范貝貝

摘 要：近年來，隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，工程建設(shè)也迎來了自己的發(fā)展高峰期，工程數(shù)量增長的趨勢十分明顯。目前礦用局部通風(fēng)機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)普遍通過電纜進(jìn)行傳輸，但在部分礦井工作面難以實現(xiàn)，尤其是在惡劣的礦井環(huán)境中，無法滿足部分地域的有線傳輸。由于礦用局部通風(fēng)機(jī)監(jiān)測參數(shù)數(shù)量較大，監(jiān)測節(jié)點分布廣泛，特別需要設(shè)計一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的條件監(jiān)測系統(tǒng)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用可以消除傳統(tǒng)電纜之間傳輸?shù)牟槐?。該系統(tǒng)旨在監(jiān)測礦用局部通風(fēng)機(jī)的運行情況，并提前進(jìn)行預(yù)警。

關(guān)鍵詞：礦用;局部通風(fēng)機(jī);遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng);應(yīng)用

引言

礦用局部通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的主要任務(wù)是向井下運送新鮮空氣，并控制井下有害氣體、瓦斯及粉塵的濃度，如果礦用局部通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)發(fā)生故障，將會給井下生產(chǎn)作業(yè)帶來嚴(yán)重的安全隱患。因此針對礦用局部通風(fēng)機(jī)建立一套安全、可靠、智能的監(jiān)測與控制系統(tǒng)對提高煤炭生產(chǎn)的效率和安全性具有重要意義。

1風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程故障監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1）局部通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要由地面控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、PLC控制器、泡沫抑塵系統(tǒng)、故障監(jiān)測系統(tǒng)以及降溫裝置等組成。2）地面控制系統(tǒng)主要包括上位機(jī)系統(tǒng)、顯示器、信號接口等部分組成，控制系統(tǒng)主要對井下集控系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集，具有打印報表、實時監(jiān)控等功能。3）PLC控制器是整個系統(tǒng)控制核心，控制器分別與聯(lián)鎖開關(guān)、故障監(jiān)測系統(tǒng)連接，主要用于數(shù)據(jù)收集、信號處理以及指令發(fā)送等動作。4）故障檢測系統(tǒng)主要由各類傳感器組成，主要包括粉塵濃度傳感器、切換故障傳感器、溫度傳感器等部分組成;粉塵濃度傳感器安裝在風(fēng)機(jī)吸風(fēng)口前方5.0m處，設(shè)定的粉塵質(zhì)量濃度動作保護(hù)值為15mg/m3，切換故障傳感器與原風(fēng)機(jī)切換裝置連接;溫度傳感器設(shè)定溫度動作值為80℃，安裝在風(fēng)機(jī)電機(jī)與機(jī)罩之間。5）泡沫抑塵系統(tǒng)主要由電控液閥、泡沫生產(chǎn)器、旋轉(zhuǎn)噴頭等部分組成，電控液閥分別與聯(lián)鎖開關(guān)以及泡沫生產(chǎn)器連接，通過聯(lián)鎖開關(guān)控制可實現(xiàn)電控液壓開關(guān)動作。6）降溫裝置主要安裝在電機(jī)護(hù)罩壁上，通常采用風(fēng)冷方式進(jìn)行降溫，該降溫裝置主要由5 kW驅(qū)動電機(jī)、供風(fēng)管路等部分組成，降溫裝置與聯(lián)鎖開關(guān)連接。

2 PLC程序設(shè)計

基于模塊化思想對軟件程序進(jìn)行設(shè)計，將整個在線監(jiān)控系統(tǒng)的功能進(jìn)行劃分，針對不同的功能分別進(jìn)行程序設(shè)計，這種設(shè)計思想不僅便于軟件程序的實現(xiàn)，同時也有助于后期對程序的維護(hù)。通過模塊化設(shè)計可以對需要采集的系統(tǒng)運行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分類采集，并分類輸出不同的結(jié)果。軟件程序包含一個主程序和若干個子程序，通過主程序?qū)ψ映绦蜻M(jìn)行調(diào)取。軟件開始運行后，系統(tǒng)通電首先對上周期運行的數(shù)據(jù)進(jìn)行清零處理，為此次在線監(jiān)控工作做好準(zhǔn)備工作，然后開始程序的其他各項操作。另外，在局部通風(fēng)機(jī)啟動以后，還會調(diào)用FC95、FC100和FC105子程序，其主要作用是對局部通風(fēng)機(jī)運行過程中涉及到的模擬量數(shù)據(jù)信號進(jìn)行采集、邏輯比較、執(zhí)行輸出。

3傳感器的介紹

①壓力傳感器。井下的環(huán)境比較艱苦，需要實時感知周圍的空氣壓力，確保局部通風(fēng)排氣的正常進(jìn)行。選擇JQYB-A1型的氣體壓力傳感器安置在局部通風(fēng)機(jī)機(jī)房的周圍，并外接24 V的電源為其供電，該傳感器具有極性反相保護(hù)功能，而且抗干擾能力強(qiáng)，能夠很好的適應(yīng)井下的環(huán)境。②溫度傳感器。因為局部通風(fēng)機(jī)需要長時間的將空氣一直輸送到礦井中，驅(qū)動電機(jī)和機(jī)軸等位置的溫度會因為長時間的工作而持續(xù)升高，因此需要對這些部位的溫度進(jìn)行測量，避免溫度過高，燒毀電機(jī)。將型號為PT100的溫度傳感器放置在機(jī)軸附近，并外接24 V的電源為其供電，同時連接一個熱電偶。③振動傳感器。局部通風(fēng)機(jī)正常工作時，驅(qū)動電機(jī)會發(fā)生無規(guī)則的振動，如果振動的頻率過大，會導(dǎo)致電機(jī)燒毀，還可能會破壞軸承，使得葉片變形，局部通風(fēng)機(jī)也會因此損壞。所以，要選擇靈敏度比較高的CD-21-S型振動傳感器對電機(jī)的振動頻率進(jìn)行監(jiān)測，確保在電機(jī)的振動速度加快時能夠及時發(fā)現(xiàn)振動頻率的變化。

