智能矿井通风安全监控系统设计与应用

王凤舞

（临洮农业学校，甘肃 定西 730500）

1 智能矿井通风安全监控系统硬件设计

1.1 控制器设计

对于控制器的设计，是用来实现监控系统各项功能的基础，对于整个控制系统而言，首先要保证控制器的可靠性。由于矿井中的相关作业现场情况较为复杂，因此使用市面上已有的控制器连接到监控系统当中会出现很多问题[2]。因此本文设计出一种灵活性更强、成本更低的控制器，用于本文构建的监控系统中。根据硬件设计的思想对控制器进行设计，根据不同的功能和性能，将控制器划分为多个不同功能的模块，再将模块之间按照一定规则进行组合，完成能够满足控制系统不同功能要求的控制器。

1.2 电路设计

在设计完控制器后，控制器的电路要按照“芯片～外部四周电路～基础电路～功能电路”的顺序依次进行连接。选用完全集成的混合信号片上的系统型电机控制芯片，选用100脚薄塑封四角扁平封装，具备64个数字I/O引脚，且具备兼容的CIP51内核。CIP51指令能够利用标准的编译软件和汇编软件对软件进行开发。该芯片能够支持多种运算公式，且运算速率相对较高，外设丰富能够满足矿井生产环境中对控制器的开发，与其它同等类型的芯片相比价格低廉。

2 智能矿井通风安全监控系统软件设计

上文对控制器的具体要求进行设计后，能够保证系统硬件的基本实现，但是为了实现在矿井现场对通风机进行实时的监控功能，仍然需要对其软件进行进一步的设计。

（1）下位机设计。图1为下位机主要流程图。下位机主要使用的是上文设计的控制器，主要功能是用于采集矿井现场各个通风参数，并将数据传输到上位机上。再接受上位机传输的控制指令转送到各个执行机构中。根据通风效果的不同对通风设备进行模糊控制，以此满足矿井作业对风量的要求。

图1 下位机主要流程图

本系统中的下位机设计主要是在单片机的程序上进行，利用电子集成驱动器实现，该驱动器是单片机上专用的开发平台，具有设置断点、单步运动、变量查询以及程序下载等功能，同时还支持在线的仿真实验，根据上文对硬件的选择设计，自动生成相对应的配置代码。

（2）上位机设计。利用VB对上位机软件进行设计，VB是在Windows操作系统中的一个包含了事件驱动以及协助开发环境的程序设计语言。利用可视化的开发通行用户界面完成对上位机的设计。上位机中的监控主要分为通风参数监视窗口、数据通讯、数据基本处理以及控制风机风量。通风参数监视窗口主要用于将上文设计的下文机中采集到的通风质量情况以及通风记得运行情况和相关参数进行存储，并实时在监控显示器上显示。数据通讯主要负责由下文机接受数据信息传递到上位机以及服务器上，并下达控制指令。

数据运算处理是通过上位机对数据的读取进行计算，并分析出此时矿井作业的通风需求，得到控制结论。直到通风机的风量是由上位机对下位机发出对应的指令要求，给出具体的风量目标数值。

（3）上位机监控设计。在对监控系统进行设计时，为了保证系统的易用性和可操作性，在设计的过程中要遵循突出重点、符合操作人员使用习惯等原则对上位机监控进行设计。上位机监控中主要包含控制操作界面、通风效果监控界面、参数设置界面、通风机运行监控界面、以太网通讯模块、数据库模块、实时曲线查询、故障和超限报警、历史数据读取。在监控界面中的需要进行监测的数据信息主要包括各个矿井工作区域的通风效果、区域风量、工作人员人数、作业环境的温度、一氧化碳浓度以及粉尘浓度。控制模式主要可分为节能型和极速通风型。在两种模式下，可以对通风量进行加强或减弱，但在节能型中不能对通风进行减弱，同样，在极速通风型中也不能对通风进行加强。除了对通风效果进行监控外，还应当对风机的运行情况进行实时的监控。通风机的状态会直接影响通风的效果，其监控数据包含风机的运行状态、转速、出风量、温度、运行时间等。本文设计的上位机监控能够对台风机同时进行开关操作。在每一个基站中都包含了两个风机，其中一台作为备用，因此在显示器上显示为被使用的分析，隐藏未使用的风机。

3 实验论证分析

利用本文设计的监控系统应用到实际的矿井作业当中，并验证本文系统与传统系统自动稀释危险气体的能力。将实验分为三组，分别是在矿井采煤过程中、挖进过程中、以及根据前两组实验模拟出的极限情况的实验测试。分别利用本文系统和传统系统对三组作业过程中的通风情况进行监控。将实验过程中的数据进行记录，并绘制成如表1所示的实验结果。

表1 实验结果

通过实验证明，本问系统与传统系统相比，能够在更短的时间内将危险气体的浓度降低到正常范围内，因此说明本文构建的智能矿井通风安全监控系统具有更好的自动稀释危险气体浓度的能力，且能够为矿井作业的防灾减灾提供最佳的控制策略。

4 结语

智能化的通风安全监控系统将会是未来煤矿通风的必然趋势。目前矿井作业中，以风定产、按需供风是急需解决的难题，同时落后的通风系统也将逐渐被淘汰。为矿井下的工作人员减少工作量、实现矿井通风量的智能监管和调控是矿井行业发展的必然选择。