基于嵌入式Linux平臺掘進機遠程監(jiān)控系統(tǒng)

肖鐵鎖

摘 要:懸臂式掘進機遠程監(jiān)控系統(tǒng)是實現(xiàn)綜掘面自動化的關鍵技術。該研究基于貝加萊公司的可編程計算機(PCC)、嵌入式工業(yè)監(jiān)控計算機、Linux操作系統(tǒng)、CAN總線通訊的懸臂式掘進機遠程監(jiān)控系統(tǒng)。通過對發(fā)行版Linux操作系統(tǒng)的內核重新編譯、文件系統(tǒng)定制和啟動配置構建了一套高性能的監(jiān)控軟件平臺;在地面試驗和井下試驗表明:懸臂式掘進機遠程監(jiān)控軟件具有運行穩(wěn)定可靠、功能強大等特點,滿足現(xiàn)場控制要求。

關鍵詞:遠程監(jiān)控Linux操作系統(tǒng)PCC嵌入式工業(yè)監(jiān)控計算機

中圖分類號:TP2 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)07(a)-0006-01

現(xiàn)代煤礦采掘失調使綜掘關鍵技術的研究成為熱點,懸臂式掘進機作為煤巷綜掘核心裝備,掘進機是煤礦生產的重要裝備,主要用于巷道的挖掘,以布置采煤工作面。懸臂式巷道掘進機技術是發(fā)展綜合機械化掘進、提高掘進效率、保障安全生產、降低勞動強度的重要一環(huán)。國內外掘進機的重要發(fā)展方向是操作控制方式的自動化、智能化、信息化和數(shù)字化,逐漸發(fā)展為掘進機器人。近年來國內外正逐步深入對掘進機遠程控制技術及監(jiān)測系統(tǒng)的研究,表明這是煤巷掘進大型裝備的必然發(fā)展趨勢。

1掘進機遠程監(jiān)控系統(tǒng)組成與工作原理

懸臂式掘進機綜合遠程監(jiān)控系統(tǒng),結合計算機、自動控制、通信等信息科學的技術,完成懸臂式掘進機遠程控制。在掘進機截割作業(yè)時,工作人員通過該視頻畫面與懸臂式掘進機遠程監(jiān)控軟件,可以確定掘進機當前的工作狀況,該監(jiān)控軟件也可發(fā)出信號開、油泵啟、油泵停、自動截割、截割暫停、截割繼續(xù)、截割全停、復位、清屏控制指令,控制掘進機按照已定要求進行自動截割,此隔爆監(jiān)控計算機為遠程監(jiān)控系統(tǒng)的核心。總體來講,懸臂式掘進機遠程監(jiān)控系統(tǒng)的總體結構:機載控制器PCC→CAN轉光纖模塊→光纖轉CAN模塊→隔爆監(jiān)控計算機→顯示屏。

機載控制器PCC位于懸臂式掘進機機身,CAN轉光纖模塊將PCC中的掘進機運行參數(shù)信息轉化為光纖信號,通過光纖將信號傳到遠程,在遠程通過CAN轉光纖模塊將光纖信號轉化為CAN信號,通過CAN總線與隔爆監(jiān)控計算機相連,實現(xiàn)對掘進機的遠程狀態(tài)監(jiān)測和控制。井下隔爆監(jiān)控計算機位于距掘進工作面相對安全區(qū)域,完成掘進作業(yè)操作人機交互功能。

2掘進機遠程監(jiān)控系統(tǒng)硬件設計

2.1 機載控制器PCC

機載控制器采用貝加萊公司的2005系列PCC,PCC(Programmable Computer Controller)是一種可編程計算機控制系統(tǒng),由CPU、I/O接口、電源、通信模塊等組成,PCC實現(xiàn)了系列化、模塊化、標準化的設計,使其具有設計安裝容易、調試周期短、維護簡單等特點。其所有的輸入輸出接口電路均采用光電隔離,可有效抑制外部干擾源對PCC的影響,適合應用于煤礦井下的惡劣環(huán)境。另外,PCC模塊品種豐富,通信接口完善,配置簡單,容易組網(wǎng)通信。將PCC安裝于掘進機機身的防爆腔內,各I/O口連接到相應的傳感器等輸入設備和電磁閥等執(zhí)行機構,從而構成懸臂式掘進機基本電控系統(tǒng)。

