煤礦風(fēng)量在線監(jiān)測系統(tǒng)研制

燕憲軍

摘要：本系統(tǒng)通過動壓傳感器、靜壓傳感器、全壓傳感器測量出煤礦井下的動壓、靜壓、全壓、風(fēng)速等三個參數(shù)計算出風(fēng)量參數(shù)，通過組態(tài)王軟件將風(fēng)量、風(fēng)壓數(shù)據(jù)顯示在屏幕上，同時動態(tài)顯示風(fēng)機的運行情況，更加直觀易懂人性化。

關(guān)鍵詞：在線監(jiān)測；傳感器；組態(tài)王；工控機

中圖法分類號：A 文獻標(biāo)志碼：A

煤炭是我國的重要能源之一。通風(fēng)系統(tǒng)是煤礦作業(yè)的重要組成部分，保障了礦下安全生產(chǎn)。然而，隨著煤礦不斷開采，擴大區(qū)域以及通風(fēng)難度的加大，先前的通風(fēng)系統(tǒng)不適應(yīng)當(dāng)前礦井生產(chǎn)的情況，不僅影響了礦井的生產(chǎn)和安全，還影響井下工人的身體健康。因此，在線監(jiān)測礦井通風(fēng)系統(tǒng)是礦井安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，對井下安全生產(chǎn)起著重要作用。目前國內(nèi)的煤礦通風(fēng)系統(tǒng)發(fā)展的比較完善，卻依然需要繼續(xù)發(fā)展。本系統(tǒng)中采用風(fēng)量、風(fēng)壓傳感器測量的數(shù)據(jù)，通過計算風(fēng)量和風(fēng)壓，經(jīng)過與臨界值比較后來判斷是否需要調(diào)節(jié)風(fēng)機。

1 系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)可以由傳感器測得風(fēng)機的動壓、靜壓、全壓，通過數(shù)據(jù)計算和畫面顯示使工作人員實時可以在監(jiān)控畫面上觀察到參數(shù)，如果發(fā)現(xiàn)參數(shù)不正常，報警燈亮，工作人員也能及時收到信息采取措施。

1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

風(fēng)量在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由監(jiān)測中心、1號風(fēng)機風(fēng)量采集站、2號風(fēng)機風(fēng)量采集站以及動壓、靜壓、全壓傳感器等器件組成，如下圖1所示。除了必備的設(shè)備，配套的設(shè)備也是需要的，主要有數(shù)據(jù)傳輸接口（RS485轉(zhuǎn)RS232）、電力參數(shù)采集模塊（監(jiān)測電流、電壓、風(fēng)量等數(shù)據(jù)）、開關(guān)電源、組態(tài)王軟件、取壓頭（靜壓取壓頭、風(fēng)壓軟管、軟管接頭等）、RS485芯線等。

1.2系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)可以實時在線監(jiān)測動壓、靜壓、全壓、風(fēng)量、風(fēng)壓等的監(jiān)測數(shù)據(jù)，不僅可以實時觀察1號風(fēng)機和2號風(fēng)機的風(fēng)量、參數(shù)，還可以通過歷史報表對過往數(shù)據(jù)進行分析，通過歷史數(shù)據(jù)對整個張雙樓通風(fēng)系統(tǒng)進行安全評估。當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，報警系統(tǒng)被觸發(fā)，界面上報警燈亮。當(dāng)一號風(fēng)機運行時，畫面上1號模擬風(fēng)機閃爍，當(dāng)二號風(fēng)機運行時，畫面上2號模擬風(fēng)機閃爍。

2 參數(shù)與計算

由傳感器測得參數(shù)有動壓、靜壓、全壓。

所謂靜壓就是流體施加於器具表面且與表面垂直的力，在風(fēng)機中一般是由於重力與風(fēng)扇之推動所造成，且可以直接經(jīng)過量測取得。而在風(fēng)機之風(fēng)管中，任何方向之靜壓值皆為定值且也有正負(fù)之分，若靜壓值為正則表示風(fēng)管目前正被脹大，若靜壓值為負(fù)則表示風(fēng)管目前正受擠壓。

所謂動壓就是流體在風(fēng)管內(nèi)流動之速度所形成之壓力。

所謂全壓就是靜壓與動壓之和，在風(fēng)機中全壓值是屬固定，并不會因風(fēng)管縮管而產(chǎn)生變化。

風(fēng)量運算的伯努利方程如下：

測量風(fēng)量：多點測量風(fēng)速，求得平均風(fēng)速后即可計算風(fēng)量 。

3 上位機設(shè)計

本系統(tǒng)使用組態(tài)王軟件讀取傳感器的數(shù)據(jù)，首先建立一個模擬PLC，設(shè)置的地址與傳感器一致，建立組態(tài)王與傳感器的連接，接著設(shè)置一個變量選擇，正確的傳感器寄存器的地址，由此得到數(shù)據(jù)。在組態(tài)王面上分別建立畫面，考慮到設(shè)計報警系統(tǒng)、歷史報表查詢、查詢系統(tǒng)框圖等功能，選擇用建立多個畫面并在監(jiān)控中心主畫面中設(shè)置按鈕與其他畫面連接。

組態(tài)王的編程方法類似于C語言編程，首先要在數(shù)據(jù)詞典中設(shè)置多個變量，分別對應(yīng)動壓、靜壓、全壓，傳感器測得的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后，再運用風(fēng)量的計算方法將風(fēng)量數(shù)據(jù)表示出來，再賦值給畫面中的模擬量，顯示出數(shù)據(jù)。

4 現(xiàn)場調(diào)試

張雙樓煤礦，傳感器安裝位置為抽風(fēng)側(cè)，風(fēng)是往管道里吸的，全壓和負(fù)壓傳感器的皮托管均接于負(fù)側(cè)。動壓傳感器兩根皮托管，正極皮托管靠左側(cè)（迎風(fēng)側(cè)），負(fù)極靠右側(cè)（背風(fēng)側(cè)）。動壓傳感器與全壓傳感器通過一個三角管連通。

打開組態(tài)王進入仿真模式，界面顯示正常，輸入密碼后，進入監(jiān)控界面，接著打開后臺，設(shè)備通訊也正常，收到數(shù)據(jù)后，點開設(shè)置報警值，設(shè)置上限低于顯示數(shù)據(jù)的數(shù)值后，報警燈亮，設(shè)置下限高于顯示數(shù)據(jù)的數(shù)值，報警燈亮。由此報警系統(tǒng)正常。接著點開歷史報表，表格內(nèi)數(shù)據(jù)正確。

經(jīng)過測試整個系統(tǒng)功能都可以實現(xiàn)，在張雙樓煤礦內(nèi)成功調(diào)試。

5 結(jié)束語

本系統(tǒng)經(jīng)過在實驗室的長期調(diào)試，可以達(dá)到不錯的效果，成功后在張雙樓東風(fēng)井和西風(fēng)井進行現(xiàn)場調(diào)試，也同樣取得了成功。整個系統(tǒng)直接使用先進、精度高的傳感器，用組態(tài)王軟件獲得傳感器數(shù)據(jù)，實時監(jiān)控，運行非常穩(wěn)定，測得的風(fēng)壓和風(fēng)量數(shù)據(jù)十分精確，除了風(fēng)壓和風(fēng)量整個系統(tǒng)還可以測量電流、電壓。定期對設(shè)備進行維修，降低整個系統(tǒng)的安全隱患，提高了煤礦的自動化水平，為以后的煤礦自動化的發(fā)展提供一定的依據(jù)。

參考文獻

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（作者單位：江蘇徐礦能源股份有限公司張雙樓煤礦）