基于MSP430的井下自动通风系统的研究及应用

[摘 要]矿山井下空气质量的好坏对于工作人员来说至关重要，特别是掘进工作面和采场爆破后，空气中含量过高的CO、氮氧化物、H2S及SO2会危及生命。这时就需要对工作面进行通风，以增加矿井中O2的浓度并冲淡井下有毒有害气体和粉尘，调节空气质量，优化工作环境，保证安全生产。

[关键词]矿山；通风；自动；研究；应用

中图分类号：TP368.12 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）37-0235-01

1 井下自动通风系统的研究背景

阿尔哈达矿业公司为内蒙古地区重要的非煤矿山企业，其井下主要的有毒有害气体为CO。

①、当掘进面或采场爆破后，会产生大量的CO、氮氧化物等有毒有害气体，正常情况下，工人爆破完毕后，手动开启通风机后升井，任其风机运转，即使CO浓度达到安全标准后，风机由于手动控制仍然在运转，这样势必就浪费了电能。

②、阿尔哈达矿业公司地处中蒙边界，冬季寒冷，正常生产困难，假期时间较长。由于假期期间无人作业，风机全部停止，CO在巷道深部不断积累，复工生产时，工人首先要进入巷道深部开启风机，积累的CO对工人的生命健康带来了严重威胁。

自动通风系统应运而生，当CO浓度高于安全标准时，风机自动启动；当CO浓度降到安全标准以下时，风机延时自动关闭。达到安全标准后，风机关闭，不仅节约了电能，而且延长了风机的使用寿命。假期期间，只要巷道内CO浓度高于设定值，风机就会启动，防止了巷道内CO的积累，为复工生产提供了安全的工作环境。

2 自动通风系统的工作原理

自动通风系统中使用的主控制芯片是MSP430。MSP430单片机是美国德州仪器（TI）1996年开始推向市场的一种16位超低功耗、具有精简指令集（RISC）的混合信号处理器（Mixed Signal Processor），具有价格低廉、易学习等优点。

巷道掘进正常情况下应为2台通风机通风，分别为压入式通风机和吸出式通风机，CO气体传感器安装于掘进面20米内，实时监测巷道内CO浓度，并在传感器上及控制箱上显示出来。

其工作过程是：首先在控制箱上设置CO浓度安全标准为24ppm，将转换开关SA拨到自动运行状态时，CO气体传感器实时检测CO浓度，将气体信号转换成4-20mA电流信号，控制器主机采集电流信号，将其转化为当CO浓度，当CO浓度高于24ppm时，时间继电器KT的线圈得电，常开触点闭合，接触器线圈KM得电，接触器吸合，风机启动，控制器上灯闪、铃响。当CO浓度降低到24ppm以下时，时间继电器KT的线圈失电，常开触点经过大约10min的延时后断开（防止CO浓度在24ppm左右时，风机频繁启停），接触器线圈KM失电，接触器断开，风机停转。

当转换开关SA拨到手动位置时，可以通过启动按钮SB2与停止按钮SB1人工控制风机的启停。

原理图如下：

3 井下自动通风系统的创新点

能达到此功能的装置在其它矿山早已出现，此系统在以前装置的基础上进行了优化及创新，具体体现在以下几个方面：

①此系统接触器的常开点与时间继电器组合，此台风机启动后，经过一段时间延时，下一台风机启动（避免风机同时启动造成供电系统电流过大），以此类推，实现一套装置控制多台风机，构成风机联控系统。

②当CO浓度下降到设定值后，风机延时关闭，继续排污风，防止CO浓度在设定值附近波动，风机频繁启停。

③无论处于手动运行状态还是自动运行状态，CO气体传感器检测到CO浓度高于设定值时，控制器都会发出声光报警，提醒工作人员，禁止入内，确保了工作人员的生命安全。

4 效益分析

阿尔哈达矿业公司没安装此系统前，风机每天运行约20小时，安装此系统后，风机每天运行约14小时， 则每天风机减少运行6小时。

风机按11KW/台计算，则每年每台风机可节约电量6*11*365=24090KWh，阿尔哈达矿业地处电价为0.63元/KWh，则每台风机可节约电费24090*0.63=15176.7元，每个掘进面有2台风机，则每个掘进面每年节约资金30353.4元。

阿尔哈达矿业公司共有掘进面及采场约40处，则每年能够节约电费120余万元。

5 结语

在日益严峻的竞争环境下，各个企业必须“强化管理、降本增效、科学发展”，把“降本增效”落到实处，井下自动通风系统简单易行，安装方便，适合在矿山企业安装并推广使用。

参考文献

[1] 《MSP430系列16位超低功耗单片机原理与实践》 沈建华，杨艳琴 北京航空航天大学出版社 2008-7-1

[2] 《MSP430单片机入门与提高：全国大学生电子设计竞赛实训教程》施保华，赵娟，田裕康华中科技大学出版社 2013-11-1

作者简介

范修贞（1988-），男，助理工程师，锡林郭勒盟山金阿尔哈达矿业有限公司电气技术员，主要从事有色金属矿山设备维护使用与管理工作。

施光（1971-），男，电气工程师，锡林郭勒盟山金阿尔哈达矿业有限公司电气主管，主要从事有色金属矿山设备维护使用与管理工作。