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、風壓監測數據偏差大、數據傳輸穩定性差的缺點，頻繁造成對通風系統的誤調節，給煤礦井下的通風安全造成了較大隱患，因此本文根據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備，實現對礦井通風過程中總風量和風壓的在線自動監測。

1 風量、風壓自動監測原理

根據伯努利方程及流體的連續性方程分析可知，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中即可利用該流體的分布規律，在風機擴散筒的兩端截面上分別設置一個靜壓環，實現對兩側流體流動時靜壓的確定，其結構如圖1所示。

在工作過程中，因為風量在流動時會產生一定的損耗，為了對損耗部分進行修正，因此可根據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。

圖1 靜壓環設置示意圖

由連續性方程可知：

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系，其比例系數即為氣流的壓強落差因數。因此只要在一個截面上設置風速傳感儀然后根據式（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構組成

基于MCGS的礦井風量測量裝置的整體結構是以MCGS組態軟件[3]為控制核心的系統，其硬件結構主要包括數據采集系統、顯示系統、報警系統與數據輸出系統等構成，其結構如下頁圖2所示。

在該測量裝置中，其核心結構為數據采集和處理模塊，其采用了加權均值理論和循環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，其測定周期設定為50 ms，通過直接測定風壓參數，然后通過傳感器的數據運算獲取風機的風量參數，其參數每隔1 s對其更新一次，同時對在該周期內的所有監測數據進行加權均值化處理，系統的風量的參數每隔5 s更新一次，最后將相應的參數進行加權均值化處理，通過系統不間斷的監測、處理，實現對礦井風壓、風量的不間斷監測。

3 測量裝置控制軟件的設計

為了實現對監測裝置采集的風量數據進行處理，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劃分，使相互之間具有一定的獨立結構，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，系統工作初始，首先對其進行初始化處理，然后對通風系統的壓力進行測定，將測定結果轉換為模擬信號傳輸到MCGS組態軟件中并對其進行計算，根據計算結果判定是否對通風系統的風量進行調整。而當風量小于系統設定的報警值時則會出發相應的報警信號，同時將數據監測結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，然后取一個監測的中間變量值，獲得一個均值平均數，可有效防止在監測過程中突然受到的脈沖或者電磁的干擾，確保監測的準確性。

4 結論

1）該測量裝置以MCGS組態軟件為控制核心，利用系統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系實現對風量和風壓的測定。

2）測量中通過加權均值理論和循環采集的方式進行工作，確保數據監測的準確性和合理性。

3）軟件控制系統采用了模塊化控制方案，優化了控制邏輯，確保了數據采集流程的可靠性和數據處理的準確性。