煤矿风量在线监测系统研制

燕宪军

摘要：本系统通过动压传感器、静压传感器、全压传感器测量出煤矿井下的动压、静压、全压、风速等三个参数计算出风量参数，通过组态王软件将风量、风压数据显示在屏幕上，同时动态显示风机的运行情况，更加直观易懂人性化。

关键词：在线监测；传感器；组态王；工控机

中图法分类号：A 文献标志码：A

煤炭是我国的重要能源之一。通风系统是煤矿作业的重要组成部分，保障了矿下安全生产。然而，随着煤矿不断开采，扩大区域以及通风难度的加大，先前的通风系统不适应当前矿井生产的情况，不仅影响了矿井的生产和安全，还影响井下工人的身体健康。因此，在线监测矿井通风系统是矿井安全生产的重要环节，对井下安全生产起着重要作用。目前国内的煤矿通风系统发展的比较完善，却依然需要继续发展。本系统中采用风量、风压传感器测量的数据，通过计算风量和风压，经过与临界值比较后来判断是否需要调节风机。

1 系统设计

本系统可以由传感器测得风机的动压、静压、全压，通过数据计算和画面显示使工作人员实时可以在监控画面上观察到参数，如果发现参数不正常，报警灯亮，工作人员也能及时收到信息采取措施。

1.1系统结构

风量在线监测系统主要由监测中心、1号风机风量采集站、2号风机风量采集站以及动压、静压、全压传感器等器件组成，如下图1所示。除了必备的设备，配套的设备也是需要的，主要有数据传输接口（RS485转RS232）、电力参数采集模块（监测电流、电压、风量等数据）、开关电源、组态王软件、取压头（静压取压头、风压软管、软管接头等）、RS485芯线等。

1.2系统功能

本系统可以实时在线监测动压、静压、全压、风量、风压等的监测数据，不仅可以实时观察1号风机和2号风机的风量、参数，还可以通过历史报表对过往数据进行分析，通过历史数据对整个张双楼通风系统进行安全评估。当数据出现异常时，报警系统被触发，界面上报警灯亮。当一号风机运行时，画面上1号模拟风机闪烁，当二号风机运行时，画面上2号模拟风机闪烁。

2 参数与计算

由传感器测得参数有动压、静压、全压。

所谓静压就是流体施加於器具表面且与表面垂直的力，在风机中一般是由於重力与风扇之推动所造成，且可以直接经过量测取得。而在风机之风管中，任何方向之静压值皆为定值且也有正负之分，若静压值为正则表示风管目前正被胀大，若静压值为负则表示风管目前正受挤压。

所谓动压就是流体在风管内流动之速度所形成之压力。

所谓全压就是静压与动压之和，在风机中全压值是属固定，并不会因风管缩管而产生变化。

风量运算的伯努利方程如下：

测量风量：多点测量风速，求得平均风速后即可计算风量 。

3 上位机设计

本系统使用组态王软件读取传感器的数据，首先建立一个模拟PLC，设置的地址与传感器一致，建立组态王与传感器的连接，接着设置一个变量选择，正确的传感器寄存器的地址，由此得到数据。在组态王面上分别建立画面，考虑到设计报警系统、历史报表查询、查询系统框图等功能，选择用建立多个画面并在监控中心主画面中设置按钮与其他画面连接。

组态王的编程方法类似于C语言编程，首先要在数据词典中设置多个变量，分别对应动压、静压、全压，传感器测得的数据经过处理后，再运用风量的计算方法将风量数据表示出来，再赋值给画面中的模拟量，显示出数据。

4 现场调试

张双楼煤矿，传感器安装位置为抽风侧，风是往管道里吸的，全压和负压传感器的皮托管均接于负侧。动压传感器两根皮托管，正极皮托管靠左侧（迎风侧），负极靠右侧（背风侧）。动压传感器与全压传感器通过一个三角管连通。

打开组态王进入仿真模式，界面显示正常，输入密码后，进入监控界面，接着打开后台，设备通讯也正常，收到数据后，点开设置报警值，设置上限低于显示数据的数值后，报警灯亮，设置下限高于显示数据的数值，报警灯亮。由此报警系统正常。接着点开历史报表，表格内数据正确。

经过测试整个系统功能都可以实现，在张双楼煤矿内成功调试。

5 结束语

本系统经过在实验室的长期调试，可以达到不错的效果，成功后在张双楼东风井和西风井进行现场调试，也同样取得了成功。整个系统直接使用先进、精度高的传感器，用组态王软件获得传感器数据，实时监控，运行非常稳定，测得的风压和风量数据十分精确，除了风压和风量整个系统还可以测量电流、电压。定期对设备进行维修，降低整个系统的安全隐患，提高了煤矿的自动化水平，为以后的煤矿自动化的发展提供一定的依据。

参考文献

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[3] 彭明辉. 煤矿现场主通风机风量测试方法及优缺点分析[J].煤矿现代化，2014，（4）：106-108.

[4] 吴文臻.矿井主要通風机在线监测技术[J].煤矿安全，2016（7）：109-111.

（作者单位：江苏徐矿能源股份有限公司张双楼煤矿）