新疆矿业中等职业学校周爽
摘要：矿用通风机作为“矿井肺脏”，它的运行好坏直接关系到矿业生产的安全进行，矿用通风机的检测与调节对整个矿山的生产与安全作业有着重要的意义。本文笔者根据自己的实践经验，阐述了矿井通风监控系统的概述，分析了矿井通风监控系统设计，具有重要的现实意义。
关键词：矿井通风；监控系统设计引言矿井通风系统是向井下各作业点供给新鲜空气并排出污浊空气的通风网络、通风动力和通风控制设施等构成体系总称，是矿井生产系统的重要组成部分。矿井通风系统的好坏，直接影响着矿井的安全生产、灾害防治和经济效益。如何做好矿井通风监控系统设计是我们采矿企业首要考虑的问题。下面笔者根据我国矿山的实际情况，探讨了矿井通风监控系统设计。
一、矿井通风监控系统的概述矿井通风监控系统控制采用集中控制方式，通风系统主控制机站可设于斜坡道井口值班室和矿山调度室，用于对整个系统的统一控制及管理操作，在各风机机站安装远程子站，采用光纤以太网通讯方式与主机站连接，各子站电气设备受主机站统一控制。系统分为三层：井下现场监控层、光纤网络传输层、地面监控管理层，其总体架构如图所示：
现场监控层采用网络化控制方式，每一台风机、与风机相连的风机控制器、变频器及用于检测现场作业区环境参数的传感器组成一个风机远程监控子站，矿区内所有监控子节点组网构成井下现场监控层。此层主要完成两个功能，一是通风系统参数检测功能，完成现场数据的采集（如生产工作面和巷道内的粉尘浓度、CO浓度、以及电机的工作电压电流等参数）、一些控制命令的执行以及现场操作指令完成等功能；二是风量调节功能，风机控制器根据地面主控制机站给予的参数，控制变频器输出不同频率，实现PID控制，从而控制异步电机转速，达到控制风量的效果。
光纤通信网络层采用树形拓扑结构，尽量利用已经建成的矿山数字化光纤线路，补充必要光缆，连接全部风机远程监控子站与主控制机站成一个完整的控制系统。光纤通信网络层是由数字矿山综合通信控制器、各种无线有线设备、光纤、路由器、智能网络电源等组成的综合通信网络。
地面监控管理层由主机站构成，一方面用作系统的人机交互界面，显示远程风机的运行状态、监视风道的风量、粉尘浓度、电压电流、温湿度等信号，以便管理人员查看。另一方面，管理人员可通过监控系统发布远程控制命令，对风机进行远程启动停止控制与风量控制等。同时，由现场监控层发送上来的监测信息和地面监控管理层发送的控制命令及时保存到数据库中，便于企业管理和事故分析。
二、矿井通风监控系统设计1、井下现场监控层现场监控层由风机远程监控子站组成。此层设计的目的是完成各种数据的采集，完成与地面系统监控层的数据传送与接收，对各种数据进行处理并进行显示，完成数据的存储功能，执行各种控制命令，其核心为风机控制器的设计和实现。
各种传感器信号经AID转换成数字量后被送至风机控制器。温湿度、粉尘浓度、CO浓度通过安装特定的传感器获得数据，电压电流以及定子温度等信号直接接入风机控制器即可，风机控制器负责对数据的处理，并将其在液晶上显示，方便现场调试和控制一些必要的控制命令通过键盘向控制器进行传送，执行相应的操作。风机监测信息通过网口向地面上位机系统进行传输，并通过网口接收上位机系统命令。每一个风机控制器有一个固定唯一的IP地址，通过TCP/IP协议与数字通信网络进行信息交换。
地面主站风量控制信号经光纤通信网络传送至风机监控子站的风机控制器，信号通过RS485传送至变频器控制风量的输出。风机控制器，变频器，电机，风机与风量传感器组成闭环控制系统，其控制策略为PID控制。风机控制器可直接接收转速传感器中的4～20mA模拟信号，经PID调节后，由变频器输出频率控制异步电机转速，达到风量控制的目的。
2、光纤网络传输层建立了基于光纤的MST网络，矿井通风监控系统只需增加必要的光纤，交换机等必要的通讯设备即将井下现场监控层接入网络。MST网络的功能主要有：语音通信，生产现场视频监测，电子标签，用于人员、车辆和移动设备的定位，开放而且方便的网络接入点，光纤主干网，并能支持环网冗余。
MST主干网可为100M的多模光纤，两个节点之间的通信距离可达750m。MST接入点的供电电源和光纤做成复合电缆，全部由一个供电电源提供。系统中设计射频RFID卡作为ID卡，读卡距离可达2～8m，每一个接入点都集成ID卡读卡器，读卡器的数据通过接入点汇入主干网内。风机监控层的每一个风机监控子站都有固定的企地址，通过网线接入MST网络接点即可实现数据的传输。
3、地面监控管理层上位机监控软件的功能有“远程测量”、“远程控制”、“远程调速”、“远程监控”和“数据处理”五大功能。
“远程测量”指的是风机运行的各种参数，包括电量参数如工作电压、工作电路、功率、效率等以及非电量参数如风量、风压、温湿度、粉尘和CO浓度等经过传感器采集后，通过风机控制器进行测量和处理，通过光纤网络传输层传输到地面监控室的服务器（上位机）进行进一步处理；“远程控制”指井上工作人员在上位机内通过监控软件实现对风机监控子节点的风机启停控制，正反转控制等；“远程调速”指井上工作人员在上位机通过操作监控软件，计算出风机需提供风量值，实现对远端的风机转速以及温湿度等参数的实时设定；“远程监控”指在上位机监控软件上实时显示通风系统的运行情况；“数据处理”指上位机软件将矿井通风监控系统的各种运行参数以及各种命令信息等的存储至数据库，编写数据库处理程序对这些数据进行管理，方便企业的信息化管理，同时为各种事故处理提供原始数据。
地面监控管理层主要由主控计算机构成，信号通过光纤传输网络进行交换。井下各个风机监控远程子站都有固定的IP地址，当主控计算机需要采集数据或执行设备动作时，主控计算机发送命令到通讯网络中，通过地址辨认，相应的监控节点响应主机的命令，将检测到的数据传输给计算机或根据相应命令做出相应的响应，达到实时监控的目的。地面监控管理层按照一定的频率将实时数据存储至数据库中，方便查询和统计。当风机监控远程子站某部分数据超限时，执行报警功能。
结语以上本文笔者对矿井通风监控系统设计进行了粗略探讨，由于篇幅和水平有限，还有许多内容没设计到，比如：矿井通风网路模型、风机控制器等等，在今后的工作中，笔者将作进一步的研究。
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