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[摘 要]本文针对传统调制技术使用于电力线通信时质量不稳定等问题，根据扩频技术良好的抗干扰性、抗衰落性将其应用于载波调制，使电力线载波通信应用于煤矿通风监控系统。基于PL2102设计了相关载波发送、接收以及耦合电路的载波模块，采用2MB容量闪存PM25LV016作为存储单元，接口为SPI，配合T/C可完成准确快速的监测监控。通过相关程序设计支持手动修改参数，实现更好的人机交互。
[关键词]矿井通风；监控；自动化
中图分类号：TD635 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）23-0051-01
引言
通风系统在矿井所有的生产单元系统中占据着非常重要的地位。为了保证生产安全，要求此系统必须能够保持长时间稳定的运行状态。目前我国矿井通信系统主要是使用传感器针对矿井通风状况的监测监控，并连接至分站，因此通信布置非常有限。在矿井中照明线路分布足够广泛、铺设相对简单，因此使用照明线路的低压配电线路上的通信比较容易实现。
本文将扩频技术应用于载波调制，根据其稳定的抗干扰性、抗衰落性，将电力线载波通信应用于煤矿通风监控系统中。针对井下通常使用的电流型传感器设计了PL2102载波模块及相应载波发送、接收及耦合电路，采用容量为2MB、接口为SPI的闪存PM25LV016作为存储单元，从而保证了监控分站的独立性，与T/C配合可实现监测量实时、精确、快速存储；扩展的液晶显示屏支持监测监控量实时显示，可手动修改参数，使系统功能更加准确。
1 概述
煤矿通风系统是煤矿生产的重要组成部分，它负责将煤矿开采过程中产生的瓦斯、粉尘等排出至矿井外，并向巷道内输入新鲜空气，调节井下环境温度，减少瓦斯、粉尘爆炸事故的发生几率，是煤矿的呼吸器。
煤矿通风系统的核心设备是矿用通风机，它属于煤矿的大型用电设备，其工作电压高，耗电量大，受煤矿恶劣生产环境的影响，其经常发生故障，使通风系统稳定性和可靠性降低，导致送风量不足，造成瓦斯和粉尘积聚的情况，不仅影响了煤矿生产环境，而且使“一通三防”的事故发生几率上升，对整个煤矿的安全生产带来了不稳定因素。据不完全统计，现有煤矿事故中有50%以上是因为通风机故障产生的。
为煤矿通风系统配备一套高可靠性、高稳定性的通风自动监控系统，实现对通风系统中各参数的实时在线监控，以达到煤矿通风系统的合理化运行是十分必要的。随着煤矿行业的快速发展，矿井的产能得到了很大的提升，对通风系统的自动化监测也提出了更高的要求。
2 电力线载波通信技术
电力线载波技术相比其他监测技术覆盖范围非常广，并且由于基于照明线路所以成本较低。目前，高压电力线载波通信技术比较可靠稳定，但在低压电力线载波通信方面工作环境复杂多变、干扰时变性大、信号衰减大、线路阻抗小。因此，必须选择适当的调制解调芯片、采用合适的通信协议才可以在不稳定的低压电力线上实现可靠的数据通信扩频数字通信技术近年来发展迅猛，可以提高其抵抗干扰和抵抗衰减的能力，效果比较理想，因此被越来越多应用在监测技术上。
3 基于PL2102的电力载波通信模块电路设计
3.1 主控芯片的选择
本系统监控分站所设计的主控芯片选用应用十分普遍的8位AVR微处理器ATmega128，它是ATMEL公司8位系列单片机中配置最高的一款，可以实现低功耗、高性能、高稳定性。
3.2 系统监控子站的电源设计
隔爆兼本质安全型电源在井下使用非常广泛，它的本质是把127V电源转换为12V低压直流电源以给传感器或监测分站使用，本系统中使用KDW32型隔爆兼本安型电源箱，输入的电压为交流127V，额定输出电压为直流12V。
3.3 PL2102调制模块及存储电路