4通信協(xié)議的應(yīng)用

Z-堆棧的主要工作過程可分為系統(tǒng)啟動、禁用所有中斷、驅(qū)動程序初始化、OSAL初始化和啟動、輪詢?nèi)蝿?wù)等多個階段。執(zhí)行操作系統(tǒng)時，按優(yōu)先級檢查每個任務(wù)的準(zhǔn)備情況，如果某些任務(wù)已準(zhǔn)備就緒，OSAL將調(diào)用相應(yīng)的事件處理程序來處理該事件，直到輪詢并執(zhí)行所有準(zhǔn)備就緒的任務(wù)為止。根據(jù)IEEE802.15.4和ZigBee標(biāo)準(zhǔn)，將Z-Stack分為以下幾層：API（應(yīng)用程序編程接口）、HAL（硬件抽象層）、MAC（媒體Access控件）、NWK（ZigBee網(wǎng)絡(luò)層）、OSAL（操作系統(tǒng)抽象系統(tǒng)）、安全、服務(wù)、ZDO（ZigBee設(shè)備對象）。其中，Z-Stack通過TI創(chuàng)建了HAL、MAC、NWK、OSAL、安全、服務(wù)和ZDO層。用戶無需修改這些功能，只需要創(chuàng)建API層的自定義任務(wù)和事件處理程序即可。Z-Stack按任務(wù)輪詢事件構(gòu)成了“事件—任務(wù)—操作系統(tǒng)”的這樣一種調(diào)度機(jī)制，操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)調(diào)度多項任務(wù)，每個任務(wù)都包含多個事件。添加新任務(wù)的三個修改步驟如下：向任務(wù)初始化功能添加新任務(wù)osalInitTasks（）;向新任務(wù)中添加多個事件;為每個新創(chuàng)建的用戶的任務(wù)添加兩個相關(guān)的處理程序，即初始化處理程序和事件處理程序：APP_Init（）、APP_ProcessEvent（）。

5 KingView與接收器節(jié)點之間的通信程序

一般通過以下三種方法來實現(xiàn)通信：用戶可以通過KingView驅(qū)動程序開發(fā)包開發(fā)自己的通信驅(qū)動程序，本方法適合專業(yè)制造商;用戶可以通過DDE手段進(jìn)行通信，但該方法更復(fù)雜，不太實時;而KingView提供了通用通信協(xié)議，具有相對簡單、通信良好且實時的特點。因此，采用了第三種方法。首先需要設(shè)置通信端口的參數(shù)，然后根據(jù)通用通信協(xié)議的格式來定義KingView中的設(shè)備地址和寄存器。采用C語言的ASCII代碼設(shè)計。根據(jù)通用通信協(xié)議，當(dāng)KingView讀取數(shù)據(jù)時，如果讀取正常，CC2430為格式1，否則CC2430為格式2。同時將環(huán)境參數(shù)變化情況以有數(shù)據(jù)編譯的形式，通過曲線圖形展示給后臺的技術(shù)管理人員，以對環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，從而有效地對礦用局部通風(fēng)機(jī)的實時運行情況進(jìn)行了展示。

6人機(jī)界面

對局部風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的PLC軟件進(jìn)行設(shè)計，首先對控制器的程序進(jìn)行設(shè)定，程序包含著初始化程序、數(shù)據(jù)通訊程序、主備系統(tǒng)程序及報警程序等。系統(tǒng)的人機(jī)界面是人與系統(tǒng)交流的核心部件，設(shè)計將風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)布置兩個組態(tài)畫面，其中一個作為監(jiān)控組態(tài)畫面，另一個為觸摸屏的顯示界面，用于只展示系統(tǒng)的擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)圖、設(shè)備的運輸狀態(tài)及風(fēng)機(jī)運行的各種參數(shù)。人機(jī)界面設(shè)置有報警查詢界面，其不僅可以實現(xiàn)報警來源查詢，還可以查詢報警的時間，同時系統(tǒng)可以將振動報警、溫度報警及其他報警形式進(jìn)行分別管理。

結(jié)語

對局部通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與改進(jìn)，目的是提高局部通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的自動化控制水平，應(yīng)用PLC可以實現(xiàn)對局部通風(fēng)機(jī)正常倒機(jī)以及葉片角度的調(diào)節(jié)，實時記錄局部通風(fēng)機(jī)的運行狀況，并且對突發(fā)故障做出及時的預(yù)警。提前預(yù)防局部通風(fēng)機(jī)可能發(fā)生的故障，確保局部通風(fēng)機(jī)長時間處于正常工作狀態(tài)，才能保持井下煤炭生產(chǎn)的高效性。

參考文獻(xiàn)

[1]程曉之.礦井局部通風(fēng)智能調(diào)控系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)研究[J].工況自動化，2021.

[2]任彥峰.局部通風(fēng)機(jī)監(jiān)測監(jiān)控及遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用[J].機(jī)械管理開發(fā)，2021.

[3]李澤鵬.煤礦局部通風(fēng)機(jī)瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].煤炭科技，2021.