今天小编为大家精心挑选了关于《矿井通风机系统设计论文(精选3篇)》，仅供参考，大家一起来看看吧。摘要：矿井主通风机主要担负着整个矿井或矿井某一区域的通风任务，由于主通风机需要保持长期持续的运转状态，如果出现问题直接影响煤矿的安全，所以，必须通过对风机、温度、振动参数等各种参数采集与监测以达到控制风机正常运转的目的，主要包括根据实际情况对风机的选型、温度传感器的选择、风量的监测方法和风机振动情况的监测等。
矿井通风机系统设计论文 篇1：
矿井主要通风机风量测试系统设计
摘要 在分析了传统矿用主要通风机在测试风量数据时存在的如布线困难、数据处理不及时等问题的基础上，提出应用GPRS技术来解决这些问题的实现方法。详细介绍了GPRS应用于该系统的设计与实现方法，并对系统软硬件设计做了详尽描述。
关键词 矿井主要通风机 风量 GPRS
目前在采集矿用主要通风机风量参数时所选用的仪器仪表，多采用有线方式进行数据传输[1-3]。有线传输方式有着速度快、稳定可靠的优点，但其在矿硐布线的过程中需要架设仪器、铺设电缆，难度较大，不利于人工现场作业；通常所测得的数据大多只能直接打印输出，在分析和处理数据的时候还需要手工重新录入，即浪费了人力、物力，又给后续工作带来很大不便[4]。
针对以上风机风量参数测试中传统仪器测量存在的诸多缺陷，本系统将从数据传输方式、系统构成上进行相应的改进。首先，将有线传输改为无线传输，GPRS模块由于具有永远在线、自由切换、传输速率高、计费灵活便宜等优点而有着极为广泛的应用[5，6]。因此选用GPRS无线传输技术作为系统的传输方式。其次，对于系统整体结构而言，改变以往单一仪器工作的方式，将测得的风速数据通过无线传输技术送到远程中心计算机当中，从而构成一个测试系统，这样既可以对采集的数据进行相应的分析处理操作，又可以永久保存，随时调取打印，还能通过互联网能实现资源共享。
1 系统设计
为了得到准确的矿用主要通风机风量值，要对矿硐中同一截面多点位置的风速进行采集，本系统在GPRS网络成熟发展和高密度的网络覆盖的基础上，利用现有的资源，以最低的投资，建立一个矿用主要通风机风量无线传输系统。
系统主要包括现场部分、公共网络部分和远程测试中心三部分，且具有三层网络结构。现场部分主要由风速传感器、数据采集板、GPRS无线传输板组成。数据采集板通过不断唤醒风速传感器测量风速数据，并在数据采集板中的控制部件单片机进行处理、存储。当数据的发送时间到时，数据采集板就立即通过标准串行口电路将数据送到GPRS无线传输板上，经过对数据的打包、封装发送到中国移动的GPRS网络及Internet网络上，最终将采集到的风速数据以无线传输方式发送到远程测试中心计算机上，从而完成数据的永久保存、打印输出，并可通过局域网实现共享。
2 系统硬件设计
本系统所设计的系统硬件由数据采集板、GPRS无线数传板、串行通信模块和电源模块四部分组成。系统硬件结构图如图1所示。
系统硬件完成的功能是当数据采集板完成对风速数据的采集与处理工作后，将获得的风速数据通过标准串行口模块输送到GPRS无线数传板上，并在GPRS无线数传板内置的嵌入式处理器进行处理以及协议的封装，然后发送到GPRS网络以及Internet网络上，最终由远程测试中心计算机通过查询方式接收传来的风速数据，同时完成风速数据的显示、存储和输出。
2.1 数据采集板片选及硬件电路图
数据采集板选用的风速传感器是采用三杯式光电风速传感器，当风吹动三杯时，带动光码盘旋转利用发射管和接收管光电作用使之产生与风速相对应的电脉冲信号。将获得的电脉冲信号经过放大，整形送数据采集板中的多路接口电路，进行风速的采样，然后由单片机按一定的时间进行循环扫描，得到各路风速值，从而完成数据采集板的风速数据采集工作，并将采集到的风速值通过标准的串口电路模块送到GPRS无线数传板中。
（1）单片机控制模块：
在数据采集板中选用AVR系列的ATmega128L-8AU单片机作为数据采集板的控制核心部件。数据采集板上的单片机控制模块需用引脚电路图如图2所示。
