矿用局部通风机远程监控系统应用分析

范贝贝

摘 要：近年来，随着我国社会经济的高速发展，工程建设也迎来了自己的发展高峰期，工程数量增长的趋势十分明显。目前矿用局部通风机的状态监测系统普遍通过电缆进行传输，但在部分矿井工作面难以实现，尤其是在恶劣的矿井环境中，无法满足部分地域的有线传输。由于矿用局部通风机监测参数数量较大，监测节点分布广泛，特别需要设计一种基于无线传感器网络的条件监测系统，无线传感器网络的应用可以消除传统电缆之间传输的不便。该系统旨在监测矿用局部通风机的运行情况，并提前进行预警。

关键词：矿用;局部通风机;远程监控系统;应用

引言

矿用局部通风机系统的主要任务是向井下运送新鲜空气，并控制井下有害气体、瓦斯及粉尘的浓度，如果矿用局部通风机系统发生故障，将会给井下生产作业带来严重的安全隐患。因此针对矿用局部通风机建立一套安全、可靠、智能的监测与控制系统对提高煤炭生产的效率和安全性具有重要意义。

1风机远程故障监测系统结构

1）局部通风机远程监控系统主要由地面控制系统、网络系统、PLC控制器、泡沫抑尘系统、故障监测系统以及降温装置等组成。2）地面控制系统主要包括上位机系统、显示器、信号接口等部分组成，控制系统主要对井下集控系统数据收集，具有打印报表、实时监控等功能。3）PLC控制器是整个系统控制核心，控制器分别与联锁开关、故障监测系统连接，主要用于数据收集、信号处理以及指令发送等动作。4）故障检测系统主要由各类传感器组成，主要包括粉尘浓度传感器、切换故障传感器、温度传感器等部分组成;粉尘浓度传感器安装在风机吸风口前方5.0m处，设定的粉尘质量浓度动作保护值为15mg/m³，切换故障传感器与原风机切换装置连接;温度传感器设定温度动作值为80℃，安装在风机电机与机罩之间。5）泡沫抑尘系统主要由电控液阀、泡沫生产器、旋转喷头等部分组成，电控液阀分别与联锁开关以及泡沫生产器连接，通过联锁开关控制可实现电控液压开关动作。6）降温装置主要安装在电机护罩壁上，通常采用风冷方式进行降温，该降温装置主要由5 kW驱动电机、供风管路等部分组成，降温装置与联锁开关连接。

2 PLC程序设计

基于模块化思想对软件程序进行设计，将整个在线监控系统的功能进行划分，针对不同的功能分别进行程序设计，这种设计思想不仅便于软件程序的实现，同时也有助于后期对程序的维护。通过模块化设计可以对需要采集的系统运行状态数据信息进行分类采集，并分类输出不同的结果。软件程序包含一个主程序和若干个子程序，通过主程序对子程序进行调取。软件开始运行后，系统通电首先对上周期运行的数据进行清零处理，为此次在线监控工作做好准备工作，然后开始程序的其他各项操作。另外，在局部通风机启动以后，还会调用FC95、FC100和FC105子程序，其主要作用是对局部通风机运行过程中涉及到的模拟量数据信号进行采集、逻辑比较、执行输出。

3传感器的介绍

①压力传感器。井下的环境比较艰苦，需要实时感知周围的空气压力，确保局部通风排气的正常进行。选择JQYB-A1型的气体压力传感器安置在局部通风机机房的周围，并外接24 V的电源为其供电，该传感器具有极性反相保护功能，而且抗干扰能力强，能够很好的适应井下的环境。②温度传感器。因为局部通风机需要长时间的将空气一直输送到矿井中，驱动电机和机轴等位置的温度会因为长时间的工作而持续升高，因此需要对这些部位的温度进行测量，避免温度过高，烧毁电机。将型号为PT100的温度传感器放置在机轴附近，并外接24 V的电源为其供电，同时连接一个热电偶。③振动传感器。局部通风机正常工作时，驱动电机会发生无规则的振动，如果振动的频率过大，会导致电机烧毁，还可能会破坏轴承，使得叶片变形，局部通风机也会因此损坏。所以，要选择灵敏度比较高的CD-21-S型振动传感器对电机的振动频率进行监测，确保在电机的振动速度加快时能够及时发现振动频率的变化。

