基于ARM9的自適應(yīng)礦井主扇風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2．3．2 積分分離PID控制算法
在該系統(tǒng)中，如果e偏離較大，系統(tǒng)在啟動(dòng)、停止或大幅度調(diào)節(jié)時(shí)，由于積分項(xiàng)的作用，會(huì)出現(xiàn)飽和和較大的超調(diào)量。為了消除上述現(xiàn)象，可以采用積分分離算法，將PID和PD結(jié)合起來，在誤差比較大，超過某一規(guī)定值時(shí)，取消積分，只用PD控制，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性；在誤差比較小時(shí)，采用PID控制，保持穩(wěn)態(tài)特性。
積分分離的PID算法為：

2．3．3 積分分離PID控制算法參數(shù)設(shè)定
在變頻控制系統(tǒng)中，使用合適的KP，KI，KD，KE等參數(shù)，可以達(dá)到優(yōu)質(zhì)的控制效果。該工程中確定參數(shù)的方法是在實(shí)際中使用經(jīng)驗(yàn)法來確定PID控制器的最優(yōu)參數(shù)。先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)給定參數(shù)值，然后閉環(huán)運(yùn)行觀察系統(tǒng)的響應(yīng)情況，根據(jù)響應(yīng)情況反復(fù)調(diào)整參數(shù)，直到得到滿意的結(jié)果為止。
2．4 控制流程
系統(tǒng)軟件使用C語言編寫，使用模塊化編程，采用了中斷模式的程序結(jié)構(gòu)，有效地提高了系統(tǒng)的效率。系統(tǒng)軟件控制流程圖如圖5所示。

3 抗干擾設(shè)計(jì)
監(jiān)控系統(tǒng)的工作環(huán)境往往是十分惡劣的，在運(yùn)行時(shí)會(huì)受到來自系統(tǒng)內(nèi)部和外部的干擾。嵌入式系統(tǒng)在比較復(fù)雜的情況下，會(huì)出現(xiàn)測(cè)量不準(zhǔn)，控制錯(cuò)誤，狀態(tài)混亂，死機(jī)等情況。而礦井主扇風(fēng)機(jī)是否正常運(yùn)行，關(guān)系著礦山生產(chǎn)的安全，因此要保證監(jiān)控系統(tǒng)的可靠安全運(yùn)行，抗干擾設(shè)計(jì)是必不可少的。
3．1 硬件抗干擾設(shè)計(jì)
在硬件方面，使用通過EMC認(rèn)證的電源模塊給系統(tǒng)供電。在PCB制作時(shí)，要嚴(yán)格按照PCB抗干擾設(shè)計(jì)的原則，布線時(shí)盡量減少回路面積，減少回路噪聲；電源線和地線盡量粗，除減少壓降外，還可以降低耦合噪聲。信號(hào)采集模塊輸入以及開關(guān)量輸入／輸出時(shí)需要添加光電耦合隔離器，切斷兩個(gè)電路之間的電氣聯(lián)系。
3．2 軟件抗干擾設(shè)計(jì)
在軟件方面，使用軟件看門狗技術(shù)、軟件陷阱技術(shù)，以及數(shù)字濾波技術(shù)。ARM9系統(tǒng)中自帶看門狗定時(shí)器，當(dāng)看門狗定時(shí)器溢出時(shí)，在中斷子程序中使用跳轉(zhuǎn)指令，跳轉(zhuǎn)到錯(cuò)誤處理程序，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)“跑飛”程序的引導(dǎo)。在應(yīng)用程序中插入軟件陷阱程序，當(dāng)CPU正常運(yùn)行時(shí)，不會(huì)執(zhí)行軟件陷阱程序段，當(dāng)系統(tǒng)受到干擾“跑飛”的時(shí)候，由于程序計(jì)數(shù)器PC值錯(cuò)誤，落入了軟件陷阱程序，軟件陷阱程序就將程序引導(dǎo)到正確的程序地址。在程序關(guān)鍵的地方加入“NOP”指令，增強(qiáng)陷阱程序的捕捉能力。在采樣溫度、風(fēng)壓等環(huán)境參數(shù)時(shí)，由于電信號(hào)和磁場(chǎng)環(huán)境的干擾，采樣值與實(shí)際值之間容易出現(xiàn)較大的偏差，該系統(tǒng)中使用防脈沖平均值濾波法。每次采樣時(shí)，采樣N(N>6)個(gè)值，去掉采樣值的最大值和最小值，再將剩下的N-2個(gè)值取平均，得到的值作為最終采樣值輸入。這樣，就可以有效地消除脈沖干擾。

4 結(jié)語
安全生產(chǎn)是礦山工業(yè)永恒的主題，主扇風(fēng)機(jī)作為保證礦山安全生產(chǎn)的重要設(shè)備，必須保證連續(xù)運(yùn)行。而工作狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)是保障主扇風(fēng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行的重要手段，本文根據(jù)國(guó)內(nèi)礦山工業(yè)主扇風(fēng)機(jī)的使用狀況，研究設(shè)計(jì)了一種基于ARM9的礦井主扇風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)可對(duì)軸溫、風(fēng)壓、供電電壓、供電電流等多種與主扇風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀況相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)記錄，通過積分分離PID算法，使變頻器對(duì)礦井風(fēng)壓進(jìn)行自適應(yīng)控制，同時(shí)通過RS485與上位機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。該設(shè)計(jì)有效地解決了目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)風(fēng)機(jī)控制不能根據(jù)實(shí)際情況自動(dòng)調(diào)整排風(fēng)量，需要24小時(shí)人工值守，耗能大，可靠性和實(shí)時(shí)性差等問題，具有一定的實(shí)用性和推廣性。