（2）风速传感器及数据信号转化模块
本系统选用三杯式风速传感器，使用环境在-20oC~50 oC。该风速传感器探头引线桔黄色“+”为+5V电源，蓝为“-”为接地和灰“信号”为产生脉冲信号端。风速传感器产生10个脉冲对应风速为1.0m/s。
每个风速传感器所产生的脉冲信号通过74LS04进行TTL电平转换后直接接到Atmega128的INT0-INT7和PD4口上。分别对应关系为1-8号风速传感器接到Atmega128的专门用于信号输入的端口INT0-INT7；9号风速传感器接到Atmega128的PD4。从而完成9路风速数据的采集过程。其数据信息转化模块硬件电路及接口电路如图3所示。
（3）串口通信模块
在系统串口通信模块中，串行口采用9芯标准RS-232C接口，所用到的引脚为2号接收数据RXD端和3号发送数据TXD端。由于RS-232C的电平与TTL电平不兼容，在单片机的串口和单片机接口之间加入了电平转换芯片MAX232。
（4）电源模块
电源模块采用AC-DC，可以外接220V电源，该电源模块将220V电源转换为系统所需的+12V和+5V电源。
2.2 GPRS无线传输板片选及硬件电路图
GPRS无线数传板的功能是接收地面测试中心发送的指令，并进行相应的处理，然后通过串行通信模块送入单片机控制模块中进行数据处理，串行通信模块具有电平转换和串口通信的功能，SIM卡的功能是存储数据和在安全条件下完成客户身份鉴定和客户信息加密算法的全过程。
（1）单片机控制模块
单片机控制模块仍然采用AVR系列的ATmega128L-8AU单片机作为GPRS无线传输板的控制核心部分。其完成的功能有两种：第一，是将数据采集板上采集到的风速数据进行处理；第二，对GPRS无线传输板进行参数初始化。
（2）GPRS模块
基于提供一种简便实用的GPRS 通讯解决方案的需求，本系统选取SIMCOM公司生产的SIM300无线传输模块。它内嵌了TCP/IP 协议栈，并简化了接口设计，屏蔽了GPRS 模块的复杂接口方式和接口协议栈，取而代之的是通用的232 接口和简单的AT 命令交互界面。采用3.4V-4.5V电压供电，具有短消息服务、语音通话、数据传真等功能。对外可提供天线接口、模拟音频接口、异步串行接口、SIM卡接口等，采用AT指令进行控制，工作温度范围大，抗干扰能力强，适用于工业应用场合。
GPRS无线传输模块由SIM300无线数传模块、SIMCARD模块和SMA天线三部分组成。SIM300无线数传模块硬件电路图如图4所示。
2.3 远程监测中心设计
远程测试中心是一台与Internet网络相连的计算机，通过网络接口与数据采集终端进行GPRS数据传输。远程测试中心要求能安装并运行矿井主要通风机测控服务程序软件，能连接打印机等输出设备。同时要满足连接Internet网络的要求，并配有固定的IP地址。
3 系统软件设计
系统软件采用模块化设计，每个模块实现一个功能或一个协议，便于移植。本系统的软件设计分两个部分，（1）数据采集板的单片机数据采集处理程序、控制GPRS无线数据传输模块的数据收发程序；（2）远程测试中心主机网络应用软件。其中，下位机部分采用C语言程序实现，采用AT命令初始化和控制GPRS模块；上位机的应用软件采用C#语言程序实现，数据库采用ACCESS完成。
数据终端系统的软件设计的关键部分是单片机与GPRS模块的通信，两者间需要定义通信协议、规定数据传输的帧格式，通过AT指令实现GPRS网络的附着、PPP激活、Internet的接入及数据传输。
3.1 自定义数据帧格式
根据系统实际应用定义数据帧格式，如表1所示。
3.2 GPRS登录、数据上报以及下发采集命令功能设计
本系统中，发送帧和确认帧结构与表1相同，根据控制域C内容的不同来确定具体完成的功能。
3.2.1 GPRS登录平台功能设计
（1）GPRS登录、退出登录、在线保持（心跳）。
