矿井通风监控系统设计

摘要：针对矿井通风系统对煤矿系统生产和安全的重要性，建立了基于网络和DSP技术的提升机故障监控系统；简单扼要的阐述了整体系统的设计和系统各个模块的功能及结构设计；详细说明了DSP技术对系统信号的采集与处理，采用TMS320F2812芯片实现了监控系统的快速性，提高了监控系统的可靠性。

关键词：矿井提升机 DSP 远程控制

作为我国主要能源，煤炭生产的安全性是最重要的，也是能源生产中最危险的[1]。其中，因井下通风不善而引起的瓦斯爆炸等是煤矿主要事故。提高矿井通风系统的稳定性及安全性，加强矿井通风监控系统的可靠性，进一步提高矿井安全，减少矿井事故的发生。因此，作者建立了基于DSP的矿井通风监控系统，提高了矿井通风监控系统的可靠性，稳定性。

1、矿井通风机监控系统的总体设计

通风系统有主控制站，在主控制站集中控制、操作。硬件的主芯片采用的是TMS320F2812芯片，软件设计加强了信息采集控制的可靠性和快速性。

矿井通风机监控系统基于计算机及网络通信技术，连接一系列仪器仪表、传感装置等，构成了一个完整的远程监控系统。工作人员可以在监控室内通过用户计算机进行监控。

2、矿井通风机监控系统的硬件设计

本系统的硬件设计主要有主控模块、信息采集模块、通信模块、web网络中心及用户计算机。本系统采用的是集中控制方法，用户可在主控制站内通过用户计算机现场对矿井通风系统进行监控；矿井通风工况状态信息由专用的信息采集模块进行采集，采集信号通过通信模块传递给主控模块，在主控模块对采集信号进行处理、分析并通过用户计算机进行展示。

2.1 主控模块

主控模块采用TI公司推出的TMS320F2812芯片为控制核心，与单片机相比，DSP芯片具有更为丰富的外设资源和更为强大的数字信号处理能力，运算速度更快。针对矿井通风机恶劣的工作环境以及庞大的系统监控模拟量等，信息采集控制模块处理量交大，因此，选择通用的可编程TMS320F2812芯片实现。选用的TMS320F2812芯片采用了高性能的CMOS技术，CPU主频高达150MHZ，具有丰富的片内资源以及外设资源。芯片具有2个事件管理器EV、ADC采样模块等片内外设。每个事件管理器具有2个16位的通用定时器、3个比较单元、3个捕获单元以及1个正交编码脉冲电路，数据采集控制能力强大[2]。强大的片内外设资源很好的保证了系统的速度与可靠性。

2.2 信息采集模块

信息采集控制模块采用TI公司推出的TMS320F2812芯片为控制核心，主要负责现场数据采集及预处理。因矿井通风机的工作环境十分恶劣、系统监控模拟量十分庞大，信息采集控制模块处理量较大，因此，选用数字信号处理能力更为强大及运算速度更快通用的可编程TMS320F2812芯片实现。实际而言，需要监控的信息有2种，分别是离散状态信息和连续状态信息。离散状态信息主要指各个模块产生的信号、I/O信号以及报警信号等；连续状态信息主要是由传感器获得的信息。

采样模块的模数转换采用的是TMS320F2812自带的内部ADC模块，该模块是一个12位分辨率、具有流水线结构的模/数转换器，有多达16个采样通道，并且分为两组，具有自动排序能力，可通过编程选择需要转换的通道。TMS320F2812自带的ADC模块可以达到10位转换精度，完全满足整个矿井通风机监控系统的需要，无需添加硬件电路。在软件设计方面，选择序列发生器连续自动序列化模式，可以完成自动转换，序列发生器的工作流程如图1所示。在本设计中，利用EVA的定时器1设定触发ADC采样的启动信号，转换完成后，结果从结果寄存器中读出。

矿井通风机系统生产环境恶劣，干扰源较多，这对信号的采集和监控带来干扰，数字滤波模块可以对信号数字滤波预处理，提高系统的性能。数字滤波模块不需要有添加硬件设备，稳定可靠性较好。我们设计的TMS320F2812控制板上有RS232接口，此接口与现场监控计算机相连接，实时查询信号处理结果，监控信号采集系统的工作情况。

2.3 网络传输模块

监控数据库、web网络中心以及用户计算机共同构成了网络传输模块。监控数据库存放了设备运行档案，包括整个监控系统内的配置数据，为工作人员监测、分析设备运行状态提供历史数据。数据包括速度、压力等信号参数，为设备管理人员提供了重要信息。Web网络中心提供了大量的数据访问接口，监控人员可以通过web网络中心在internet上查看设备运行参数，并集中管理客户端应用程序及诊断模块，即web网络中心直接与客户端相连。工作人员不仅可以通过网络internet查看各个设备的当前及历史运行状态，而且可以通过网络internet共享全球internet上的数据信息。

3、结语

随着煤炭生产环境日益恶劣、煤层生产线加深加长，矿井通风机系统更加复杂、功能更加强大，并应用了大量的先进技术，如计算机等。该矿井通风机监控系统利用Web网络技术和DSP技术，提高了监控系统的诊断速度和处理速度，增强了系统的可靠性和稳定性，实现了实时远程监控矿井通风系统，实现了基于DSP的矿井通风机监控系统的设计。

参考文献

[1]魏树伟.网络集成型多功能井下风机控制系统研究[D].中南大学.2006，1-2.

[2]顾卫钢.手把手教你学DSP-基于TMS320X281X[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011：273-274.