基于A(yíng)RM9的自適應礦井主扇風(fēng)機監控系統設計

摘要：針對我國礦山工業(yè)中主扇風(fēng)機運行需要人工24小時(shí)值守監控的情況，設計了一種基于ARM9的自適應礦井主扇風(fēng)機監控系統，它能實(shí)現自動(dòng)監控。該系統采用DCS結構形式，可擴展性和可維護性強?？刂茖油ㄟ^(guò)RS 485總線(xiàn)將采集到的信息傳輸到監控屢。為實(shí)現可靠的變頻控制，采用了一種魯棒性和自適應能力強的積分分離PID控制算法。對硬件和軟件的抗干擾性進(jìn)行了優(yōu)化設計，使系統達到了礦山工業(yè)的抗干擾等級要求。
關(guān)鍵詞：監控；主扇風(fēng)機；DCS；積分分離PID；ARM9

0 引言
礦井主扇風(fēng)機是礦山的主要通風(fēng)設備，任務(wù)是排除礦井中的粉塵和污濁氣體，降低礦井內的瓦斯濃度。但國內大多數煤礦產(chǎn)業(yè)中使用的主扇風(fēng)機控制技術(shù)，多年來(lái)一直沒(méi)得到改善，沒(méi)有完善的安全監控儀表設施和裝置，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)機工作人員生產(chǎn)環(huán)境惡劣和生活的極度不方便等問(wèn)題，必須解決風(fēng)機自動(dòng)化控制技術(shù)和監測技術(shù)。本文介紹了一種自適應礦井主扇風(fēng)機監控系統的設計方法，有效地解決了以上問(wèn)題。

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

礦井中的通風(fēng)系統必須處于長(cháng)時(shí)間不問(wèn)斷運行狀態(tài)，若是一直運行一個(gè)風(fēng)機組，會(huì )影響風(fēng)機壽命，所以每個(gè)礦井有A，B兩個(gè)通風(fēng)口，需要配置機組I、機組Ⅱ兩套機組，每套機組分別有兩個(gè)電機。兩個(gè)風(fēng)機組必須每隔一段時(shí)間進(jìn)行切換運行，以延長(cháng)風(fēng)機設備的壽命，同時(shí)也能防止某臺風(fēng)機組由于長(cháng)時(shí)間不運行而出現故障的情況。
這種雙冗余結構也能有效地提高主扇風(fēng)機工作的可靠性。一旦當前運行的風(fēng)機組出現故障時(shí)，另外一套風(fēng)機組需要在最短時(shí)間內啟動(dòng)工作，以保證通風(fēng)系統的時(shí)刻運行。

2 主扇風(fēng)機監控系統的設計
2．1 系統總體結構
主扇風(fēng)機監控系統的設計采用了DCS集散控制系統結構，是一個(gè)由過(guò)程控制級和過(guò)程監控級組成的以通信網(wǎng)絡(luò )為紐帶的多級計算機系統，它綜合了計算機(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)機監控系統涉及溫度、轉速、壓力等多點(diǎn)多類(lèi)型物理量控制，因此非常適合DCS的應用。
系統結構分為三層，儀表層、控制層和監督層，如圖2所示。

第一層為監督層(上層)。主要作用是提供人機交互界面，對風(fēng)機進(jìn)行遠程監控，顯示并且保存風(fēng)機的運行參數，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據，通過(guò)特定的算法控制，驅動(dòng)可控部件，使風(fēng)機運行在特定狀態(tài)。同時(shí)通過(guò)RS 485總線(xiàn)與監督層通信，將現場(chǎng)參數與事件上傳給監督層。
第三層為儀表層(下層)。主要作用是使用各類(lèi)傳感器獲取現場(chǎng)參數，包括：溫度傳感器檢測風(fēng)機軸溫和室內外溫度，風(fēng)壓傳感器檢測井內風(fēng)壓，轉速傳感器檢測風(fēng)機轉速，電量檢測單元檢測風(fēng)機電參數后，通過(guò)傳送到控制層，同時(shí)還能進(jìn)行電源、風(fēng)機、風(fēng)門(mén)的到位檢測。