赵文飞
【摘要】本文介绍了一种新型矿用通风机智能监控系统，采用了集成了数模转换功能的数字信号处理DSP芯片、光纤通信，变频器等技术，实现了对通风机的实时无间隔监控并具有报警功能，大大提高了通风机监控系统的实时性，高效性，控制力。
【关键词】通风机智能监控;DSP;光纤通信;变频器
1.背景知识
现有的矿用通风机的监控系统（如图1所示），主要是由现场传感器/变送器仪表、信号采集/变送模块、可编程逻辑控制器PLC、继电器执行机构和上位监控系统组成。现场传感器/变送器仪表将需要监控的通风机参数变为电信号传至信号采集/变送模块，信号采集/变送模块一般为A/D转换器，主要是把模拟信号转换为数字信号，通过双绞线把信号传给可编程逻辑控制器PLC，由PLC完成逻辑处理和上位监控系统通过双绞线通信，一方面通过上位监控系统实时监控通风机的各项参数，另一方面也可以通过继电器执行机构自动完成对通风机的启动，正反转操作。
图1 矿用通风机的监控系统
图2 新型矿用通风机监控系统所采取的技术方案
现有的监控系统存在诸多不足之处，具体体现在以下几方面：
（1）系统实时性差：现有技术方案通过两次双绞线传输信号，由于传输延时造成系统的实时控制能力不足。
（2）监控能力有限：现有的技术方案中主要使用可编程逻辑控制PLC，PLC相对与DSP运算能力差。
（3）控制不够灵活：现有的技术方案中主要使用继电器执行机构对通风机进行控制，一般只能控制通风机启动，停止，正反转，不能灵活控制通风机的转速，改变通风量，从而实现更多方面的控制。
由于现有技术的传输距离有限，多用于工程机和触摸屏对通风机的监控，不利于同时监控多台通风机，进而搭建平台级的通风机监控网络。
2.新型矿用通风机监控系统的设计
为解决上述问题，本新型矿用通风机监控系统所采取的技术方案是（如图2所示）：一种通风机智能监控系统，包括信号采集模块，风机监测单元，光纤通讯模块，中控机远程监控单元和执行机构。信号采集模块的输出信号输出给风机监测单元、风机监测单元将采集的风机各种参数信号经过数字化处理后，经光纤通讯模块传送给中控机远程监控单元，进行监控，中控机远程监控单元将控制信号发送给风机监測单元，由风机监测单元输出风机控制信号给执行机构。
风机监测单元是以DSP数字信号处理模块为核心的处理单元，其包括信号调理电路以及数字信号处理DSP模块。
信号采集模块包括电流采集模块、电压采集模块、压力采集模块、温度采集模块、湿度采集模块、风速采集模块，采用现场传感器/变送器仪表等来实现，用于采集风机的电流，电压，空气湿度，空气温度，大气压力，风压，风量，轴承温度等实时参数。
执行机构为变频器。
针对风机现场的多样性，风机监测单元硬件设计上采用冗余设计：
（1）采集电机轴承温度，硬件设计上留有红外线测温测量接口和PT100电阻式温度测量接口。可以根据电机的实际情况，通过硬件上的拨码开关来设置采用何种方式。
（2）各监控单元可以通过拨码开关设置板号。并且使用软件来检测设置是否有重复。当有重复设置时，报警指示。
（3）监控单元留有普通电缆通信接口，在光纤通信故障时可以使用备用电缆通信接口。
本设计使用现场传感器/变送器仪表模块把关于通风机的各种实时参数传送至DSP数字信号处理模块，DSP数字信号处理模块会将信号通过内置A/D转换变为数字信号，并进行逻辑处理，运算。
DSP主要完成三项功能：
（1）把数据分别发送给上位监控系统进行实时显示;
（2）把光纤数据发送至通讯板进而传给中控监控模块实现远程监控;
（3）根据通风机的实时参数对其运行状态做出调整，并把控制信号发送至变频器控制机构。
变频器执行机构可以根据接收的信号对通风机的运行状态做出调整实现通风机的软启动，风叶制动，正反转快速切换，调节通风机的风速风量和风压等功能，从而使监控系统可以实现的对通风机全方位的监控。
光纤通讯模块可以同时接收多个通风机监控系统的实时数据，并把数据通过光纤传送给中控机远程监控单元，使得中控机远程监控单元可以同时远距离监控多台通风机的运行状态，实现通风机监控网络。
3.新型矿用通风机监控系统的优势
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
集成了数模转换功能的数字信号处理DSP芯片比传统的可编程逻辑控制PLC具有更强大的CPU和存储器，大大提高了监控系统对通风机各实时参数的监测能力，同时DSP的闭环控制能力也优于PLC，使得监控系统可以更及时的对通风机的运行状态做出调整。另外本系统是将信号采集模块的模拟信号直接传给数字信号处理DSP模块做处理的，省去了传统监控系统将信号采集模块的信号传至A/D转换器，A/D转换器把模拟信号转换为数字信号，通过双绞线把信号传给PLC的处理过程，一定程度的减少了处理的复杂度，降低了传输时延，提高了处理的效率。
变频器执行机构比传统的继电器执行机构更全面，更灵活的对通风机的运行状态进行调整，与数字信号处理DSP模块的闭环控制能力完美的配合在一起可以实现对通风机的软启动，对风机实施制动从而减少正反转切换时间，改变通风机的转速，恒定通风系统的风压、风速、风量以及在紧急情况下（如：井下起火），可快速加强通风量，保证井下环境的安全。
光纤传输距离远，速度快，误码率低可以实时的把通风机的运行参数传送至几千米以外的地方，而光纤通讯模块可以把多路光纤的信号集合后传送给中控机监控系统，实现了多时远程监控多个通风机的通风机监控网络。就长远发展来看本系统可以非常方便在多个通风机监控网络之间实现互联互通，实现平台级的通风机监控网络。
参考文献
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[2]闵磊，陈燎原，王磊等.PLC控制与组态技术在矿用通风机监控系统中的应用[J].煤矿机械，2012，33（2）：199-200.
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