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        一種基于ARM的煤礦主通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

        2014-04-21 15:41:56宋牛
        新媒體研究 2014年5期
        關(guān)鍵詞:監(jiān)控系統(tǒng)煤礦

        宋牛

        摘 要 為了能夠有效地解決目前大多數(shù)煤礦所使用的主通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中存在的問題,文章提出了基于ARM芯片的一種煤礦主通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)解決方案,著重對(duì)該解決方案的軟、硬件設(shè)計(jì)以及主要功能的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)介紹。該系統(tǒng)解決方案能夠完成對(duì)煤礦主通風(fēng)機(jī)各個(gè)參數(shù)的實(shí)時(shí)性采集和監(jiān)控,能夠保證主通風(fēng)機(jī)高效而穩(wěn)定地工作,具備現(xiàn)在大多數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)所不具有的遠(yuǎn)程控制的能力。

        關(guān)鍵詞 ARM;煤礦;主通風(fēng)及;監(jiān)控系統(tǒng)

        中圖分類號(hào):TD441 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671-7597(2014)05-0022-01

        在對(duì)煤礦進(jìn)行生產(chǎn)運(yùn)作時(shí),煤礦礦井中的主通風(fēng)機(jī)的主要任務(wù)是向礦井下注入新鮮的空氣,把有毒的有害的氣體排出等,對(duì)煤礦開采工作的安全性與能源的節(jié)約性具有重大的作用。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦主通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的完整性設(shè)計(jì)的要求,現(xiàn)以工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中通用的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議Modbus,利用基于ARM Cortex-M3系列微控制器的先進(jìn)的嵌入式技術(shù)設(shè)計(jì)煤礦主通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)方案,以確保對(duì)煤礦主通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)有效監(jiān)控。在該系統(tǒng)中,為了能夠?qū)χ魍L(fēng)機(jī)的性能和狀態(tài)進(jìn)行時(shí)刻監(jiān)控,使用了技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)行穩(wěn)定的傳感器與微處理器,并能夠及時(shí)監(jiān)測(cè)在煤礦中的主通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀況以及運(yùn)行參數(shù),經(jīng)處理后,對(duì)變頻器進(jìn)行相關(guān)操作,從而控制主通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量,從而提高其運(yùn)行效率。在該系統(tǒng)中,以往系統(tǒng)中使用的、技術(shù)上落后的設(shè)備管理方法將被改變,使得煤礦主通風(fēng)機(jī)的自動(dòng)化管理水平有所提高,并可以使用監(jiān)控站的計(jì)算機(jī)對(duì)主通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控,從而確保主通風(fēng)機(jī)能夠安全、高效地運(yùn)行,有利于對(duì)煤礦設(shè)備的維護(hù)與管理工作。

        1 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)

        本文介紹的監(jiān)控系統(tǒng)解決方案的設(shè)計(jì)模式為使用上位機(jī)與下位機(jī)的組合,并具有兩種控制模式:遠(yuǎn)程控制模式與本地控制模式。本系統(tǒng)的主控制芯片使用ARM Cortex-M3系列微控制器,作為上位機(jī);主通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)通過數(shù)據(jù)采集模塊在下位機(jī)的液晶顯示屏中進(jìn)行顯示,系統(tǒng)中還配有KYFB-2型的綜合保護(hù)系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)線路的有效保護(hù)和預(yù)警。利用基于ARM芯片的微處理器配置上位機(jī),能夠?qū)χ魍L(fēng)機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、顯示以及存儲(chǔ)與輸出數(shù)據(jù),而且提供簡(jiǎn)單且友好的操作界面給操作人員。

        2 煤礦中基于ARM的主通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)方案

        2.1 煤礦中監(jiān)控系統(tǒng)的硬件方案設(shè)計(jì)

        在該系統(tǒng)中采用基于ARM的LPC1752(ARM Cortex-M3系列)芯片作為微處理器單元,不僅能夠滿足實(shí)際工程的需要對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)與預(yù)警,同時(shí)系統(tǒng)價(jià)格低廉,運(yùn)行穩(wěn)定可靠。該監(jiān)控系統(tǒng)使用開關(guān)控制模塊進(jìn)行控制、使用信號(hào)采集模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、用Modbus通訊模塊完成模塊間的通信,將各種主通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)傳遞給微處理器單元LPC1752,該芯片能夠通過主通風(fēng)機(jī)參數(shù)的變化,對(duì)主通風(fēng)機(jī)頻率進(jìn)行調(diào)節(jié),對(duì)主通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制,從而滿足礦井的通風(fēng)要求。而且,控制信號(hào)能夠經(jīng)由無線以太網(wǎng)模塊傳輸給上位機(jī)并進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的處理,從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制的目的。

        要有效進(jìn)行主通風(fēng)機(jī)的監(jiān)控管理,就必須要采集主通風(fēng)機(jī)的各個(gè)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù);采集主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行的主要參數(shù)的原理如下。

