趙文飛

【摘要】本文介紹了一種新型礦用通風機智能監(jiān)控系統(tǒng)，采用了集成了數(shù)模轉換功能的數(shù)字信號處理DSP芯片、光纖通信，變頻器等技術，實現(xiàn)了對通風機的實時無間隔監(jiān)控并具有報警功能，大大提高了通風機監(jiān)控系統(tǒng)的實時性，高效性，控制力。

【關鍵詞】通風機智能監(jiān)控;DSP;光纖通信;變頻器

1.背景知識

現(xiàn)有的礦用通風機的監(jiān)控系統(tǒng)（如圖1所示），主要是由現(xiàn)場傳感器/變送器儀表、信號采集/變送模塊、可編程邏輯控制器PLC、繼電器執(zhí)行機構和上位監(jiān)控系統(tǒng)組成。現(xiàn)場傳感器/變送器儀表將需要監(jiān)控的通風機參數(shù)變?yōu)殡娦盘杺髦列盘柌杉?變送模塊，信號采集/變送模塊一般為A/D轉換器，主要是把模擬信號轉換為數(shù)字信號，通過雙絞線把信號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)通過雙絞線通信，一方面通過上位監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)控通風機的各項參數(shù)，另一方面也可以通過繼電器執(zhí)行機構自動完成對通風機的啟動，正反轉操作。

圖1 礦用通風機的監(jiān)控系統(tǒng)

圖2 新型礦用通風機監(jiān)控系統(tǒng)所采取的技術方案

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)實時性差：現(xiàn)有技術方案通過兩次雙絞線傳輸信號，由于傳輸延時造成系統(tǒng)的實時控制能力不足。

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

（3）控制不夠靈活：現(xiàn)有的技術方案中主要使用繼電器執(zhí)行機構對通風機進行控制，一般只能控制通風機啟動，停止，正反轉，不能靈活控制通風機的轉速，改變通風量，從而實現(xiàn)更多方面的控制。

由于現(xiàn)有技術的傳輸距離有限，多用于工程機和觸摸屏對通風機的監(jiān)控，不利于同時監(jiān)控多臺通風機，進而搭建平臺級的通風機監(jiān)控網(wǎng)絡。

2.新型礦用通風機監(jiān)控系統(tǒng)的設計

為解決上述問題，本新型礦用通風機監(jiān)控系統(tǒng)所采取的技術方案是（如圖2所示）：一種通風機智能監(jiān)控系統(tǒng)，包括信號采集模塊，風機監(jiān)測單元，光纖通訊模塊，中控機遠程監(jiān)控單元和執(zhí)行機構。信號采集模塊的輸出信號輸出給風機監(jiān)測單元、風機監(jiān)測單元將采集的風機各種參數(shù)信號經(jīng)過數(shù)字化處理后，經(jīng)光纖通訊模塊傳送給中控機遠程監(jiān)控單元，進行監(jiān)控，中控機遠程監(jiān)控單元將控制信號發(fā)送給風機監(jiān)測單元，由風機監(jiān)測單元輸出風機控制信號給執(zhí)行機構。

風機監(jiān)測單元是以DSP數(shù)字信號處理模塊為核心的處理單元，其包括信號調理電路以及數(shù)字信號處理DSP模塊。

信號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、風速采集模塊，采用現(xiàn)場傳感器/變送器儀表等來實現(xiàn)，用于采集風機的電流，電壓，空氣濕度，空氣溫度，大氣壓力，風壓，風量，軸承溫度等實時參數(shù)。

執(zhí)行機構為變頻器。

針對風機現(xiàn)場的多樣性，風機監(jiān)測單元硬件設計上采用冗余設計：

（1）采集電機軸承溫度，硬件設計上留有紅外線測溫測量接口和PT100電阻式溫度測量接口?？梢愿鶕?jù)電機的實際情況，通過硬件上的撥碼開關來設置采用何種方式。

（2）各監(jiān)控單元可以通過撥碼開關設置板號。并且使用軟件來檢測設置是否有重復。當有重復設置時，報警指示。

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

本設計使用現(xiàn)場傳感器/變送器儀表模塊把關于通風機的各種實時參數(shù)傳送至DSP數(shù)字信號處理模塊，DSP數(shù)字信號處理模塊會將信號通過內置A/D轉換變?yōu)閿?shù)字信號，并進行邏輯處理，運算。

