基于嵌入式技術的采煤機監控系統

【摘要】采煤機監控系統的研究是近年來人們一直關注的課題，因為通過對采煤機進行監控可以大大提高采煤機的采煤效率、可靠性和開機率，并降低操作人員的勞動強度。文章介紹了基于嵌入式技術的采煤機監控系統。它與傳統的采煤機監控系統相比，監控系統功能更多、更強，在故障分析和生產協調等方面都有傳統監控系統無法比擬的優勢。基于嵌入式技術的采煤機監控系統是采煤機監控系統未來的發展趨勢，應該進一步加強對其應用的研究。

【關鍵詞】采煤機監控；嵌入式技術；系統

采煤機是綜采工作面用來截割煤炭的設備，它是現代煤礦開采中最重要的三大設備之一。其運行狀態的好壞，無疑直接關系著煤炭生產效率和企業的經濟效益。要想提高采煤機運行的可靠性，一個很好的辦法就是對其進行適當的監控，以便及時發現問題，對故障進行提早診斷和預報，并采取相應的措施進行維護，這無疑可以大大減少采煤機故障率，提高開機率。隨著自動化技術、監控技術和計算機技術等的發展，對采煤機的監控已經成為可能。目前，國內外很多專家學者都在進行有關的研究。在此，本文將介紹一種基于嵌入式技術的采煤機監控系統。

1.嵌入式技術概述

嵌入式系統是一種專用的計算機系統，它以應用為中心、以計算機技術為基礎，集軟硬件于一體，具有獨立工作的能力。該系統主要包括四個部分：外圍硬件設備、嵌入式微處理器、嵌入式操作系統以及用戶的應用程序。目前，嵌入式計算機在應用數量上遠遠超過了各種通用計算機，通用計算機的絕大部分外部設備，如鼠標、鍵盤、顯卡、顯示器、打印機、掃描儀等，都是由嵌入式處理器控制的。在制造工業、過程控制、通訊、儀器、儀表、汽車、船舶、航空、航天、軍事裝備、消費類產品等方面均是嵌入式計算機的應用領域。嵌入式系統是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術和各個行業的具體應用相結合后的產物。嵌入式系統具有、技術密集、資金密集和高度分散等特點，是一種不斷創新的知識集成系統。

2.采煤機監控系統設計目標

現場監控與及時的故障點操控是采煤機監控系統應具備的基本功能，就煤礦采煤機現行監控系統的應用來看，表現出監控畫面直觀性缺乏，不具備查詢、歷史曲線、實時報表等功能，只能進行一定程度上的監控，難以協助生產調度人員對生產和事故作出及時的協調和處理。基于嵌入式技術應用的采煤機監控系統設計目標，主要應實現以下3方面要求：

2.1 無線數據收發

依據數據通信協議要求，通過無線局域網，來實現無線收發器同監控模塊和外部環境間的數據連通。同時，無線收發器還能夠在采煤機運行或開機狀態下設置其參數極限值。

2.2 對相關數據的采集

通過對現有寬帶和網絡架構的利用，來對工作面上采煤機的位置、電壓、運動方向、速度、電流、冷卻水的流量與壓力、齒輪箱的油溫和油位、主液壓和輔液壓系統的流量與壓力、電機軸承等軸承的重要溫度參數實施監測與整合，并向井上監控中心進行傳送。

2.3 進行相應數據的處理

在出現報警情況下，無線收發器可采取相應的現場應急措施，并能夠針對所采集的數據作出實時的轉發與處理。

3.基于嵌入式技術的采煤機監控系統實現

以采煤機監控系統設計目標為依據，劃分系統為4個部分：

（1）協議驅動層其為最底層軟件系統，主要負責完成對無線收發器硬件系統的讀寫、配置及啟動等相關操作；

（2）應用程序層該層通過對協議驅動層接口函數的調用，來促使無線收發器差異功能的實現；

（3）Linux操作系統內核其任務在于完成各個任務同無線收發器間的管理、調度和通訊；

（4）接口隔離層其為硬件接口層，位于系統最外圍。整個監控系統的軟件包含RS485通信模塊、WLAN通信模塊、現場應急模塊（報警模塊、音頻視頻模塊等）、針對重要參數的修改和存儲模塊。縱觀采煤機監控系統，其核心是無線收發器，是作為連接井下工作面采煤機和井上監控中心的紐帶而存在的，基于嵌入式技術應用的采煤機監控系統，主要著眼于以下4個方面來加以實現：

