范貝貝

摘 要：近年來(lái)，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，工程建設(shè)也迎來(lái)了自己的發(fā)展高峰期，工程數(shù)量增長(zhǎng)的趨勢(shì)十分明顯。目前礦用局部通風(fēng)機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)普遍通過(guò)電纜進(jìn)行傳輸，但在部分礦井工作面難以實(shí)現(xiàn)，尤其是在惡劣的礦井環(huán)境中，無(wú)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(cè)參數(shù)數(shù)量較大，監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)分布廣泛，特別需要設(shè)計(jì)一種基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的條件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，無(wú)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(cè)礦用局部通風(fēng)機(jī)的運(yùn)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(yùn)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(huì)給井下生產(chǎn)作業(yè)帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。因此針對(duì)礦用局部通風(fēng)機(jī)建立一套安全、可靠、智能的監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)對(duì)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(cè)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(cè)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(hào)接口等部分組成，控制系統(tǒng)主要對(duì)井下集控系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集，具有打印報(bào)表、實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能。3）PLC控制器是整個(gè)系統(tǒng)控制核心，控制器分別與聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)、故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)連接，主要用于數(shù)據(jù)收集、信號(hào)處理以及指令發(fā)送等動(dòng)作。4）故障檢測(cè)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(dòng)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(dòng)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(kāi)關(guān)以及泡沫生產(chǎn)器連接，通過(guò)聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)控制可實(shí)現(xiàn)電控液壓開(kāi)關(guān)動(dòng)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(dòng)電機(jī)、供風(fēng)管路等部分組成，降溫裝置與聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)連接。

2 PLC程序設(shè)計(jì)

基于模塊化思想對(duì)軟件程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，將整個(gè)在線監(jiān)控系統(tǒng)的功能進(jìn)行劃分，針對(duì)不同的功能分別進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)思想不僅便于軟件程序的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也有助于后期對(duì)程序的維護(hù)。通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)可以對(duì)需要采集的系統(tǒng)運(yùn)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(gè)主程序和若干個(gè)子程序，通過(guò)主程序?qū)ψ映绦蜻M(jìn)行調(diào)取。軟件開(kāi)始運(yùn)行后，系統(tǒng)通電首先對(duì)上周期運(yùn)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(kāi)始程序的其他各項(xiàng)操作。另外，在局部通風(fēng)機(jī)啟動(dòng)以后，還會(huì)調(diào)用FC95、FC100和FC105子程序，其主要作用是對(duì)局部通風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中涉及到的模擬量數(shù)據(jù)信號(hào)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(shí)時(shí)感知周?chē)目諝鈮毫?，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?chē)?，并外?4 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?yàn)榫植客L(fēng)機(jī)需要長(zhǎng)時(shí)間的將空氣一直輸送到礦井中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)和機(jī)軸等位置的溫度會(huì)因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間的工作而持續(xù)升高，因此需要對(duì)這些部位的溫度進(jìn)行測(cè)量，避免溫度過(guò)高，燒毀電機(jī)。將型號(hào)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(shí)連接一個(gè)熱電偶。③振動(dòng)傳感器。局部通風(fēng)機(jī)正常工作時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)會(huì)發(fā)生無(wú)規(guī)則的振動(dòng)，如果振動(dòng)的頻率過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)燒毀，還可能會(huì)破壞軸承，使得葉片變形，局部通風(fēng)機(jī)也會(huì)因此損壞。所以，要選擇靈敏度比較高的CD-21-S型振動(dòng)傳感器對(duì)電機(jī)的振動(dòng)頻率進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確保在電機(jī)的振動(dòng)速度加快時(shí)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)振動(dòng)頻率的變化。

4通信協(xié)議的應(yīng)用

Z-堆棧的主要工作過(guò)程可分為系統(tǒng)啟動(dòng)、禁用所有中斷、驅(qū)動(dòng)程序初始化、OSAL初始化和啟動(dòng)、輪詢?nèi)蝿?wù)等多個(gè)階段。執(zhí)行操作系統(tǒng)時(shí)，按優(yōu)先級(jí)檢查每個(gè)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(lái)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(duì)象）。其中，Z-Stack通過(guò)TI創(chuàng)建了HAL、MAC、NWK、OSAL、安全、服務(wù)和ZDO層。用戶無(wú)需修改這些功能，只需要?jiǎng)?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(xiàng)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)都包含多個(gè)事件。添加新任務(wù)的三個(gè)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(gè)事件;為每個(gè)新創(chuàng)建的用戶的任務(wù)添加兩個(gè)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(diǎn)之間的通信程序

一般通過(guò)以下三種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)通信：用戶可以通過(guò)KingView驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)包開(kāi)發(fā)自己的通信驅(qū)動(dòng)程序，本方法適合專業(yè)制造商;用戶可以通過(guò)DDE手段進(jìn)行通信，但該方法更復(fù)雜，不太實(shí)時(shí);而KingView提供了通用通信協(xié)議，具有相對(duì)簡(jiǎn)單、通信良好且實(shí)時(shí)的特點(diǎn)。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(lái)定義KingView中的設(shè)備地址和寄存器。采用C語(yǔ)言的ASCII代碼設(shè)計(jì)。根據(jù)通用通信協(xié)議，當(dāng)KingView讀取數(shù)據(jù)時(shí)，如果讀取正常，CC2430為格式1，否則CC2430為格式2。同時(shí)將環(huán)境參數(shù)變化情況以有數(shù)據(jù)編譯的形式，通過(guò)曲線圖形展示給后臺(tái)的技術(shù)管理人員，以對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而有效地對(duì)礦用局部通風(fēng)機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況進(jìn)行了展示。

6人機(jī)界面

對(duì)局部風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的PLC軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，首先對(duì)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(bào)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(jì)將風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)布置兩個(gè)組態(tài)畫(huà)面，其中一個(gè)作為監(jiān)控組態(tài)畫(huà)面，另一個(gè)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(yùn)輸狀態(tài)及風(fēng)機(jī)運(yùn)行的各種參數(shù)。人機(jī)界面設(shè)置有報(bào)警查詢界面，其不僅可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警來(lái)源查詢，還可以查詢報(bào)警的時(shí)間，同時(shí)系統(tǒng)可以將振動(dòng)報(bào)警、溫度報(bào)警及其他報(bào)警形式進(jìn)行分別管理。

結(jié)語(yǔ)

對(duì)局部通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(dòng)化控制水平，應(yīng)用PLC可以實(shí)現(xiàn)對(duì)局部通風(fēng)機(jī)正常倒機(jī)以及葉片角度的調(diào)節(jié)，實(shí)時(shí)記錄局部通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀況，并且對(duì)突發(fā)故障做出及時(shí)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(zhǎng)時(shí)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。

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