功能码AFN=02H。GPRS登录状态由数据域（一个字节）表示。其中，F0表示登录，F1表示退出登录，F2表示在线保持（心跳）。其格式如表2所示。
（2）GPRS登录流程
GPRS DTU（Data Terminal Unit）是GPRS技术的一种产品，它可以实现数据的透明传输及协议传换，开发用户不用十分了解DTU的传输协议，只要按照自己的协议传输就可以了，因此该系统选用GPRS DTU（以后简称DTU）进行数据传输。
登录基本流程如下：DTU在与数据中心服务器建立TCP连接后，立即发送登录认证帧（消息）。数据中心服务器接收到登录消息后进行认证，如为合法DTU，则发送相同内容的确认帧给DTU。DTU接收确认帧后确认登录完毕，从而可以进行数据传输。
（3）心跳保持流程
DTU在登录成功后，定时向数据中心发送心跳帧；数据中心接收后，回送心跳确认帧。
3.2.2 数据上报平台功能设计
（1）上报九个测试点的数据
功能码AFN=24H。数据域传输的是由9个传感器测得的风速数据，数据域定义为每个测试点的数据用2个字节表示，即用9*2=18个字节的BCD码表示。数据上报平台的格式如表3所示。
（2）测试数据在数据域中的格式
系统9个风速传感器所测得的数据，均由两个字节组成（整数+小数），且整数在前小数在后。单位为m/s，取值范围为0.1-35m/s。
3.2.3 定时下发采集命令功能设计
当系统定时下发采集命令时，功能码AFN=54H。响应帧采集9个测试点的数据。发送帧如表4所示，响应帧如表5所示。
3.3 GPRS模块参数设置
当设置连接方式时，功能码AFN=10H。本系统在对GPRS无线传输板进行参数设置时，需要设置TCP/UDP方式选择、IP地址、端口号、心跳时间和上报时间。其中，数据域中TCP/UDP方式选择为1个字节；IP地址为4个字节；端口号为2个字节；心跳时间为1个字节；上报时间为2个字节。
（1）设置连接方式
当设置连接方式时，功能码AFN=10H。则发送帧格式见表6所示。响应帧格式见表7所示。其中，响应帧格式的数据域为1字节，当数据域=5AH时表示设置成功。
（2）查询连接方式
当查询连接方式时，功能码AFN=50H。则发送帧格式见表8所示。响应帧格式见表9所示。
3.4 无线数据传输的软件流程
（1）对远程测试中心计算机进行初始化：将主机建立网络连接，分配独立的IP地址，设置好通信波特率和通信端口，然后展开网络侦听；
（2）GPRS无线数据传输模块参数设置：将端口号、通信波特率和IP地址与远程测试计算机同步，然后进行Modem拨号，将移动终端的类别设置为GPRS上网模式；
（3）GPRS无线Modem将测试中心IP地址存入数据终端的配置地址域，数据终端向远程测试中心发送配置后的数据帧，远程测试中心回应正确的数据帧，并建立无线传输连接。
（4）数据传输过程：由于GPRS网络支持TCP/IP协议，所以通过收发IP数据包来传送数据。此时，远程数据终端系统向GGSN发送的所有包含IP报文的PPP报文都会被传送给Internet网中相应的IP地址，从而完成终端系统向远程测试中心通过互联网传输数据段的过程。
4 结论
本系统集数据采集技术、GPRS无线通信技术、数据库技术于一体，实现矿用主要通风机风量测试数据的采集、无线传输等功能。系统设计具有三层网络结构，编程模块化的特点，为以后系统的扩展提供了很大的方便。
根据现场实际情况的要求对系统的技术方案进行了详细的设计。
（1）在数据传输方式上，采用GPRS无线传输方式进行数据传输。从而解决了有线传输在布线、架设上存在的缺陷，节省了人力。
（2）在系统整体结构上，采用三层网络结构，将测得的风速数据通过无线传输到远程中心计算机中，此时对测得的数据可以方便的进行相应的分析处理操作，既可以永久保存又可以随时调取打印，还可通过互联网实现资源共享。这样即解决了直接打印数据需要再次手工录入的尴尬，又解决了数据存储的困难。
