新型礦用通風(fēng)機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)的研究

趙文飛

【摘要】本文介紹了一種新型礦用通風(fēng)機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)，采用了集成了數(shù)模轉(zhuǎn)換功能的數(shù)字信號(hào)處理DSP芯片、光纖通信，變頻器等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)通風(fēng)機(jī)的實(shí)時(shí)無(wú)間隔監(jiān)控并具有報(bào)警功能，大大提高了通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，高效性，控制力。

【關(guān)鍵詞】通風(fēng)機(jī)智能監(jiān)控;DSP;光纖通信;變頻器

1.背景知識(shí)

現(xiàn)有的礦用通風(fēng)機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)（如圖1所示），主要是由現(xiàn)場(chǎng)傳感器/變送器儀表、信號(hào)采集/變送模塊、可編程邏輯控制器PLC、繼電器執(zhí)行機(jī)構(gòu)和上位監(jiān)控系統(tǒng)組成?，F(xiàn)場(chǎng)傳感器/變送器儀表將需要監(jiān)控的通風(fēng)機(jī)參數(shù)變?yōu)殡娦盘?hào)傳至信號(hào)采集/變送模塊，信號(hào)采集/變送模塊一般為A/D轉(zhuǎn)換器，主要是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)雙絞線把信號(hào)傳給可編程邏輯控制器PLC，由PLC完成邏輯處理和上位監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)雙絞線通信，一方面通過(guò)上位監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控通風(fēng)機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)，另一方面也可以通過(guò)繼電器執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)完成對(duì)通風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)，正反轉(zhuǎn)操作。

圖1 礦用通風(fēng)機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)

圖2 新型礦用通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)所采取的技術(shù)方案

現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)存在諸多不足之處，具體體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）系統(tǒng)實(shí)時(shí)性差：現(xiàn)有技術(shù)方案通過(guò)兩次雙絞線傳輸信號(hào)，由于傳輸延時(shí)造成系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制能力不足。

（2）監(jiān)控能力有限：現(xiàn)有的技術(shù)方案中主要使用可編程邏輯控制PLC，PLC相對(duì)與DSP運(yùn)算能力差。

（3）控制不夠靈活：現(xiàn)有的技術(shù)方案中主要使用繼電器執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)通風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制，一般只能控制通風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，停止，正反轉(zhuǎn)，不能靈活控制通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，改變通風(fēng)量，從而實(shí)現(xiàn)更多方面的控制。

由于現(xiàn)有技術(shù)的傳輸距離有限，多用于工程機(jī)和觸摸屏對(duì)通風(fēng)機(jī)的監(jiān)控，不利于同時(shí)監(jiān)控多臺(tái)通風(fēng)機(jī)，進(jìn)而搭建平臺(tái)級(jí)的通風(fēng)機(jī)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。

2.新型礦用通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

為解決上述問(wèn)題，本新型礦用通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)所采取的技術(shù)方案是（如圖2所示）：一種通風(fēng)機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)，包括信號(hào)采集模塊，風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)單元，光纖通訊模塊，中控機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控單元和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。信號(hào)采集模塊的輸出信號(hào)輸出給風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)單元、風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)單元將采集的風(fēng)機(jī)各種參數(shù)信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字化處理后，經(jīng)光纖通訊模塊傳送給中控機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控單元，進(jìn)行監(jiān)控，中控機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控單元將控制信號(hào)發(fā)送給風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)單元，由風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)單元輸出風(fēng)機(jī)控制信號(hào)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)單元是以DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊為核心的處理單元，其包括信號(hào)調(diào)理電路以及數(shù)字信號(hào)處理DSP模塊。

信號(hào)采集模塊包括電流采集模塊、電壓采集模塊、壓力采集模塊、溫度采集模塊、濕度采集模塊、風(fēng)速采集模塊，采用現(xiàn)場(chǎng)傳感器/變送器儀表等來(lái)實(shí)現(xiàn)，用于采集風(fēng)機(jī)的電流，電壓，空氣濕度，空氣溫度，大氣壓力，風(fēng)壓，風(fēng)量，軸承溫度等實(shí)時(shí)參數(shù)。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)為變頻器。

針對(duì)風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)的多樣性，風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)單元硬件設(shè)計(jì)上采用冗余設(shè)計(jì)：