PCC與隔爆監(jiān)控計算機之間采用CAN通信方式,CAN通信具有抗干擾性強、實時性好等特點,適合于如井下等惡劣環(huán)境中進行數(shù)據(jù)傳輸。

2.2 隔爆監(jiān)控計算機

為保證懸臂式掘進機遠程監(jiān)控的實時性和可靠性,本項目研發(fā)基于PC/104的嵌入式隔爆監(jiān)控工業(yè)控制計算機作為遠程控制主機。

遠程控制主機是懸臂式掘進機遠程監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分,需要監(jiān)測懸臂式掘進機的工作狀態(tài),控制懸臂式掘進機進行煤礦巷道掘進作業(yè),同時還需具備同地面調度室計算機聯(lián)接通信的接口和能力,可通過井下以太網(wǎng)與井上調度室中的地面主機進行數(shù)據(jù)通信,從而實現(xiàn)在地面對懸臂式掘進機工作狀態(tài)的監(jiān)視。其硬件結構如圖1所示。

控制模塊采用PC/104核心板,該核心板類似于普通電腦主板;存儲模塊采用1個80G的固態(tài)硬盤;輸入設備使用工業(yè)級觸摸板鍵盤;輸出設備主要為顯示設備;通訊模塊選用CSD擴展板,4個異步串行口、2個非智能CAN接口、1個8255兼容的I/O口和3個USB本安接口。

3掘進機遠程監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計

監(jiān)控軟件運行于嵌入式Linux平臺,該平臺的健壯性是監(jiān)控軟件健壯性的基礎,為了保證平臺的健壯性,對Linux操作系統(tǒng)進行定制,其具體方法如下。

首先,對Linux內核進行裁剪和重新編譯,使內核最大程度地適應硬件平臺,最優(yōu)化地支持系統(tǒng)外部設備,并盡量減少對系統(tǒng)資源的占用,降低功耗;其次,對文件系統(tǒng)進行定制,保證文件系統(tǒng)的可靠性和小體積;最后,對系統(tǒng)啟動進行重新配置,精確定制需要啟動的服務和進程,從而保證系統(tǒng)的低資源占用和高效率。

掘進機遠程監(jiān)控軟件主要用來監(jiān)視和控制懸臂式掘進機的自動作業(yè),實時數(shù)據(jù)采集并顯示掘進機設備的相關參數(shù)、工作狀態(tài)等信息;遠程控制掘進機的各種動作及機身各機構,控制掘進機進行固定形狀斷面巷道的自動掘進;實時在線顯示設備故障,并及時對工作狀態(tài)進行調整和報警功能,提供維修和保養(yǎng)建議

監(jiān)控軟件為多進程同時運行,其主要進程模塊包括核心監(jiān)控進程、顯示進程、CAN通信進程、以太網(wǎng)通信進程。

核心控制進程(MCS)負責數(shù)據(jù)分析和處理以及接受用戶操作命令,是整個監(jiān)控軟件的核心;顯示進程(GP)任務是將需要顯示的數(shù)據(jù)通過界面呈現(xiàn)給用戶并接受用戶輸入指令;以太網(wǎng)通信進程(EP)用于控制以太網(wǎng)通信,主要功能是將從以太網(wǎng)中收到的數(shù)據(jù)傳送給MCS進程,同時將MCS發(fā)出的信號通過以太網(wǎng)發(fā)送;CAN通信進程(CP)用于控制CAN通信,主要功能是將CAN硬件收到的數(shù)據(jù)傳送給MCS進程,同時將MCS發(fā)出的控制命令通過CAN總線發(fā)送給機載控制器。

4結語

以機載控制器PCC與嵌入式隔爆監(jiān)控計算機為主的懸臂式掘進機遠程監(jiān)控系統(tǒng)通過大于500米的CAN總線監(jiān)視和控制懸臂式掘進機進行自動作業(yè),實時數(shù)據(jù)采集并顯示掘進機設備的相關運行參數(shù)、工作狀態(tài)等信息;控制掘進機進行固定形狀斷面巷道的自動掘進;實時在線分析設備故障,并及時對工作狀態(tài)進行調整和報警功能,提供維修和保養(yǎng)建議。