参考文献
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[3] 徐晓宇.ST-JK06系列智能监控终端在矿井风机监控系统中的应用[J].煤矿开采,2007,12(4):95~97
[4] 杨昆,吴东旭. GPRS在矿用主要通风机风量监测系统中的应用[J].微计算机信息,2010,8(1):31-33
[5] R.J.(Bud)Bates.通用分组无线业务(GPRS)技术与应用[M].北京:人民邮电出版社,2003, 17-35
[6] 甄雁翔.基于GPRS的钻孔水文无线遥测系统[D].山东科技大学
作者：杨昆 吴东旭
矿井通风机系统设计论文 篇2：
矿井通风机系统的构成及主要参数的监测系统设计
摘 要：矿井主通风机主要担负着整个矿井或矿井某一区域的通风任务，由于主通风机需要保持长期持续的运转状态，如果出现问题直接影响煤矿的安全，所以，必须通过对风机、温度、振动参数等各种参数采集与监测以达到控制风机正常运转的目的，主要包括根据实际情况对风机的选型、温度传感器的选择、风量的监测方法和风机振动情况的监测等。
关键词：风机 参数 监测
1 矿井通风系统的基本构成
该系统的主通风机有两台，它们之间没有主次之分，两台通风机轮流使用，这样就能够保证一旦主通风机出现故障时，这个通风机系统不至于瘫痪，既能使设备得到及时的保养，又能使系统可靠运行，这种结构就是双冗余结构。风压、温度、瓦斯浓度等数据是该系统控制的重要依据。
该系统主要由两部分构成，即上位机系统和下位机系统。西门子公司WinCC组态软件是上位机系统的控制软件。西门子s7-300作为下位机的处理核心，负责完成各种任务，如数据采集、数据输出和控制算法等，适用于大量的信息处理和高实时性的煤矿通风机监控系统。其中有4个变频器，主要作用是接受指令，调节风机旋转频率，达到控制目的；6个EM277扩展模块，主要作用是将数字量转化为模拟量的模拟量输入模块；两个风压传感器，主要作用是测量矿井下风量的大小；两个温度传感器，主要作用是测量电机的轴承温度和整个运行环境的温度；两个瓦斯传感器，监测巷道内的瓦斯浓度。
2 矿井主通风机的选择
2.1 按气体流动方向的不同，通风机的分类
（1）离心式风机：空气流入风机叶轮，离心力使其被轴向压缩，然后径向流动。
（2）轴流式风机：气体沿着主承轴进入到叶片通道，在旋转的过程中，形成圆柱形的气流，气体在其上面流动。
（3）混流式风机：气体在进入叶道时，不与主轴平行，而是有一定角度，这样在旋转式就形成锥形气流。
（4）横流式风机：气体以垂直于主轴的方向进入叶道，旋转时气体受到叶片作用产生压力。
对于我国的大中型矿井来说，采用较多的还是轴流式通风机，主要是原因是该系列风机具有结构简单，稳固可靠、噪声小和功能选择范围广等特点。
2.2 对旋式轴流风机具有的优缺点为：
（1）传动的效率十分高。
（2）对旋轴流式风机最高压力点值较高。
（3）静压力的效率高。
（4）对旋式轴流风机能够逆向送风。
2.3 矿井主通风机的有关参数的计算和处理
2.3.1 风量
通风机风量就是在单位时间内，气体流入通风机的体积。
2.3.2 风压
在通风机系统中，风压就是单位体积内，空气所具有的势能。风压可分为全压、动压和静压。
2.4 风机的特性曲线
随着通风机内气体流量的变化，通风的效率、风压和轴功率也发生变化，它们之间存在一定的关联。由此得到的曲线就是通风机的特性曲线（图1）。
3 矿井主通风机主要传感器的选择
能够确保煤矿生产一直处于一个安全稳定的条件下，即风机运行过程中的，必须实时监测，主要包括风机的后轴承温度、负压的大小、风速的大小等。
3.1 温度传感器
在整个煤矿通风机监测系统中，对温度的监测是其中一项参数指标。铂热电阻是热电阻中应用比较广泛的，它在复杂环境下和高温状态下工作稳定，铂热电阻制成标准温度的基准仪，其温度测量区间在-200 ℃～+600 ℃。Ptl00是该系统选用的温度传感器。