4通信协议的应用

Z-堆栈的主要工作过程可分为系统启动、禁用所有中断、驱动程序初始化、OSAL初始化和启动、轮询任务等多个阶段。执行操作系统时，按优先级检查每个任务的准备情况，如果某些任务已准备就绪，OSAL將调用相应的事件处理程序来处理该事件，直到轮询并执行所有准备就绪的任务为止。根据IEEE802.15.4和ZigBee标准，将Z-Stack分为以下几层：API（应用程序编程接口）、HAL（硬件抽象层）、MAC（媒体Access控件）、NWK（ZigBee网络层）、OSAL（操作系统抽象系统）、安全、服务、ZDO（ZigBee设备对象）。其中，Z-Stack通过TI创建了HAL、MAC、NWK、OSAL、安全、服务和ZDO层。用户无需修改这些功能，只需要创建API层的自定义任务和事件处理程序即可。Z-Stack按任务轮询事件构成了“事件—任务—操作系统”的这样一种调度机制，操作系统负责调度多项任务，每个任务都包含多个事件。添加新任务的三个修改步骤如下：向任务初始化功能添加新任务osalInitTasks（）;向新任务中添加多个事件;为每个新创建的用户的任务添加两个相关的处理程序，即初始化处理程序和事件处理程序：APP_Init（）、APP_ProcessEvent（）。

5 KingView与接收器节点之间的通信程序

一般通过以下三种方法来实现通信：用户可以通过KingView驱动程序开发包开发自己的通信驱动程序，本方法适合专业制造商;用户可以通过DDE手段进行通信，但该方法更复杂，不太实时;而KingView提供了通用通信协议，具有相对简单、通信良好且实时的特点。因此，采用了第三种方法。首先需要设置通信端口的参数，然后根据通用通信协议的格式来定义KingView中的设备地址和寄存器。采用C语言的ASCII代码设计。根据通用通信协议，当KingView读取数据时，如果读取正常，CC2430为格式1，否则CC2430为格式2。同时将环境参数变化情况以有数据编译的形式，通过曲线图形展示给后台的技术管理人员，以对环境参数进行监测，从而有效地对矿用局部通风机的实时运行情况进行了展示。

6人机界面

对局部风机监控系统的PLC软件进行设计，首先对控制器的程序进行设定，程序包含着初始化程序、数据通讯程序、主备系统程序及报警程序等。系统的人机界面是人与系统交流的核心部件，设计将风机监控系统布置两个组态画面，其中一个作为监控组态画面，另一个为触摸屏的显示界面，用于只展示系统的扩展网络图、设备的运输状态及风机运行的各种参数。人机界面设置有报警查询界面，其不仅可以实现报警来源查询，还可以查询报警的时间，同时系统可以将振动报警、温度报警及其他报警形式进行分别管理。

结语

对局部通风机监控系统的设计与改进，目的是提高局部通风机监控系统的自动化控制水平，应用PLC可以实现对局部通风机正常倒机以及叶片角度的调节，实时记录局部通风机的运行状况，并且对突发故障做出及时的预警。提前预防局部通风机可能发生的故障，确保局部通风机长时间处于正常工作状态，才能保持井下煤炭生产的高效性。

参考文献

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[2]任彦峰.局部通风机监测监控及远程操作系统的设计与应用[J].机械管理开发，2021.

[3]李泽鹏.煤矿局部通风机瓦斯监控系统研究[J].煤炭科技，2021.