基于CAN總線的煤礦風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言
煤礦井下風(fēng)機(jī)是對(duì)礦井送風(fēng)的重要設(shè)備，風(fēng)機(jī)工作的狀態(tài)，關(guān)系到對(duì)礦井送風(fēng)的質(zhì)量。目前國(guó)內(nèi)大部分礦井采用的風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)還是模擬儀表，工作人員要在現(xiàn)場(chǎng)抄表，在風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)需要手工切換工作設(shè)備，并人工上報(bào)故障信息，風(fēng)機(jī)運(yùn)行的可靠性和實(shí)時(shí)性都無(wú)法滿足需要。
為保證煤礦井下安全生產(chǎn)，需對(duì)風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，并根據(jù)現(xiàn)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(jī)的送風(fēng)量，既要滿足對(duì)現(xiàn)場(chǎng)空氣的要求，為煤礦的安全生產(chǎn)提供可靠保證，也要避免過量送風(fēng)，降低能源消耗 [1]。 2 風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)特點(diǎn)
風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)是采用 DSP作為核心控制器，用 CAN總線通信。DSP控制器將高性能的 DSP內(nèi)核和豐富的微控制器外設(shè)功能集于單片中，在數(shù)據(jù)處理和自動(dòng)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)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(yīng)用范圍遍及從高速網(wǎng)絡(luò)到低成本的多線路網(wǎng)路，尤其適合于控制設(shè)備和監(jiān)控設(shè)備之間的互連。CAN總線在主從工作方式下總線上最多可掛接 110個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備；通信速率最高達(dá) 1Mbps；傳輸距離最遠(yuǎn)達(dá) 10km。相比其他通信方式具有遠(yuǎn)距離通信、高可靠性、擴(kuò)展性好的優(yōu)點(diǎn)[2]。 3 風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能
   3.1 參數(shù)采集

（1）電參數(shù)。電參數(shù)包括電壓、電流、有功功率和功率因數(shù)等。監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)這些參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)電信號(hào)的質(zhì)量，并掌握風(fēng)機(jī)所消耗的電能。

（2）溫度。系統(tǒng)需要監(jiān)測(cè)電機(jī)定子溫度和電機(jī)主軸的溫度，取每個(gè)主軸的前端和后端作為
溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，同時(shí)還要監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)房室內(nèi)和室外溫度。
（3）瓦斯?jié)舛?。風(fēng)機(jī)風(fēng)筒內(nèi)井口的瓦斯?jié)舛?，反映了井下抽出氣體的瓦斯?jié)舛?，若濃度超?biāo)，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(jī)重要參數(shù)，反映風(fēng)機(jī)的通風(fēng)能力，流量由壓差計(jì)算出。

3.2 風(fēng)機(jī)綜合保護(hù)
礦用風(fēng)機(jī)一般采用冗余結(jié)構(gòu)，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)由一主一備兩套風(fēng)機(jī)構(gòu)成，且每臺(tái)風(fēng)機(jī)配兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，通過一個(gè)電源切換裝置，還可進(jìn)行主備電源的切換。風(fēng)機(jī)和電源的冗余結(jié)構(gòu)，能夠大大提高風(fēng)機(jī)裝置的可靠性[3]。由于一套風(fēng)機(jī)系統(tǒng)由 4臺(tái)電機(jī)控制，應(yīng)同時(shí)監(jiān)測(cè) 4臺(tái)電機(jī)是有否缺相、短路、過載及漏電故障，實(shí)現(xiàn)電機(jī)綜合保護(hù)。
3.3 風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制風(fēng)機(jī)的風(fēng)速等級(jí)由4臺(tái)電機(jī)高、低速運(yùn)行的不同組合控制，不同的瓦斯?jié)舛葐?dòng)不同的
風(fēng)速等級(jí)[4]，當(dāng)風(fēng)量和風(fēng)壓不滿足要求時(shí)，增大通風(fēng)量；當(dāng)有故障或倒機(jī)時(shí)，啟動(dòng)備用風(fēng)機(jī)。在溫度、瓦斯超限時(shí)報(bào)警并啟動(dòng)備用風(fēng)機(jī)，在保證通風(fēng)的情況下，保障風(fēng)機(jī)設(shè)備安全。當(dāng)風(fēng)量達(dá)最大時(shí)，瓦斯?jié)舛热猿瑯?biāo)，此時(shí)實(shí)現(xiàn)瓦斯和風(fēng)電閉鎖，風(fēng)機(jī)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(xiǎn)。 4 風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.1 風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)以TI公司的DSP芯片TMS320F2407為系統(tǒng)核心，外圍電路有數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)電路；通信電路；電機(jī)檢測(cè)電路；風(fēng)機(jī)控制電路；顯示電路等。風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見圖1。所有的開關(guān)量參數(shù)經(jīng)光電隔離電路后直接送入DSP的數(shù)據(jù)總線，而傳感器檢測(cè)到各種模擬信號(hào)經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換后送入DSP的數(shù)據(jù)總線，參數(shù)在 LCD上顯示，并能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制。 
 

4.2 CAN總線通信
系統(tǒng)對(duì)采集到的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、處理后，控制風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，并通過 CAN總線發(fā)送給地面監(jiān)控室，同時(shí)可接收地面監(jiān)控室的控制指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。作為 CAN總線一個(gè)分布于現(xiàn)場(chǎng)的通信節(jié)點(diǎn)，每個(gè)風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)都有自己的 CAN總線接口，采用總線掛接式結(jié)構(gòu)，與地面主機(jī)之間完成信息交換[5]。圖 2為 CAN總線通信結(jié)構(gòu)框圖。