通风机电机运行时的轴承温度，它的实时数据也是必须采集的一种参数。整个温度数据采集的过程，先由温度传感器测量温度，将采集来的数据转化成可传输的信号，经过信号整定，再将模拟量转化为数据量，最后传给PLC。
3.2 风机振动参数的测量
在风机运行过程中产生振动，如果振动轻微，不会对系统产生影响。但振动的幅度太大或者振动不规律，就可能造成风机停机或损坏。在测量振动时，要选取合理的测量量，如振动位移、振动加速度和振动速度等。
根据系统的要求，选取风机主轴承的振动速度作为反映测量振动参数好坏的依据。振动速度快则噪音大，振动速度慢则噪音小。在通风机监控系统中，对风机主轴承振动的测量，分为水平和垂直振动两种。
通过历史使用经验法可以知道，如果用振动位移作为测量参量，就应该使用电涡流式传感器；如果用振动速度作为测量参量，就应该使用速度式传感器；如果用振动加速度值作为测量参量，就应该使用加速度式传感器。
3.3 风机风量的测量
风量是监测通风机运行状况好坏的一个重要指标。要测量风量主要有两个途径，一个是通过风速来测量风量，另一个是通过测压管来测量风量。
3.3.1 风速监测风量
通过测量风速的大小来确定风量的大小，所以要得到风量的测量值，只要测量出风速的大小就可以了，这样就需要使用风速传感器。
在矿井中需要测量风速的地方主要有：通风机的井口、每一个巷道和各种风口等处。这些地方的风速大小都是通过GFWl5风速传感器测量出来的，最后通过这些测量数据来计算风量的大小，调整矿井通风机的运行状态，保证矿井的安全。
3.3.2 测压管监测风量
应用测压管监测风量，其原理是只要能够测出管内一点的动压值，根据下面的计算公式就能够算出这一点的风速。这是一种十分简便可行的方法。
计算公式如下：
4 結语
该文主要介绍了矿井主通风机的主要结构特点，通过对通风机性能特性的比较，选择了对旋式轴流通风机作为该系统的矿井主通风机。该文还详细了介绍了实时监测方法的特点和功能，分析了矿井主通风机的各种实时运行参数的监测方法，选取合理的传感器构成整个风机系统。
参考文献
[1] 安赛，林柏泉.主要通风机远程监测系统的设计[J].工矿自动化，2012（1）：4-7.
[2] 张红.热电偶测温系统误差剖析及处理对策[J].安徽工程科技学院学报：自然科学版，2010（2）：63-66.
作者：丛高影
矿井通风机系统设计论文 篇3：
矿井主通风机自动化控制系统的研究
摘 要：矿井的通风机是用来交换矿井中与矿井外空气的，并向矿井中输送新鲜的空气，排除有害的气体，这样矿井的安全生产才能得到保证。但是国内外的通风机都是靠人工对其进行监测，由于人工难免出现失误，所以研究如何把自动化的技术应用于通风机中是十分必要的。
关键词：矿井；主通风机；自动化；控制系统
1自动化控制技术原理
煤矿主通风机自动化控制系统主要由传感器系统、通风系统和中央控制系统三大部分组成。传感器系统包括风压传感器、风量传感器、温度传感器、有毒气体浓度传感器、分量调节单元等传感器组成，传感器在信号传输的过程中可以采用时分制和频分制两种不同的方式。在煤矿上可以通过改变风门的角度来调节通风机的风量，风门开度的大小通过地面控制室来控制。通风系统还可以通过变频器改变通风机电机的转速来实现矿井内风速和风量的自动调节。在国外还可以通过传感器对矿井内局部温度或者气体浓度的检测来控制局部通风机的运转。中央控制系统则是采用微型计算机完成对监控站的数据进行采集和整理，并根据矿井的需要动态控制通风量。计算机具有接口多，扩展能力强等一系列优点，在煤矿风机的自动化控制过程中具有反映速度快，控制精度高的特点。
2矿井主通风机工作原理
2.1轴流式通风机
一般是由流线体、扩散筒、叶轮、集流器、传动部件和机壳等部分组成，叶轮是风机的主要部件，叶片数目一般为2～24，均匀分布在轮毂上，叶片安装角通常控制在10°～45°，并随着叶片数量的增多风压逐渐升高；轴流式通风机采用钢板焊接或铆接，动力机驱动叶轮通常是在圆筒形机壳内不断旋转，从而使气体从集流器进入，叶轮能量一般是从速度和压力的提高中获得，最后沿轴向排出。