DSP主要完成三項功能：

（1）把數(shù)據(jù)分別發(fā)送給上位監(jiān)控系統(tǒng)進行實時顯示;

（2）把光纖數(shù)據(jù)發(fā)送至通訊板進而傳給中控監(jiān)控模塊實現(xiàn)遠程監(jiān)控;

（3）根據(jù)通風機的實時參數(shù)對其運行狀態(tài)做出調整，并把控制信號發(fā)送至變頻器控制機構。

變頻器執(zhí)行機構可以根據(jù)接收的信號對通風機的運行狀態(tài)做出調整實現(xiàn)通風機的軟啟動，風葉制動，正反轉快速切換，調節(jié)通風機的風速風量和風壓等功能，從而使監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)的對通風機全方位的監(jiān)控。

光纖通訊模塊可以同時接收多個通風機監(jiān)控系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)通過光纖傳送給中控機遠程監(jiān)控單元，使得中控機遠程監(jiān)控單元可以同時遠距離監(jiān)控多臺通風機的運行狀態(tài)，實現(xiàn)通風機監(jiān)控網(wǎng)絡。

3.新型礦用通風機監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢

采用上述技術方案所產(chǎn)生的有益效果在于：

集成了數(shù)模轉換功能的數(shù)字信號處理DSP芯片比傳統(tǒng)的可編程邏輯控制PLC具有更強大的CPU和存儲器，大大提高了監(jiān)控系統(tǒng)對通風機各實時參數(shù)的監(jiān)測能力，同時DSP的閉環(huán)控制能力也優(yōu)于PLC，使得監(jiān)控系統(tǒng)可以更及時的對通風機的運行狀態(tài)做出調整。另外本系統(tǒng)是將信號采集模塊的模擬信號直接傳給數(shù)字信號處理DSP模塊做處理的，省去了傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)將信號采集模塊的信號傳至A/D轉換器，A/D轉換器把模擬信號轉換為數(shù)字信號，通過雙絞線把信號傳給PLC的處理過程，一定程度的減少了處理的復雜度，降低了傳輸時延，提高了處理的效率。

變頻器執(zhí)行機構比傳統(tǒng)的繼電器執(zhí)行機構更全面，更靈活的對通風機的運行狀態(tài)進行調整，與數(shù)字信號處理DSP模塊的閉環(huán)控制能力完美的配合在一起可以實現(xiàn)對通風機的軟啟動，對風機實施制動從而減少正反轉切換時間，改變通風機的轉速，恒定通風系統(tǒng)的風壓、風速、風量以及在緊急情況下（如：井下起火），可快速加強通風量，保證井下環(huán)境的安全。

光纖傳輸距離遠，速度快，誤碼率低可以實時的把通風機的運行參數(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集合后傳送給中控機監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了多時遠程監(jiān)控多個通風機的通風機監(jiān)控網(wǎng)絡。就長遠發(fā)展來看本系統(tǒng)可以非常方便在多個通風機監(jiān)控網(wǎng)絡之間實現(xiàn)互聯(lián)互通，實現(xiàn)平臺級的通風機監(jiān)控網(wǎng)絡。

參考文獻

[1]鄭杰.基于DSP的嵌入式工業(yè)以太網(wǎng)控制技術的研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學，2006.

[2]閔磊，陳燎原，王磊等.PLC控制與組態(tài)技術在礦用通風機監(jiān)控系統(tǒng)中的應用[J].煤礦機械，2012，33（2）：199-200.

[3]韓安太.DSP控制器原理及其在運動控制中的應用[M].北京：清華大學出版社，2003.