本文将扩频技术使用在电力线载波通信系统中，对于调制芯片的选择非常重要。PL2102芯片是利用直接序列的调制方式，传输速率以及载波频率均能达到系统要求。
PL2102在抗干扰和抗衰退性能上具有突出的性能，通过单+5V电源及一般的外端接口电路可以与电源线完成信息的互通，而把电压监控、网闸定时器及复位电路装在内部电路中，与MCU连接可通过内部的I2C接口。
子站设计过程中，将使用大量的数据存储，以实现单独的工作。系统选择容量为16Mb存储器PM25LV016，可把内部划分成32个部分，每部分都包括16扇区。扇区的设计原则是可编程、可修改多次。通信模块可以在-50℃～120℃环境中工作，数据的储存可达30年，因此可以满足复杂多变条件下的工作要求。
3.4 数据程序的设计
在此系统中有2个16位定时器计数器，相对于T/C3定时器来说，定时器T/C1中断更为提前，因此使用T/C1定时器来完成模拟量以及数字量的数据采集及其处理过程。
在系统处理过程中，微控制器可以许可任何外部中断和响应，根据不同的功能键可以实现各级菜的切换、参数的输入，以及限制受控对象的功能，本站支持手动更改参数，分为更改系统变量和更改报警变量。受控对象的选择可通过控制输出接口来操作，输入0或1意味着受控对象的启动或停止。
4 通风监控系统现状及存在的问题
20世纪90年代，国外对通风机的监控系统进行了研究，采用一体化设计，在线检测通风机的各项参数，实现了对通风机风量的可控调节，在出现异常情况时可进行故障诊断并根据异常状态实现系统的自动保护，基本保证了煤矿通风系统的安全运行。在欧美国家，通风系统主风机通常采用轴流式风机，随着对节能要求越来越重视，开始采用叶片角度可变的液压式通风机，其效率可达到85%。国内的通风机起步较晚，初期以引进前苏联设备为主，风量调节通常采用人工调节，这种调节方式限制较大，不能实时、连续的进行调节，而且风量控制不准确，多根据人员经验而定；现场檢测多以点测为主，只能对通风机的基本工况进行大概的测量。
随着煤矿行业的快速发展，通过技术人员的不断努力，国内煤矿通风监控系统已经可以实现对通风机状态的在线监测，但是，在自动化调节和异常情况诊断方面还有待提高，并且可靠性和稳定性也需要进一步改善。
5 煤矿通风监控系统设计方案
该系统在煤矿常用的轴流式风机基础上，以美国siemens公司生产的S7-200可编程控制器为核心，通过传感器对通风机的工作状态信息进行采集，PLC与控制台相连，并将信息实时显示。同时，利用PLC对变频器进行控制，实现通风机节能、安全运行，提高了通风机的使用寿命。具体来说，系统的主要工作内容是：
（1）通过热温度传感器采集通风机轴承、定子温度，压力元件采集通风机端侧压力，通过速度传感器对轴承的振动距离进行检测，电信号传感器对通风机电压、电流和功率参数进行检测。
（2）通过手动控制实现两种控制模式切换：工频运行和变频运行。在变频运行状态下，系统根据压力元件反馈的压力信号与设计值的比较，自动调整通风机的工作状态使压力趋于预定要求。
（3）通过PLC可编程控制器对各传感器实时传输的数据进行比对，实现异常报警及自动保护功能，如风机轴承表面温度超温、通风机电动机振动异常等情况。
结束语
本文针对传统调制技术使用于电力线通信时质量不稳定等问题，根据扩频技术良好的抗干扰性、抗衰落性将其应用于载波调制，使电力线载波通信应用于煤矿通风监控系统。基于PL2102设计了相关载波发送、接收以及耦合电路的载波模块，采用2MB容量闪存PM25LV016作为存储单元，配合T/C可完成准确快速的监测监控。通过相应的软件程序设计达到支持手动修改参数的目的，实现了更好的人机交互。
参考文献
[1] 胡敏.中国能源发展报告2014正式发布[J].炼油技术与工程，2014（7）：47-47.
