新型礦用通風機智能監控系統的研究

趙文飛

【摘要】本文介紹了一種新型礦用通風機智能監控系統，采用了集成了數模轉換功能的數字信號處理DSP芯片、光纖通信，變頻器等技術，實現了對通風機的實時無間隔監控并具有報警功能，大大提高了通風機監控系統的實時性，高效性，控制力。

【關鍵詞】通風機智能監控;DSP;光纖通信;變頻器

1.背景知識

現有的礦用通風機的監控系統（如圖1所示），主要是由現場傳感器/變送器儀表、信號采集/變送模塊、可編程邏輯控制器PLC、繼電器執行機構和上位監控系統組成。現場傳感器/變送器儀表將需要監控的通風機參數變為電信號傳至信號采集/變送模塊，信號采集/變送模塊一般為A/D轉換器，主要是把模擬信號轉換為數字信號，通過雙絞線把信號傳給可編程邏輯控制器PLC，由PLC完成邏輯處理和上位監控系統通過雙絞線通信，一方面通過上位監控系統實時監控通風機的各項參數，另一方面也可以通過繼電器執行機構自動完成對通風機的啟動，正反轉操作。

圖1 礦用通風機的監控系統

圖2 新型礦用通風機監控系統所采取的技術方案

現有的監控系統存在諸多不足之處，具體體現在以下幾方面：

（1）系統實時性差：現有技術方案通過兩次雙絞線傳輸信號，由于傳輸延時造成系統的實時控制能力不足。

（2）監控能力有限：現有的技術方案中主要使用可編程邏輯控制PLC，PLC相對與DSP運算能力差。

（3）控制不夠靈活：現有的技術方案中主要使用繼電器執行機構對通風機進行控制，一般只能控制通風機啟動，停止，正反轉，不能靈活控制通風機的轉速，改變通風量，從而實現更多方面的控制。

由于現有技術的傳輸距離有限，多用于工程機和觸摸屏對通風機的監控，不利于同時監控多臺通風機，進而搭建平臺級的通風機監控網絡。

2.新型礦用通風機監控系統的設計

為解決上述問題，本新型礦用通風機監控系統所采取的技術方案是（如圖2所示）：一種通風機智能監控系統，包括信號采集模塊，風機監測單元，光纖通訊模塊，中控機遠程監控單元和執行機構。信號采集模塊的輸出信號輸出給風機監測單元、風機監測單元將采集的風機各種參數信號經過數字化處理后，經光纖通訊模塊傳送給中控機遠程監控單元，進行監控，中控機遠程監控單元將控制信號發送給風機監測單元，由風機監測單元輸出風機控制信號給執行機構。

風機監測單元是以DSP數字信號處理模塊為核心的處理單元，其包括信號調理電路以及數字信號處理DSP模塊。

信號采集模塊包括電流采集模塊、電壓采集模塊、壓力采集模塊、溫度采集模塊、濕度采集模塊、風速采集模塊，采用現場傳感器/變送器儀表等來實現，用于采集風機的電流，電壓，空氣濕度，空氣溫度，大氣壓力，風壓，風量，軸承溫度等實時參數。

執行機構為變頻器。

針對風機現場的多樣性，風機監測單元硬件設計上采用冗余設計：

（1）采集電機軸承溫度，硬件設計上留有紅外線測溫測量接口和PT100電阻式溫度測量接口。可以根據電機的實際情況，通過硬件上的撥碼開關來設置采用何種方式。

（2）各監控單元可以通過撥碼開關設置板號。并且使用軟件來檢測設置是否有重復。當有重復設置時，報警指示。

（3）監控單元留有普通電纜通信接口，在光纖通信故障時可以使用備用電纜通信接口。

本設計使用現場傳感器/變送器儀表模塊把關于通風機的各種實時參數傳送至DSP數字信號處理模塊，DSP數字信號處理模塊會將信號通過內置A/D轉換變為數字信號，并進行邏輯處理，運算。

DSP主要完成三項功能：

（1）把數據分別發送給上位監控系統進行實時顯示;

（2）把光纖數據發送至通訊板進而傳給中控監控模塊實現遠程監控;

（3）根據通風機的實時參數對其運行狀態做出調整，并把控制信號發送至變頻器控制機構。

變頻器執行機構可以根據接收的信號對通風機的運行狀態做出調整實現通風機的軟啟動，風葉制動，正反轉快速切換，調節通風機的風速風量和風壓等功能，從而使監控系統可以實現的對通風機全方位的監控。

光纖通訊模塊可以同時接收多個通風機監控系統的實時數據，并把數據通過光纖傳送給中控機遠程監控單元，使得中控機遠程監控單元可以同時遠距離監控多臺通風機的運行狀態，實現通風機監控網絡。

3.新型礦用通風機監控系統的優勢

采用上述技術方案所產生的有益效果在于：

集成了數模轉換功能的數字信號處理DSP芯片比傳統的可編程邏輯控制PLC具有更強大的CPU和存儲器，大大提高了監控系統對通風機各實時參數的監測能力，同時DSP的閉環控制能力也優于PLC，使得監控系統可以更及時的對通風機的運行狀態做出調整。另外本系統是將信號采集模塊的模擬信號直接傳給數字信號處理DSP模塊做處理的，省去了傳統監控系統將信號采集模塊的信號傳至A/D轉換器，A/D轉換器把模擬信號轉換為數字信號，通過雙絞線把信號傳給PLC的處理過程，一定程度的減少了處理的復雜度，降低了傳輸時延，提高了處理的效率。

變頻器執行機構比傳統的繼電器執行機構更全面，更靈活的對通風機的運行狀態進行調整，與數字信號處理DSP模塊的閉環控制能力完美的配合在一起可以實現對通風機的軟啟動，對風機實施制動從而減少正反轉切換時間，改變通風機的轉速，恒定通風系統的風壓、風速、風量以及在緊急情況下（如：井下起火），可快速加強通風量，保證井下環境的安全。

光纖傳輸距離遠，速度快，誤碼率低可以實時的把通風機的運行參數傳送至幾千米以外的地方，而光纖通訊模塊可以把多路光纖的信號集合后傳送給中控機監控系統，實現了多時遠程監控多個通風機的通風機監控網絡。就長遠發展來看本系統可以非常方便在多個通風機監控網絡之間實現互聯互通，實現平臺級的通風機監控網絡。

參考文獻

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