（1）采集電機(jī)軸承溫度，硬件設(shè)計(jì)上留有紅外線測(cè)溫測(cè)量接口和PT100電阻式溫度測(cè)量接口?？梢愿鶕?jù)電機(jī)的實(shí)際情況，通過(guò)硬件上的撥碼開(kāi)關(guān)來(lái)設(shè)置采用何種方式。

（2）各監(jiān)控單元可以通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)置板號(hào)。并且使用軟件來(lái)檢測(cè)設(shè)置是否有重復(fù)。當(dāng)有重復(fù)設(shè)置時(shí)，報(bào)警指示。

（3）監(jiān)控單元留有普通電纜通信接口，在光纖通信故障時(shí)可以使用備用電纜通信接口。

本設(shè)計(jì)使用現(xiàn)場(chǎng)傳感器/變送器儀表模塊把關(guān)于通風(fēng)機(jī)的各種實(shí)時(shí)參數(shù)傳送至DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊，DSP數(shù)字信號(hào)處理模塊會(huì)將信號(hào)通過(guò)內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，并進(jìn)行邏輯處理，運(yùn)算。

DSP主要完成三項(xiàng)功能：

（1）把數(shù)據(jù)分別發(fā)送給上位監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示;

（2）把光纖數(shù)據(jù)發(fā)送至通訊板進(jìn)而傳給中控監(jiān)控模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控;

（3）根據(jù)通風(fēng)機(jī)的實(shí)時(shí)參數(shù)對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)做出調(diào)整，并把控制信號(hào)發(fā)送至變頻器控制機(jī)構(gòu)。

變頻器執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以根據(jù)接收的信號(hào)對(duì)通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)做出調(diào)整實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)的軟啟動(dòng)，風(fēng)葉制動(dòng)，正反轉(zhuǎn)快速切換，調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)的風(fēng)速風(fēng)量和風(fēng)壓等功能，從而使監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的對(duì)通風(fēng)機(jī)全方位的監(jiān)控。

光纖通訊模塊可以同時(shí)接收多個(gè)通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)通過(guò)光纖傳送給中控機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控單元，使得中控機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控單元可以同時(shí)遠(yuǎn)距離監(jiān)控多臺(tái)通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。

3.新型礦用通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：

集成了數(shù)模轉(zhuǎn)換功能的數(shù)字信號(hào)處理DSP芯片比傳統(tǒng)的可編程邏輯控制PLC具有更強(qiáng)大的CPU和存儲(chǔ)器，大大提高了監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)通風(fēng)機(jī)各實(shí)時(shí)參數(shù)的監(jiān)測(cè)能力，同時(shí)DSP的閉環(huán)控制能力也優(yōu)于PLC，使得監(jiān)控系統(tǒng)可以更及時(shí)的對(duì)通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)做出調(diào)整。另外本系統(tǒng)是將信號(hào)采集模塊的模擬信號(hào)直接傳給數(shù)字信號(hào)處理DSP模塊做處理的，省去了傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)將信號(hào)采集模塊的信號(hào)傳至A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)雙絞線把信號(hào)傳給PLC的處理過(guò)程，一定程度的減少了處理的復(fù)雜度，降低了傳輸時(shí)延，提高了處理的效率。

變頻器執(zhí)行機(jī)構(gòu)比傳統(tǒng)的繼電器執(zhí)行機(jī)構(gòu)更全面，更靈活的對(duì)通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，與數(shù)字信號(hào)處理DSP模塊的閉環(huán)控制能力完美的配合在一起可以實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)的軟啟動(dòng)，對(duì)風(fēng)機(jī)實(shí)施制動(dòng)從而減少正反轉(zhuǎn)切換時(shí)間，改變通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，恒定通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)壓、風(fēng)速、風(fēng)量以及在緊急情況下（如：井下起火），可快速加強(qiáng)通風(fēng)量，保證井下環(huán)境的安全。

光纖傳輸距離遠(yuǎn)，速度快，誤碼率低可以實(shí)時(shí)的把通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)傳送至幾千米以外的地方，而光纖通訊模塊可以把多路光纖的信號(hào)集合后傳送給中控機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了多時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控多個(gè)通風(fēng)機(jī)的通風(fēng)機(jī)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。就長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來(lái)看本系統(tǒng)可以非常方便在多個(gè)通風(fēng)機(jī)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)之間實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)級(jí)的通風(fēng)機(jī)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。

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