[2] 米维业.对我国煤矿安全现状及应当采取的对策分析研究[J].中小企业管理与科技，2011（30）：154-154.
[3] 冷景云.浅析煤矿通风系统及其重要性研究[J].企业文化旬刊，2015（1）.
[关键词]矿井通风；监控；自动化
中图分类号：TD635 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）23-0051-01
引言
通风系统在矿井所有的生产单元系统中占据着非常重要的地位。为了保证生产安全，要求此系统必须能够保持长时间稳定的运行状态。目前我国矿井通信系统主要是使用传感器针对矿井通风状况的监测监控，并连接至分站，因此通信布置非常有限。在矿井中照明线路分布足够广泛、铺设相对简单，因此使用照明线路的低压配电线路上的通信比较容易实现。
本文将扩频技术应用于载波调制，根据其稳定的抗干扰性、抗衰落性，将电力线载波通信应用于煤矿通风监控系统中。针对井下通常使用的电流型传感器设计了PL2102载波模块及相应载波发送、接收及耦合电路，采用容量为2MB、接口为SPI的闪存PM25LV016作为存储单元，从而保证了监控分站的独立性，与T/C配合可实现监测量实时、精确、快速存储；扩展的液晶显示屏支持监测监控量实时显示，可手动修改参数，使系统功能更加准确。
1 概述
煤矿通风系统是煤矿生产的重要组成部分，它负责将煤矿开采过程中产生的瓦斯、粉尘等排出至矿井外，并向巷道内输入新鲜空气，调节井下环境温度，减少瓦斯、粉尘爆炸事故的发生几率，是煤矿的呼吸器。
煤矿通风系统的核心设备是矿用通风机，它属于煤矿的大型用电设备，其工作电压高，耗电量大，受煤矿恶劣生产环境的影响，其经常发生故障，使通风系统稳定性和可靠性降低，导致送风量不足，造成瓦斯和粉尘积聚的情况，不仅影响了煤矿生产环境，而且使“一通三防”的事故发生几率上升，对整个煤矿的安全生产带来了不稳定因素。据不完全统计，现有煤矿事故中有50%以上是因为通风机故障产生的。
为煤矿通风系统配备一套高可靠性、高稳定性的通风自动监控系统，实现对通风系统中各参数的实时在线监控，以达到煤矿通风系统的合理化运行是十分必要的。随着煤矿行业的快速发展，矿井的产能得到了很大的提升，对通风系统的自动化监测也提出了更高的要求。
2 电力线载波通信技术
电力线载波技术相比其他监测技术覆盖范围非常广，并且由于基于照明线路所以成本较低。目前，高压电力线载波通信技术比较可靠稳定，但在低压电力线载波通信方面工作环境复杂多变、干扰时变性大、信号衰减大、线路阻抗小。因此，必须选择适当的调制解调芯片、采用合适的通信协议才可以在不稳定的低压电力线上实现可靠的数据通信扩频数字通信技术近年来发展迅猛，可以提高其抵抗干扰和抵抗衰减的能力，效果比较理想，因此被越来越多应用在监测技术上。
3 基于PL2102的电力载波通信模块电路设计
3.1 主控芯片的选择
本系统监控分站所设计的主控芯片选用应用十分普遍的8位AVR微处理器ATmega128，它是ATMEL公司8位系列单片机中配置最高的一款，可以实现低功耗、高性能、高稳定性。
3.2 系统监控子站的电源设计
隔爆兼本质安全型电源在井下使用非常广泛，它的本质是把127V电源转换为12V低压直流电源以给传感器或监测分站使用，本系统中使用KDW32型隔爆兼本安型电源箱，输入的电压为交流127V，额定输出电压为直流12V。
3.3 PL2102调制模块及存储电路
本文将扩频技术使用在电力线载波通信系统中，对于调制芯片的选择非常重要。PL2102芯片是利用直接序列的调制方式，传输速率以及载波频率均能达到系统要求。
