主通风机在线监控系统中的抗干扰措施研究

摘要：主通风机在线监控系统中的数据容易受到强电磁环境中的电磁干扰而产生数据失真，为此本文着重探讨主通风机在线监控系统中抗干扰措施，包括硬件抗干扰和软件抗干扰措施，为该监控系统的可靠运行提供了一种新的解决方法。

关键词： 主通风机；监控；抗干扰

中图分类号：TD441 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）35-0032-02

0 引言

矿井主通风机是煤矿四大固定机械之一，担负着向矿井井下输送新鲜空气、排出有害气体、保障矿井安全生产的重任，被称为“矿井肺脏”，同时主通风机发生故障的概率较大，因此需要对主通风机的性能及状态进行实时监测，以便在生产过程中及时掌握其状态和运行参数。然而由于在矿井供电系统中存在着恶劣的电磁环境，使得该系统的监测数据易受到不同程度的电磁干扰，而电磁干扰是影响系统可靠性的因素之一。因此本文探讨了在主通风机在线监测系统中如何采用抗干扰措施来保证监测数据的可靠性。

1 系统组成及主要功能

该系统可在线监测的参数主要有：矿井总负压、通风机风量、通风机供电电压、电流、功率、主、备通风机电机绕组温度和轴承温度、矿井风排瓦斯浓度、通风机开停状态、对旋风机电动机旋转方向、风硐风门状态、排风温度等。能够控制风机、风门绞车的启动和停止，具有声光报警功能，以及当通风机电机绕组及轴承温度超过断电点时，自动切断通风机电源。同时系统软件具有显示、报表打印、存储记录、报警控制、联网数据、远程传送等功能。

2 硬件抗干扰措施

2.1 一般硬件抗干扰措施 由于功率较大，风机房中的电气设备在启动和运行中易产生各种强干扰噪声，同时，雷电、太阳和宇宙射线等也会不可避免地对监控系统产生干扰。硬件抗干扰一般采用滤波、隔离、屏蔽与接地等。具体做法为：

①用铜和铝等导电性能良好的金属材料作屏蔽体，其结构应尽量完整严密并保证良好的接地；

②为了消除或抑制磁场干扰，屏蔽体应由磁导率较高的材料制成，并保证磁路畅通；

③传输电缆采用屏蔽电缆，同时将强电电缆与弱电电缆，动力电缆与电动机电缆、控制电缆分开放置，留有一定的电气间距，避免强电对弱电的感应干扰。通信电缆还可包裹一层导体薄膜强化对电磁干扰的屏蔽作用；

④用稳定性能较好的稳压电源和UPS电源作为主机电源。

2.2 PLC抗干扰措施 作为主通风机在线监测系统的接收装置，PLC会受到来自传导、辐射、静电放电等方面的干扰。由于各PLC生产厂家技术措施不同和所采用的抗干扰实验方法和标准不同，实际抗干扰能力亦有差别[1，2]。

PLC生产厂家常用的硬件措施主要有：屏蔽、滤波、电源的调整与保护、隔离、联锁、采用模块式结构。软件措施主要有：故障诊断、信息保护和恢复、标准化软件程序、智能I/O接口诊断。

3 软件抗干扰措施

3.1 消除监控系统中干扰因素

3.1.1 人为干扰因素的消除 大部分监控系统软件的设计对象为现场监控技术人员和系统操作人员，因此监控系统设计必须以实用简洁为原则，且应对于各种操作均有明确的提示和帮助信息，采用多媒体技术，通过声音、图像等方式提醒用户进行正确的操作[3]，实现良好的人机对话，目前，各种组态软件、虚拟仪器软件大部分能实现此功能。

3.1.2 Windows OS缺陷的应对策略 Windows操作系统的实时性和稳定性存在一定缺陷。以美国NI公司生产的虚拟仪器软件LabWindows/CVI为例，高层的消息传递优先级较高，当操作界面上的标题栏，进行拖动或右击时，系统优先响应高级中断，造成了系统其他任务的暂时中断。因此设计监控系统软件界面时，应在关键部分隐藏标题栏，防止因Windows系统本身缺陷造成系统的响应中断。

3.1.3 异常数据的剔除 由于各种干扰噪声的存在，程序在运行时和锁存后可能会使关键数据被修改，致使系统功能紊乱，因此对于数据传输和处理的各种寄存器以及I/O口，应增加执行次数进行纠错。对于模拟量信号，经ADC转换之前，若频率较低，则应在有效时间内多次采集，剔除异常数据。如在本监控系统中由传感器和数据采集卡得到一组测量值，但该组值有可能会出现异常值，可采用“拉依达”准则进行异常数据剔除[4]。

3.1.4 软件陷阱的设置 为了有效地排除瞬时电磁干扰，可把系统存储器（RAM和ROM）中未使用的单元用某一种重新启动的代码指令填满作为软件陷阱，以捕获“跑飞”的程序。在程序编制过程中设置软件陷阱时尽可能多用查询代替中断，将中断源减到最少，减少程序“跑飞”的可能性[5]。

3.1.5 设置软件“看门狗” “看门狗”（WATCHDOG）就是用硬件（或软件）要求定时检查某段程序或接口，当超过一定时间系统无返回检查结果时认定系统运行出错（干扰发生），可通过软件强迫系统复位或按事先预定方式运行。WATCHDOG是工控机普遍采用的一种软件抗干扰措施，当侵入的尖锋电磁干扰使程序“跑飞”时，WATCHDOG能够使系统自动恢复正常运行。

3.2 消除控制系统中干扰因素

3.2.1 检查I/O口状态 数字量输入信号的干扰通常表现为叠加在有效电平信号上的一系列离散尖脉冲，其作用时间非常短。若控制系统存在数字量输入干扰时，在一定时间间隔内，可用软件重复检测接口中的输入数据，若相邻的检测内容一致，则为真输入信号，反之为伪输入信号。

3.2.2 重复输出同一控制信号 由于计算机的I/O口易受外部信号的干扰，使输出端的状态可能随之改变。可在程序中周期性地添加输出端刷新指令，降低干扰对输出端状态的影响。

3.2.3 采用延时技术 采用延时技术将大功率电气设备（如电动机）启动时产生的干扰延迟，经过一定时间后，当干扰信号稳定后，再将各种传感器的输出信号送至控制端口，进入工控机进行数据处理，避免因采集到异常信号，对系统结果产生一定的影响。

4 结束语

本文探讨的主通风机在线监控系统中抗干扰措施，从硬件和软件的角度对各种抗干扰措施进行分析，提高了系统运行的可靠性，使系统抗干扰能力增强。

参考文献：

[1]蒋涛.PLC控制系统的抗干扰设计[J].机电一体化，1999，6（5）：43-44.

[2]孙志刚，刘磊，朱德森.基于PLC的故障诊断系统的设计与实现[J].机械与电子，2000，5：13-15.

[3]王建新，杨世凤，史永江，等.系统测试中的软件抗干扰技术[J].国外电子测量技术，2005，10（24）：18-20.

[4]张敏，袁辉.拉依达准则与异常值剔除[J].郑州工业大学学报，1997，18（1）：84-88.

[5]彭宇新，顾宇桂.浅析微机测控装置软件抗干扰的措施[J].江西电力，2004，29（4）：29-31.

[6]刘士成，王信昌.工控软件的抗干扰设计的编程技术[J].地质找矿论丛，2003，12（S）：162-165.

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