智能礦井通風安全監控系統設計與應用

王鳳舞

（臨洮農業學校，甘肅 定西 730500）

1 智能礦井通風安全監控系統硬件設計

1.1 控制器設計

對于控制器的設計，是用來實現監控系統各項功能的基礎，對于整個控制系統而言，首先要保證控制器的可靠性。由于礦井中的相關作業現場情況較為復雜，因此使用市面上已有的控制器連接到監控系統當中會出現很多問題[2]。因此本文設計出一種靈活性更強、成本更低的控制器，用于本文構建的監控系統中。根據硬件設計的思想對控制器進行設計，根據不同的功能和性能，將控制器劃分為多個不同功能的模塊，再將模塊之間按照一定規則進行組合，完成能夠滿足控制系統不同功能要求的控制器。

1.2 電路設計

在設計完控制器后，控制器的電路要按照“芯片～外部四周電路～基礎電路～功能電路”的順序依次進行連接。選用完全集成的混合信號片上的系統型電機控制芯片，選用100腳薄塑封四角扁平封裝，具備64個數字I/O引腳，且具備兼容的CIP51內核。CIP51指令能夠利用標準的編譯軟件和匯編軟件對軟件進行開發。該芯片能夠支持多種運算公式，且運算速率相對較高，外設豐富能夠滿足礦井生產環境中對控制器的開發，與其它同等類型的芯片相比價格低廉。

2 智能礦井通風安全監控系統軟件設計

上文對控制器的具體要求進行設計后，能夠保證系統硬件的基本實現，但是為了實現在礦井現場對通風機進行實時的監控功能，仍然需要對其軟件進行進一步的設計。

（1）下位機設計。圖1為下位機主要流程圖。下位機主要使用的是上文設計的控制器，主要功能是用于采集礦井現場各個通風參數，并將數據傳輸到上位機上。再接受上位機傳輸的控制指令轉送到各個執行機構中。根據通風效果的不同對通風設備進行模糊控制，以此滿足礦井作業對風量的要求。

圖1 下位機主要流程圖

本系統中的下位機設計主要是在單片機的程序上進行，利用電子集成驅動器實現，該驅動器是單片機上專用的開發平臺，具有設置斷點、單步運動、變量查詢以及程序下載等功能，同時還支持在線的仿真實驗，根據上文對硬件的選擇設計，自動生成相對應的配置代碼。

（2）上位機設計。利用VB對上位機軟件進行設計，VB是在Windows操作系統中的一個包含了事件驅動以及協助開發環境的程序設計語言。利用可視化的開發通行用戶界面完成對上位機的設計。上位機中的監控主要分為通風參數監視窗口、數據通訊、數據基本處理以及控制風機風量。通風參數監視窗口主要用于將上文設計的下文機中采集到的通風質量情況以及通風記得運行情況和相關參數進行存儲，并實時在監控顯示器上顯示。數據通訊主要負責由下文機接受數據信息傳遞到上位機以及服務器上，并下達控制指令。

數據運算處理是通過上位機對數據的讀取進行計算，并分析出此時礦井作業的通風需求，得到控制結論。直到通風機的風量是由上位機對下位機發出對應的指令要求，給出具體的風量目標數值。

（3）上位機監控設計。在對監控系統進行設計時，為了保證系統的易用性和可操作性，在設計的過程中要遵循突出重點、符合操作人員使用習慣等原則對上位機監控進行設計。上位機監控中主要包含控制操作界面、通風效果監控界面、參數設置界面、通風機運行監控界面、以太網通訊模塊、數據庫模塊、實時曲線查詢、故障和超限報警、歷史數據讀取。在監控界面中的需要進行監測的數據信息主要包括各個礦井工作區域的通風效果、區域風量、工作人員人數、作業環境的溫度、一氧化碳濃度以及粉塵濃度。控制模式主要可分為節能型和極速通風型。在兩種模式下，可以對通風量進行加強或減弱，但在節能型中不能對通風進行減弱，同樣，在極速通風型中也不能對通風進行加強。除了對通風效果進行監控外，還應當對風機的運行情況進行實時的監控。通風機的狀態會直接影響通風的效果，其監控數據包含風機的運行狀態、轉速、出風量、溫度、運行時間等。本文設計的上位機監控能夠對臺風機同時進行開關操作。在每一個基站中都包含了兩個風機，其中一臺作為備用，因此在顯示器上顯示為被使用的分析，隱藏未使用的風機。

3 實驗論證分析

利用本文設計的監控系統應用到實際的礦井作業當中，并驗證本文系統與傳統系統自動稀釋危險氣體的能力。將實驗分為三組，分別是在礦井采煤過程中、挖進過程中、以及根據前兩組實驗模擬出的極限情況的實驗測試。分別利用本文系統和傳統系統對三組作業過程中的通風情況進行監控。將實驗過程中的數據進行記錄，并繪制成如表1所示的實驗結果。

表1 實驗結果

通過實驗證明，本問系統與傳統系統相比，能夠在更短的時間內將危險氣體的濃度降低到正常范圍內，因此說明本文構建的智能礦井通風安全監控系統具有更好的自動稀釋危險氣體濃度的能力，且能夠為礦井作業的防災減災提供最佳的控制策略。

4 結語

智能化的通風安全監控系統將會是未來煤礦通風的必然趨勢。目前礦井作業中，以風定產、按需供風是急需解決的難題，同時落后的通風系統也將逐漸被淘汰。為礦井下的工作人員減少工作量、實現礦井通風量的智能監管和調控是礦井行業發展的必然選擇。