3.1 嵌入式Linux的開發

嵌入式Linux作為一種開源軟件，不但具有強大的功能，且在嵌入式領域有著廣泛的應用。嵌入式Linux移植需對其內核源代碼作出裁剪、修改、優化、增加及重新編譯，并結合系統硬件環境和系統設計需要，來開發嵌入式Linux，其基本的開發過程如下：環境配置—開發主機配置—建立BootLoader（引導裝載程序）—Linux系統移植—建立根文件系統—應用程序中Flash磁盤分區的建立—應用程序開發—內核、應用程序及根文件系統的燒寫。

3.2 嵌入式Linux的移植

實現對車載系統平臺的嵌入式Linux移植，通常需要落實以下幾點步驟：

（1）建立交叉、開放的編譯環境指的是嵌入式應用軟件鏈接、編譯和調試的環境，目標板或宿主機是其常用模式。Linux平臺下，進行圖形界面、內核及一些其他應用程序的編譯，且注重交叉編譯器安裝的合理性；

（2）啟動加載代碼的設計與實現在PC機中，一般由磁盤和BIOS的LILO來進行引導程序Linux操作程序的加載，從而使監控系統保持在一個合適的軟硬件環境狀態下，并最終實現對操作系統內核的調動，使得引導和內核加載作用得到真正的發揮；

（3）啟動Linux內核待獲得Linux控制權后，需進行3個階段的初始化：檢查體系結構和CPU、建立頁表、初始化CPU。進行系統內擠出設備的初始化。實施更高層次的初始化。并加之對Linux的配置和裁剪，來形成一個適用、合理的操作系統；

（4）制造根文件系統下載鏡像文件至系統中，啟動Linux后，根文件系統便會自動進行加載，通過init文件尋找，init進程建立，來啟動系統；

（5）內核的下載與調試待源代碼配置編譯完成后，便通過BootLoader來進行內核的下載，應用串口輸出啟動信號至主機，將DNW程序打開，再將USB電纜接上，便完成了對Linux內核的下載和調試。

3.3 相應硬件支持與功能支持的添加

在確保Linux內核移植操作正確的基礎上，來進行相應硬件支持與功能支持的逐步添加，且在移植的初始階段，應對內核功能配置選項和不相關的設備驅動作出盡可能的屏蔽，來盡可能減少內核支持選項，以構造出最小的Linux內核。采煤機監控系統功能支持的添加主要涉及的文件改動，包括Makefile文件、config.in文件、debug文件等，結合實際需要，來進行系統或手動的添加。

3.4 引入WLAN實現TCP通信任務

WLAN即無線局域網，其任務主要集中于TCP通信任務的實現，其負責對井下AP點所傳TCP數據的接收和解析。如為控制命令，則無線收發器便會向RS485通信模塊以消息隊列方式來進行控制命令的傳達，從而使其命令內容在各個監控模塊得到共享。如為獲取命令，無線收發器便會通過WLAN來將所采集的數據傳送至無線接入點。

4.結束語

本文對基于嵌入式技術的采煤機監控系統進行了簡要的介紹。與傳統的采煤機監控系統相比，應用嵌入式技術設計的監控系統功能更多、更強，在故障分析和生產協調等方面都有傳統監控系統無法比擬的優勢。基于嵌入式技術的采煤機監控系統是采煤機監控系統未來發展的方向，詳細隨著對其應用研究的深入，其性能必將進一步完備，從而更好地服務于煤礦生產領域。

參考文獻

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