基于CAN總線(xiàn)的煤礦風(fēng)機監控系統設計
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引言
煤礦井下風(fēng)機是對礦井送風(fēng)的重要設備，風(fēng)機工作的狀態(tài)，關(guān)系到對礦井送風(fēng)的質(zhì)量。目前國內大部分礦井采用的風(fēng)機監測還是模擬儀表，工作人員要在現場(chǎng)抄表，在風(fēng)機出現故障時(shí)需要手工切換工作設備，并人工上報故障信息，風(fēng)機運行的可靠性和實(shí)時(shí)性都無(wú)法滿(mǎn)足需要。
為保證煤礦井下安全生產(chǎn)，需對風(fēng)機的工作狀態(tài)進(jìn)行監視，并根據現場(chǎng)環(huán)境的風(fēng)壓、瓦斯氣體含量、溫度等實(shí)際情況，有效地控制風(fēng)機的送風(fēng)量，既要滿(mǎn)足對現場(chǎng)空氣的要求，為煤礦的安全生產(chǎn)提供可靠保證，也要避免過(guò)量送風(fēng)，降低能源消耗 [1]。 2 風(fēng)機監控系統特點(diǎn)
風(fēng)機監控系統的特點(diǎn)是采用 DSP作為核心控制器，用 CAN總線(xiàn)通信。DSP控制器將高性能的 DSP內核和豐富的微控制器外設功能集于單片中，在數據處理和自動(dòng)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應用；控制器局域網(wǎng) CAN（Controller Area Network）能有效地支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò )，應用范圍遍及從高速網(wǎng)絡(luò )到低成本的多線(xiàn)路網(wǎng)路，尤其適合于控制設備和監控設備之間的互連。CAN總線(xiàn)在主從工作方式下總線(xiàn)上最多可掛接 110個(gè)節點(diǎn)設備；通信速率最高達 1Mbps；傳輸距離最遠達 10km。相比其他通信方式具有遠距離通信、高可靠性、擴展性好的優(yōu)點(diǎn)[2]。 3 風(fēng)機監控系統的功能
3.1 參數采集
（1）電參數。電參數包括電壓、電流、有功功率和功率因數等。監控系統根據這些參數實(shí)時(shí)監測電網(wǎng)電信號的質(zhì)量，并掌握風(fēng)機所消耗的電能。
（2）溫度。系統需要監測電機定子溫度和電機主軸的溫度，取每個(gè)主軸的前端和后端作為
溫度監測點(diǎn)，同時(shí)還要監測風(fēng)機房室內和室外溫度。
（3）瓦斯濃度。風(fēng)機風(fēng)筒內井口的瓦斯濃度，反映了井下抽出氣體的瓦斯濃度，若濃度超標，必須及時(shí)增大通風(fēng)量，稀釋瓦斯。
（4）風(fēng)量與風(fēng)壓。風(fēng)壓與風(fēng)量是風(fēng)機重要參數，反映風(fēng)機的通風(fēng)能力，流量由壓差計算出。
3.2 風(fēng)機綜合保護
礦用風(fēng)機一般采用冗余結構，風(fēng)機系統由一主一備兩套風(fēng)機構成，且每臺風(fēng)機配兩臺電動(dòng)機，通過(guò)一個(gè)電源切換裝置，還可進(jìn)行主備電源的切換。風(fēng)機和電源的冗余結構，能夠大大提高風(fēng)機裝置的可靠性[3]。由于一套風(fēng)機系統由 4臺電機控制，應同時(shí)監測 4臺電機是有否缺相、短路、過(guò)載及漏電故障，實(shí)現電機綜合保護。
3.3 風(fēng)機驅動(dòng)控制風(fēng)機的風(fēng)速等級由4臺電機高、低速運行的不同組合控制，不同的瓦斯濃度啟動(dòng)不同的
風(fēng)速等級[4]，當風(fēng)量和風(fēng)壓不滿(mǎn)足要求時(shí)，增大通風(fēng)量；當有故障或倒機時(shí)，啟動(dòng)備用風(fēng)機。在溫度、瓦斯超限時(shí)報警并啟動(dòng)備用風(fēng)機，在保證通風(fēng)的情況下，保障風(fēng)機設備安全。當風(fēng)量達最大時(shí)，瓦斯濃度仍超標，此時(shí)實(shí)現瓦斯和風(fēng)電閉鎖，風(fēng)機停止工作，同時(shí)切
斷所有電源，防止有電火花使瓦斯爆炸，發(fā)生危險。 4 風(fēng)機監控系統設計
4.1 風(fēng)機監控系統的結構
系統以TI公司的DSP芯片TMS320F2407為系統核心，外圍電路有數據采集、存儲電路；通信電路；電機檢測電路；風(fēng)機控制電路；顯示電路等。風(fēng)機監控系統的結構見(jiàn)圖1。所有的開(kāi)關(guān)量參數經(jīng)光電隔離電路后直接送入DSP的數據總線(xiàn)，而傳感器檢測到各種模擬信號經(jīng) A/D轉換后送入DSP的數據總線(xiàn)，參數在 LCD上顯示，并能實(shí)現手動(dòng)控制。
4.2 CAN總線(xiàn)通信
系統對采集到的監控數據進(jìn)行運算、處理后，控制風(fēng)機運行狀態(tài)，并通過(guò) CAN總線(xiàn)發(fā)送給地面監控室，同時(shí)可接收地面監控室的控制指令，實(shí)現對風(fēng)機設備進(jìn)行遠程控制。作為 CAN總線(xiàn)一個(gè)分布于現場(chǎng)的通信節點(diǎn)，每個(gè)風(fēng)機監控系統都有自己的 CAN總線(xiàn)接口，采用總線(xiàn)掛接式結構，與地面主機之間完成信息交換[5]。圖 2為 CAN總線(xiàn)通信結構框圖。
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