基于A(yíng)RM9的自適應礦井主扇風(fēng)機監控系統設計

2．3．2 積分分離PID控制算法
在該系統中，如果e偏離較大，系統在啟動(dòng)、停止或大幅度調節時(shí)，由于積分項的作用，會(huì )出現飽和和較大的超調量。為了消除上述現象，可以采用積分分離算法，將PID和PD結合起來(lái)，在誤差比較大，超過(guò)某一規定值時(shí)，取消積分，只用PD控制，改善系統的動(dòng)態(tài)特性；在誤差比較小時(shí)，采用PID控制，保持穩態(tài)特性。
積分分離的PID算法為：

2．3．3 積分分離PID控制算法參數設定
在變頻控制系統中，使用合適的KP，KI，KD，KE等參數，可以達到優(yōu)質(zhì)的控制效果。該工程中確定參數的方法是在實(shí)際中使用經(jīng)驗法來(lái)確定PID控制器的最優(yōu)參數。先根據經(jīng)驗給定參數值，然后閉環(huán)運行觀(guān)察系統的響應情況，根據響應情況反復調整參數，直到得到滿(mǎn)意的結果為止。
2．4 控制流程
系統軟件使用C語(yǔ)言編寫(xiě)，使用模塊化編程，采用了中斷模式的程序結構，有效地提高了系統的效率。系統軟件控制流程圖如圖5所示。

3 抗干擾設計
監控系統的工作環(huán)境往往是十分惡劣的，在運行時(shí)會(huì )受到來(lái)自系統內部和外部的干擾。嵌入式系統在比較復雜的情況下，會(huì )出現測量不準，控制錯誤，狀態(tài)混亂，死機等情況。而礦井主扇風(fēng)機是否正常運行，關(guān)系著(zhù)礦山生產(chǎn)的安全，因此要保證監控系統的可靠安全運行，抗干擾設計是必不可少的。
3．1 硬件抗干擾設計
在硬件方面，使用通過(guò)EMC認證的電源模塊給系統供電。在PCB制作時(shí)，要嚴格按照PCB抗干擾設計的原則，布線(xiàn)時(shí)盡量減少回路面積，減少回路噪聲；電源線(xiàn)和地線(xiàn)盡量粗，除減少壓降外，還可以降低耦合噪聲。信號采集模塊輸入以及開(kāi)關(guān)量輸入／輸出時(shí)需要添加光電耦合隔離器，切斷兩個(gè)電路之間的電氣聯(lián)系。
3．2 軟件抗干擾設計
在軟件方面，使用軟件看門(mén)狗技術(shù)、軟件陷阱技術(shù)，以及數字濾波技術(shù)。ARM9系統中自帶看門(mén)狗定時(shí)器，當看門(mén)狗定時(shí)器溢出時(shí)，在中斷子程序中使用跳轉指令，跳轉到錯誤處理程序，從而實(shí)現對“跑飛”程序的引導。在應用程序中插入軟件陷阱程序，當CPU正常運行時(shí)，不會(huì )執行軟件陷阱程序段，當系統受到干擾“跑飛”的時(shí)候，由于程序計數器PC值錯誤，落入了軟件陷阱程序，軟件陷阱程序就將程序引導到正確的程序地址。在程序關(guān)鍵的地方加入“NOP”指令，增強陷阱程序的捕捉能力。在采樣溫度、風(fēng)壓等環(huán)境參數時(shí)，由于電信號和磁場(chǎng)環(huán)境的干擾，采樣值與實(shí)際值之間容易出現較大的偏差，該系統中使用防脈沖平均值濾波法。每次采樣時(shí)，采樣N(N>6)個(gè)值，去掉采樣值的最大值和最小值，再將剩下的N-2個(gè)值取平均，得到的值作為最終采樣值輸入。這樣，就可以有效地消除脈沖干擾。

4 結語(yǔ)
安全生產(chǎn)是礦山工業(yè)永恒的主題，主扇風(fēng)機作為保證礦山安全生產(chǎn)的重要設備，必須保證連續運行。而工作狀態(tài)監控系統是保障主扇風(fēng)機連續運行的重要手段，本文根據國內礦山工業(yè)主扇風(fēng)機的使用狀況，研究設計了一種基于ARM9的礦井主扇風(fēng)機監控系統。系統可對軸溫、風(fēng)壓、供電電壓、供電電流等多種與主扇風(fēng)機運行狀況相關(guān)的參數進(jìn)行實(shí)時(shí)監測記錄，通過(guò)積分分離PID算法，使變頻器對礦井風(fēng)壓進(jìn)行自適應控制，同時(shí)通過(guò)RS485與上位機通信，實(shí)現遠程控制。該設計有效地解決了目前國內大多數風(fēng)機控制不能根據實(shí)際情況自動(dòng)調整排風(fēng)量，需要24小時(shí)人工值守，耗能大，可靠性和實(shí)時(shí)性差等問(wèn)題，具有一定的實(shí)用性和推廣性。