2.2离心式通风机
离心式通风机组成部分包括机壳、叶轮，小型通风机的叶轮一般会安装到电动机上，而对于中、大型通风机一般需要借助联轴器或皮带与电动机相连。通常情况下，离心式通风机一般单侧进气，选择单级叶轮子。如果流量比较大时，会选择双侧进气。离心式通风机的工作原理是借助传动装置来带动叶轮持续性旋转，叶片流道间的空气会在叶片旋转过程中获得离心力，然后通过叶端被抛出叶轮，最终进入机壳。在一定的压差作用下，进风口的风流自叶根流入叶道，在叶端流出，从而形成连续的流动。
3通风机主系统自动化控制的方式
3.1开关的相应指令
这种方式采用的是继电器节点与PLC连接在一起，从而获取运行状态。通过获得控制变频器进行活动的数据对电机的启停进行控制，同时变频器输出频率改变也是很重要的因素。同时因为变频器的输出频率事先就是设定好的，均为固定的数值，无法对异步电机进行控制，而这种方式仅仅适用于不需要电机进行连续变换速度的场合。
3.2模拟量的控制方式
变频器的输入信号是不相同的，分为数字信号以及模拟信号两种，并且模式信号可以通过A/D模块进行转换从而输出0～10V的电压或者是4～20mA的电流。将信号传输到变频器的输入端，再对控制器的频率控制使得其成为模拟数据的控制方式。这种方式也有它自身的缺点，它只能在PLC与变频器距离较近的情况之下使用，因而不适应矿井的通风系统的要求。
4系统具有的功能以及运行方式
4.1系统的功能
第一个功能是可以对通风机运行状态的特性以及运行过程中所产生的参数进行显示，同时应用监控模拟系统相应的工作的界面。第二个功能是当发生故障时要进行分辨是故障报警还是因为停电故障，同时发生指令，在警报故障之后还应该对故障进行记录，以便以后使用。第三个功能是有着现在的运行时的参数和历史的运行参数的相应的记录，并且提供打印的功能，在发生故障的时候可以自己自动地打印故障原因的记录。第四个功能是有两种方式对机器进行开关机的行为，即为可以手动也可以自动进行开关机，高压柜和励磁柜还能够被遥控。第五个功能是风道的风门在开机后可自动进行倒换的行为。第六个功能是在进行在线巡查的时候能正确显示各个倒机风门绞车、反风风门绞车的运行的情况。第七个功能是依靠自身判断励磁电流和励磁点烟是否準确，在出现开车指示的时候，可以进行手动或者是自动的开车行为。第八个功能是系统具有强大的自控功能，如果现在运行的风机出现了相应的故障，备用的风机能够在10s之内就启动起来。第九个功能是自动控制系统具有远程网络的接口，可以通过因特网直接连接到煤矿控制中心，远程监测以及控制功能就此实现。
4.2系统的运行方式
本系统可以采用的运行方式分为以下三种。第一种是就地控制方式，可以在现场利用触摸屏进行相应的操作，这种方式因为其具有很好的稳定性，所以它是最可靠的运行的方式。第二种是远程控制方式，这种方式可以在另外一个地方对电机进行遥控，但是这种方式受到线路的影响，在反应时间上比上一种方式要慢，但是系统稳定性好，若采用的电线是光缆的电线来进行信息的传递，是可以保证风机的正常运行的。第三种是自动控制方式，这种方式从本质上来说也是远程控制的一种，但是这种方式是在无人操作的情况之下，而且在PLC技术所监控的通风机是具有自动运行的能力的。在这种方式下，若是风机出现了故障，就能够自动对其发出停止的指令，并且启用备用的风机，是一种很方便的操作方式。
5结论
通风系统在煤矿生产中占有重要的地位，通风系统设计的好坏直接影响了矿井承受灾害的能力以及相应的经济效益。把自动化的技术应用到矿井通风系统中，可以对矿井的温度以及湿度和有毒的气体进行检测，调控通风机的风量与风的压强，实现了对于风的调控，从而保障了矿井安全。
参考文献：
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作者：何光建