基于MCGS的礦井風量測量儀的應用研究

李福龍

（陽煤集團新景公司， 山西 陽泉 045000）

引言

由于礦井地下條件復雜、工作條件惡劣，現(xiàn)有的風量風壓測量裝置在工作中普遍存在著對風量、風壓監(jiān)測數(shù)據(jù)偏差大、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性差的缺點，頻繁造成對通風系統(tǒng)的誤調(diào)節(jié)，給煤礦井下的通風安全造成了較大隱患，因此本文根據(jù)煤礦井下的通風特點和風量、風壓通風測量要求，提出了一種基于MCGS的礦井風量風壓測量設(shè)備，實現(xiàn)對礦井通風過程中總風量和風壓的在線自動監(jiān)測。

1 風量、風壓自動監(jiān)測原理

根據(jù)伯努利方程及流體的連續(xù)性方程分析可知，當流體在流動過程中，速度大時其靜壓較小、其流速小時靜壓又相應增大。因此在煤礦井下通風系統(tǒng)中即可利用該流體的分布規(guī)律，在風機擴散筒的兩端截面上分別設(shè)置一個靜壓環(huán)，實現(xiàn)對兩側(cè)流體流動時靜壓的確定，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在工作過程中，因為風量在流動時會產(chǎn)生一定的損耗，為了對損耗部分進行修正，因此可根據(jù)伯努利方程對其進行損耗量補償，其可表示為[1]：

式中：p1為靜壓環(huán)1所測靜壓；ρ為空氣密度；v1為通過截面1處的風速；p2為靜壓環(huán)2所測靜壓；v2為通過截面1處的風速；k為截面1和截面2之間的壓強損失系數(shù)。

圖1 靜壓環(huán)設(shè)置示意圖

由連續(xù)性方程可知：

式中：A1為截面1處擴散管和消聲器之間的面積；A2為截面1處擴散管和消聲器之間的面積；Δp1-2為通過截面1處和截面2處的靜壓差。

由分析可知，系統(tǒng)中的靜壓差和空氣在流動時的動壓之間有著一定的比例關(guān)系，其比例系數(shù)即為氣流的壓強落差因數(shù)。因此只要在一個截面上設(shè)置風速傳感儀然后根據(jù)式（3）即可獲得通過該處的風速，以截面2處為例，其風速可表示為：

其風量f可表示為：

2 風量風壓測量裝置結(jié)構(gòu)組成

基于MCGS的礦井風量測量裝置的整體結(jié)構(gòu)是以MCGS組態(tài)軟件[3]為控制核心的系統(tǒng)，其硬件結(jié)構(gòu)主要包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、報警系統(tǒng)與數(shù)據(jù)輸出系統(tǒng)等構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如下頁圖2所示。

在該測量裝置中，其核心結(jié)構(gòu)為數(shù)據(jù)采集和處理模塊，其采用了加權(quán)均值理論和循環(huán)采集的方式進行工作，對截面1和截面2處的壓差進行不間斷的測量，其測定周期設(shè)定為50 ms，通過直接測定風壓參數(shù)，然后通過傳感器的數(shù)據(jù)運算獲取風機的風量參數(shù)，其參數(shù)每隔1 s對其更新一次，同時對在該周期內(nèi)的所有監(jiān)測數(shù)據(jù)進行加權(quán)均值化處理，系統(tǒng)的風量的參數(shù)每隔5 s更新一次，最后將相應的參數(shù)進行加權(quán)均值化處理，通過系統(tǒng)不間斷的監(jiān)測、處理，實現(xiàn)對礦井風壓、風量的不間斷監(jiān)測。

3 測量裝置控制軟件的設(shè)計

為了實現(xiàn)對監(jiān)測裝置采集的風量數(shù)據(jù)進行處理，本文提出了軟件控制模塊化的控制方案[4]，將不同模塊功能進行明確任務(wù)劃分，使相互之間具有一定的獨立結(jié)構(gòu)，然后通過一定的邏輯控制流程使各個軟件模塊相互連接，其控制邏輯如圖3所示。

圖3 風壓風量測量裝置軟件控制流程

由該控制流程可知，系統(tǒng)工作初始，首先對其進行初始化處理，然后對通風系統(tǒng)的壓力進行測定，將測定結(jié)果轉(zhuǎn)換為模擬信號傳輸?shù)組CGS組態(tài)軟件中并對其進行計算，根據(jù)計算結(jié)果判定是否對通風系統(tǒng)的風量進行調(diào)整。而當風量小于系統(tǒng)設(shè)定的報警值時則會出發(fā)相應的報警信號，同時將數(shù)據(jù)監(jiān)測結(jié)果顯示到控制中心的顯示屏幕上，以便于控制中心人員對其進行遠程控制。

在該控制系統(tǒng)中，為了提升風量風壓測量裝置的抗干擾能力，在該測量裝置中對算術(shù)平均值和濾波值進行濾波處理，首先對其變量值安裝一定的邏輯順序，然后取一個監(jiān)測的中間變量值，獲得一個均值平均數(shù)，可有效防止在監(jiān)測過程中突然受到的脈沖或者電磁的干擾，確保監(jiān)測的準確性。

4 結(jié)論

1）該測量裝置以MCGS組態(tài)軟件為控制核心，利用系統(tǒng)中的靜壓差和空氣在流動時的動壓之間有著一定的比例關(guān)系實現(xiàn)對風量和風壓的測定。

2）測量中通過加權(quán)均值理論和循環(huán)采集的方式進行工作，確保數(shù)據(jù)監(jiān)測的準確性和合理性。

3）軟件控制系統(tǒng)采用了模塊化控制方案，優(yōu)化了控制邏輯，確保了數(shù)據(jù)采集流程的可靠性和數(shù)據(jù)處理的準確性。