基于MCGS的矿井风量测量仪的应用研究

李福龙

（阳煤集团新景公司， 山西 阳泉 045000）

引言

由于矿井地下条件复杂、工作条件恶劣，现有的风量风压测量装置在工作中普遍存在着对风量、风压监测数据偏差大、数据传输稳定性差的缺点，频繁造成对通风系统的误调节，给煤矿井下的通风安全造成了较大隐患，因此本文根据煤矿井下的通风特点和风量、风压通风测量要求，提出了一种基于MCGS的矿井风量风压测量设备，实现对矿井通风过程中总风量和风压的在线自动监测。

1 风量、风压自动监测原理

根据伯努利方程及流体的连续性方程分析可知，当流体在流动过程中，速度大时其静压较小、其流速小时静压又相应增大。因此在煤矿井下通风系统中即可利用该流体的分布规律，在风机扩散筒的两端截面上分别设置一个静压环，实现对两侧流体流动时静压的确定，其结构如图1所示。

在工作过程中，因为风量在流动时会产生一定的损耗，为了对损耗部分进行修正，因此可根据伯努利方程对其进行损耗量补偿，其可表示为[1]：

式中：p1为静压环1所测静压；ρ为空气密度；v1为通过截面1处的风速；p2为静压环2所测静压；v2为通过截面1处的风速；k为截面1和截面2之间的压强损失系数。

图1 静压环设置示意图

由连续性方程可知：

式中：A1为截面1处扩散管和消声器之间的面积；A2为截面1处扩散管和消声器之间的面积；Δp1-2为通过截面1处和截面2处的静压差。

由分析可知，系统中的静压差和空气在流动时的动压之间有着一定的比例关系，其比例系数即为气流的压强落差因数。因此只要在一个截面上设置风速传感仪然后根据式（3）即可获得通过该处的风速，以截面2处为例，其风速可表示为：

其风量f可表示为：

2 风量风压测量装置结构组成

基于MCGS的矿井风量测量装置的整体结构是以MCGS组态软件[3]为控制核心的系统，其硬件结构主要包括数据采集系统、显示系统、报警系统与数据输出系统等构成，其结构如下页图2所示。

在该测量装置中，其核心结构为数据采集和处理模块，其采用了加权均值理论和循环采集的方式进行工作，对截面1和截面2处的压差进行不间断的测量，其测定周期设定为50 ms，通过直接测定风压参数，然后通过传感器的数据运算获取风机的风量参数，其参数每隔1 s对其更新一次，同时对在该周期内的所有监测数据进行加权均值化处理，系统的风量的参数每隔5 s更新一次，最后将相应的参数进行加权均值化处理，通过系统不间断的监测、处理，实现对矿井风压、风量的不间断监测。

3 测量装置控制软件的设计

为了实现对监测装置采集的风量数据进行处理，本文提出了软件控制模块化的控制方案[4]，将不同模块功能进行明确任务划分，使相互之间具有一定的独立结构，然后通过一定的逻辑控制流程使各个软件模块相互连接，其控制逻辑如图3所示。

图3 风压风量测量装置软件控制流程

由该控制流程可知，系统工作初始，首先对其进行初始化处理，然后对通风系统的压力进行测定，将测定结果转换为模拟信号传输到MCGS组态软件中并对其进行计算，根据计算结果判定是否对通风系统的风量进行调整。而当风量小于系统设定的报警值时则会出发相应的报警信号，同时将数据监测结果显示到控制中心的显示屏幕上，以便于控制中心人员对其进行远程控制。

在该控制系统中，为了提升风量风压测量装置的抗干扰能力，在该测量装置中对算术平均值和滤波值进行滤波处理，首先对其变量值安装一定的逻辑顺序，然后取一个监测的中间变量值，获得一个均值平均数，可有效防止在监测过程中突然受到的脉冲或者电磁的干扰，确保监测的准确性。

4 结论

1）该测量装置以MCGS组态软件为控制核心，利用系统中的静压差和空气在流动时的动压之间有着一定的比例关系实现对风量和风压的测定。

2）测量中通过加权均值理论和循环采集的方式进行工作，确保数据监测的准确性和合理性。

3）软件控制系统采用了模块化控制方案，优化了控制逻辑，确保了数据采集流程的可靠性和数据处理的准确性。