PL2102在抗干扰和抗衰退性能上具有突出的性能，通过单+5V电源及一般的外端接口电路可以与电源线完成信息的互通，而把电压监控、网闸定时器及复位电路装在内部电路中，与MCU连接可通过内部的I2C接口。
子站设计过程中，将使用大量的数据存储，以实现单独的工作。系统选择容量为16Mb存储器PM25LV016，可把内部划分成32个部分，每部分都包括16扇区。扇区的设计原则是可编程、可修改多次。通信模块可以在-50℃～120℃环境中工作，数据的储存可达30年，因此可以满足复杂多变条件下的工作要求。
3.4 数据程序的设计
在此系统中有2个16位定时器计数器，相对于T/C3定时器来说，定时器T/C1中断更为提前，因此使用T/C1定时器来完成模拟量以及数字量的数据采集及其处理过程。
在系统处理过程中，微控制器可以许可任何外部中断和响应，根据不同的功能键可以实现各级菜的切换、参数的输入，以及限制受控对象的功能，本站支持手动更改参数，分为更改系统变量和更改报警变量。受控对象的选择可通过控制输出接口来操作，输入0或1意味着受控对象的启动或停止。
4 通风监控系统现状及存在的问题
20世纪90年代，国外对通风机的监控系统进行了研究，采用一体化设计，在线检测通风机的各项参数，实现了对通风机风量的可控调节，在出现异常情况时可进行故障诊断并根据异常状态实现系统的自动保护，基本保证了煤矿通风系统的安全运行。在欧美国家，通风系统主风机通常采用轴流式风机，随着对节能要求越来越重视，开始采用叶片角度可变的液压式通风机，其效率可达到85%。国内的通风机起步较晚，初期以引进前苏联设备为主，风量调节通常采用人工调节，这种调节方式限制较大，不能实时、连续的进行调节，而且风量控制不准确，多根据人员经验而定；现场檢测多以点测为主，只能对通风机的基本工况进行大概的测量。
随着煤矿行业的快速发展，通过技术人员的不断努力，国内煤矿通风监控系统已经可以实现对通风机状态的在线监测，但是，在自动化调节和异常情况诊断方面还有待提高，并且可靠性和稳定性也需要进一步改善。
5 煤矿通风监控系统设计方案
该系统在煤矿常用的轴流式风机基础上，以美国siemens公司生产的S7-200可编程控制器为核心，通过传感器对通风机的工作状态信息进行采集，PLC与控制台相连，并将信息实时显示。同时，利用PLC对变频器进行控制，实现通风机节能、安全运行，提高了通风机的使用寿命。具体来说，系统的主要工作内容是：
（1）通过热温度传感器采集通风机轴承、定子温度，压力元件采集通风机端侧压力，通过速度传感器对轴承的振动距离进行检测，电信号传感器对通风机电压、电流和功率参数进行检测。
（2）通过手动控制实现两种控制模式切换：工频运行和变频运行。在变频运行状态下，系统根据压力元件反馈的压力信号与设计值的比较，自动调整通风机的工作状态使压力趋于预定要求。
（3）通过PLC可编程控制器对各传感器实时传输的数据进行比对，实现异常报警及自动保护功能，如风机轴承表面温度超温、通风机电动机振动异常等情况。
结束语
本文针对传统调制技术使用于电力线通信时质量不稳定等问题，根据扩频技术良好的抗干扰性、抗衰落性将其应用于载波调制，使电力线载波通信应用于煤矿通风监控系统。基于PL2102设计了相关载波发送、接收以及耦合电路的载波模块，采用2MB容量闪存PM25LV016作为存储单元，配合T/C可完成准确快速的监测监控。通过相应的软件程序设计达到支持手动修改参数的目的，实现了更好的人机交互。
参考文献
[1] 胡敏.中国能源发展报告2014正式发布[J].炼油技术与工程，2014（7）：47-47.
[2] 米维业.对我国煤矿安全现状及应当采取的对策分析研究[J].中小企业管理与科技，2011（30）：154-154.
[3] 冷景云.浅析煤矿通风系统及其重要性研究[J].企业文化旬刊，2015（1）.