        1)監(jiān)測(cè)與采集主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的溫度信號(hào)。該系統(tǒng)通過紅外溫度傳感器測(cè)量電動(dòng)機(jī)三相繞組的溫度以及軸承定子的溫度,并且采集溫度的變送器使用防爆溫度變送器,然后將二者所測(cè)量到的溫度電平專程標(biāo)準(zhǔn)的電流信號(hào)輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器中進(jìn)行轉(zhuǎn)換,進(jìn)而送給微處理器進(jìn)行相關(guān)計(jì)算或操作。

        2)監(jiān)測(cè)主通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀況。監(jiān)視與測(cè)量煤礦中的主通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀況需要用到開停傳感器。該傳感器采集到信號(hào)之后并進(jìn)行相應(yīng)模數(shù)的轉(zhuǎn)換后,送入到微處理器中進(jìn)行處理。

        3)檢測(cè)主通風(fēng)機(jī)的流量。為了能夠?qū)︼L(fēng)量進(jìn)行有效測(cè)控,需要在風(fēng)道中安裝氣體測(cè)量裝置,并通過流量傳感器計(jì)算獲得實(shí)時(shí)需要的流量信號(hào),轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)之后,送入模擬量輸入模塊中進(jìn)行轉(zhuǎn)換,最后輸入到微處理器中進(jìn)行相關(guān)處理操作。

        4)對(duì)主通風(fēng)機(jī)的風(fēng)道中的壓力進(jìn)行檢測(cè)。在主通風(fēng)機(jī)的入口處選擇相應(yīng)的測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行鉆孔,從而能夠?qū)χ魍L(fēng)機(jī)風(fēng)道中的靜壓與全壓進(jìn)行有效檢測(cè),然后通過壓力傳感器把采集到的壓力信號(hào)送入到模擬量輸入處理模塊中,最后在微處理器單元中進(jìn)行相關(guān)處理操作。

        5)監(jiān)測(cè)煤礦主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的電氣性能參數(shù)。電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行電壓、空載時(shí)的運(yùn)行電流、接有負(fù)載時(shí)電流以及勵(lì)磁電流、電壓、功率、功率因素等是主通風(fēng)機(jī)的主要電氣性能參數(shù),這些電氣參數(shù)的監(jiān)測(cè)利用綜合監(jiān)測(cè)裝置對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)、采集,然后送到微處理器中進(jìn)行后續(xù)操作。

        2.2 主通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

        在本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中采用可在ARM平臺(tái)使用的技術(shù)先進(jìn)的μC/OS-II操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理任務(wù)、數(shù)據(jù)的顯示任務(wù)、鍵盤輸入的掃描任務(wù)以及各個(gè)模塊間的通信任務(wù),并管理各個(gè)進(jìn)程。對(duì)數(shù)據(jù)的處理任務(wù)主要是將所采集到的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換;數(shù)據(jù)顯示任務(wù)是在液晶屏上顯示當(dāng)前所測(cè)得的數(shù)據(jù)參量;鍵盤的掃描任務(wù)則是實(shí)現(xiàn)鍵盤輸入進(jìn)行掃面,從而進(jìn)行參數(shù)的修改與設(shè)置,而模塊間的通信任務(wù)則是對(duì)上、下位機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行互換、通信,能夠保障遠(yuǎn)程控制中的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性與有效性。

        3 主通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)

        主通風(fēng)機(jī)在煤礦的設(shè)備中屬于功率容量比較大的設(shè)備,并且常處在運(yùn)行狀態(tài),因而對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性與抗干擾能力的要求較高。使得監(jiān)控系統(tǒng)受到干擾的主要因素為電纜產(chǎn)生的電磁干擾、供電系統(tǒng)的電源干擾、信號(hào)輸入個(gè)模塊間的耦合串?dāng)_、系統(tǒng)接地電平存在差異所產(chǎn)生的環(huán)電流干擾。

        鑒于上述的各個(gè)干擾因素,在本系統(tǒng)采用了相應(yīng)的隔離與抗干擾手段,例如采用屏蔽線,將信號(hào)線與電源線分開,傳感新的輸入信號(hào)采用直流信號(hào),微處理器采用UPS穩(wěn)壓電源進(jìn)行供電。同時(shí)軟件具有自復(fù)位等抗干擾能力。

        4 結(jié)束語

        本文的基于ARM的煤礦主通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)地監(jiān)測(cè)與采集主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行的各參量數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)處理操作,同時(shí)也能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)進(jìn)程控制。該系統(tǒng)具有安全性高、穩(wěn)定性強(qiáng)、實(shí)用性好的優(yōu)點(diǎn),能夠滿足煤礦全天連續(xù)工作的要求。

        參考文獻(xiàn)

        [1]劉頎,沈建明,胡亞非.煤礦主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)參數(shù)遠(yuǎn)傳的實(shí)現(xiàn)[J].風(fēng)機(jī)技術(shù),2004(03).

        [2]趙海鳴,卜英勇,何學(xué)文.大型風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與保護(hù)系統(tǒng)開發(fā)[J].采礦技術(shù),2006(03).endprint

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