷，如果不存在故障便進(jìn)行運(yùn)行，如果存在故障，則需要及時(shí)采用備用風(fēng)機(jī)，依然使用相同的控制流程對(duì)備用風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制。

3.4.2 系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì)

從本質(zhì)上來看，礦井生產(chǎn)的過程是動(dòng)態(tài)化的，而風(fēng)機(jī)風(fēng)量在生產(chǎn)過程中不可避免地會(huì)受到多方面因素的影響，無論是工作面位置變化、風(fēng)窗調(diào)節(jié)還是巷道布局等均會(huì)在一定程度上對(duì)固有的通風(fēng)阻力造成改變，一旦發(fā)生通風(fēng)阻力的變化便會(huì)使得其最佳工況點(diǎn)產(chǎn)生變化，在本系統(tǒng)中，為了能夠進(jìn)一步促進(jìn)風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率的提升，充分同井下風(fēng)量的實(shí)際要求相符合，采用了PID算法對(duì)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量進(jìn)行控制。現(xiàn)階段在工業(yè)控制領(lǐng)域經(jīng)常會(huì)應(yīng)用PID控制算法，其本質(zhì)上其實(shí)是一個(gè)閉環(huán)控制算法，在本系統(tǒng)中主要是采集采風(fēng)機(jī)入口風(fēng)量，繼而根據(jù)預(yù)設(shè)的目標(biāo)值同反饋的風(fēng)量進(jìn)行比較計(jì)算，這樣便可以方便工作人員對(duì)調(diào)節(jié)能否符合預(yù)期進(jìn)行合理判斷，如果沒有達(dá)成目標(biāo)便需要對(duì)其是正反饋還是負(fù)反饋進(jìn)行反饋，科學(xué)計(jì)算差值實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化調(diào)節(jié)，以充分滿足預(yù)先所設(shè)定的目標(biāo)。

工作人員需要針對(duì)偏差展開比例、積分以及微分計(jì)算，計(jì)算公式如下：

在上述公式中的K所表示的為比例增益，e(t)是反饋信號(hào)和給定信號(hào)之間的差值，T代表的是積分時(shí)間常數(shù)，而T則指的是微分時(shí)間常數(shù)。

4 結(jié)論

綜上所述，優(yōu)化開展自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作能夠有效提升礦井主通風(fēng)機(jī)的自動(dòng)化運(yùn)行效果。因此，相關(guān)研究人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)于自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用，科學(xué)進(jìn)行硬件和軟件的設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮出其自動(dòng)化調(diào)節(jié)的優(yōu)勢(shì)保障礦井生產(chǎn)環(huán)境的安全性。