基于ARM9的自適應(yīng)礦井主扇風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

摘要：針對我國礦山工業(yè)中主扇風(fēng)機(jī)運(yùn)行需要人工24小時值守監(jiān)控的情況，設(shè)計了一種基于ARM9的自適應(yīng)礦井主扇風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，它能實(shí)現(xiàn)自動監(jiān)控。該系統(tǒng)采用DCS結(jié)構(gòu)形式，可擴(kuò)展性和可維護(hù)性強(qiáng)?？刂茖油ㄟ^RS 485總線將采集到的信息傳輸?shù)奖O(jiān)控屢。為實(shí)現(xiàn)可靠的變頻控制，采用了一種魯棒性和自適應(yīng)能力強(qiáng)的積分分離PID控制算法。對硬件和軟件的抗干擾性進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，使系統(tǒng)達(dá)到了礦山工業(yè)的抗干擾等級要求。
關(guān)鍵詞：監(jiān)控；主扇風(fēng)機(jī)；DCS；積分分離PID；ARM9

0 引言
礦井主扇風(fēng)機(jī)是礦山的主要通風(fēng)設(shè)備，任務(wù)是排除礦井中的粉塵和污濁氣體，降低礦井內(nèi)的瓦斯?jié)舛?。但國?nèi)大多數(shù)煤礦產(chǎn)業(yè)中使用的主扇風(fēng)機(jī)控制技術(shù)，多年來一直沒得到改善，沒有完善的安全監(jiān)控儀表設(shè)施和裝置，而且需要24 h值守的工作人員。因此，要提高煤礦生產(chǎn)的安全性，改善主扇風(fēng)機(jī)工作人員生產(chǎn)環(huán)境惡劣和生活的極度不方便等問題，必須解決風(fēng)機(jī)自動化控制技術(shù)和監(jiān)測技術(shù)。本文介紹了一種自適應(yīng)礦井主扇風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計方法，有效地解決了以上問題。

1 主扇風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)
為了保證礦山作業(yè)的安全，礦井中的主扇風(fēng)機(jī)必須24 h工作，因此主扇風(fēng)機(jī)采用了雙冗余結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

礦井中的通風(fēng)系統(tǒng)必須處于長時間不問斷運(yùn)行狀態(tài)，若是一直運(yùn)行一個風(fēng)機(jī)組，會影響風(fēng)機(jī)壽命，所以每個礦井有A，B兩個通風(fēng)口，需要配置機(jī)組I、機(jī)組Ⅱ兩套機(jī)組，每套機(jī)組分別有兩個電機(jī)。兩個風(fēng)機(jī)組必須每隔一段時間進(jìn)行切換運(yùn)行，以延長風(fēng)機(jī)設(shè)備的壽命，同時也能防止某臺風(fēng)機(jī)組由于長時間不運(yùn)行而出現(xiàn)故障的情況。
這種雙冗余結(jié)構(gòu)也能有效地提高主扇風(fēng)機(jī)工作的可靠性。一旦當(dāng)前運(yùn)行的風(fēng)機(jī)組出現(xiàn)故障時，另外一套風(fēng)機(jī)組需要在最短時間內(nèi)啟動工作，以保證通風(fēng)系統(tǒng)的時刻運(yùn)行。

2 主扇風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計
2．1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
主扇風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計采用了DCS集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級計算機(jī)系統(tǒng)，它綜合了計算機(jī)(Computer)、通信(Communication)、顯示(CRT)和控制(Control)等4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活。主扇風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)涉及溫度、轉(zhuǎn)速、壓力等多點(diǎn)多類型物理量控制，因此非常適合DCS的應(yīng)用。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為三層，儀表層、控制層和監(jiān)督層，如圖2所示。

第一層為監(jiān)督層(上層)。主要作用是提供人機(jī)交互界面，對風(fēng)機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，顯示并且保存風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，提供事故追憶功能。
第二層為控制層(中層)。主要作用是處理儀表層檢測到的數(shù)據(jù)，通過特定的算法控制，驅(qū)動可控部件，使風(fēng)機(jī)運(yùn)行在特定狀態(tài)。同時通過RS 485總線與監(jiān)督層通信，將現(xiàn)場參數(shù)與事件上傳給監(jiān)督層。
第三層為儀表層(下層)。主要作用是使用各類傳感器獲取現(xiàn)場參數(shù)，包括：溫度傳感器檢測風(fēng)機(jī)軸溫和室內(nèi)外溫度，風(fēng)壓傳感器檢測井內(nèi)風(fēng)壓，轉(zhuǎn)速傳感器檢測風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，電量檢測單元檢測風(fēng)機(jī)電參數(shù)后，通過傳送到控制層，同時還能進(jìn)行電源、風(fēng)機(jī)、風(fēng)門的到位檢測。