掘進機監測主機的設計

【摘要】為了實現掘進機截割機構、行走機構、運輸機構、冷卻系統等關鍵參數的數據處理與監測報警，設計了一種掘進機監測主機，介紹了掘進機監測主機的硬件架構和軟件設計。該掘進機監測主機實現了參數監測、狀態自檢、報警信息記錄、系統通訊設置、數據存儲等功能，應用表明，該掘進機監測主機操作簡單，滿足掘進機狀態監測的現場要求。

【關鍵詞】掘進機；狀態監測；故障報警

Abstract：In order to process and monitor key parameters of cutting mechanism，travel mechanism，transportation agencies and cooling systems for boring machine，the monitor of boring machine system is designed.The hardware architecture and software design are introduced in this paper. The parameters monitoring，self-test，alarm information recording，system communication setting，data storage and other functions are achieved.The application shows that the monitor meets the needs of boring machine condition monitoring.

Keywords：boring machine；condition monitoring；fault alarm

1.引言

掘進機是巷道掘進的主要設備之一，掘進機主要采用司機手動操作，由于粉塵、水霧以及掘進過程中巨大機身振動等惡劣環境，操作人員對掘進機自身狀態缺乏及時掌握，容易造成重大安全事故[1，2]。為了保證掘進機安全可靠運行，掘進機需要配備車載監測主機，監測掘進機工作環境信息（甲烷、粉塵），掘進機工作電壓和電流，液壓系統壓力、溫度、液位、流量，執行機構的位移和壓力等重要參數，同時實時計算顯示截割頭位置、截割牽引力以及進行故障報警與數據存儲。本文將介紹一種掘進機車載監測主機的設計。

2.主要監測參數

為了保證掘進機井下巷道掘進過程中，掘進機司機能及時掌握截割機構、行走機構、運輸結構、冷卻系統等部位關鍵參數變化以及截割頭位置、掘進機載荷與截割牽引力與行走牽引力等受力情況，保障掘進機安全可靠運行[3，4]。同時，存儲大量現場運行數據為掘進機設備廠家的結構改進和提高動態性能提供數據支持，結合掘進機的工況要求和相關安全標準，主要監測參數如下：

掘進機截割機構：截割電機電流、電壓、溫度、截割臂振動。

掘進機行走機構：行走左右馬達壓力，行走油缸泵壓力。

掘進機運輸機構：爬爪左右壓力、流量，刮板壓力與流量，裝置運輸泵壓力。

掘進機冷卻系統：內噴壓力，內噴流量。

掘進機正常運行相關參量：先導壓力，油箱回油壓力，油箱油溫、油位，粉塵濃度。

3.掘進機監測主機架構

掘進機監測主機主要實現關鍵參數實時顯示與監測報警、截割頭位置與牽引力計算、數據存儲與導出、掘進機狀態自檢等功能。同時，顯示記錄各監測參數相關的報警信息，當發生報警時，通過畫面和聲音報警的形式提醒駕駛司機。

掘進機監測主機主要由處理器、本安電路、后備電源、顯示屏、EMMC數據存儲器、數據通訊接口、鍵盤構成。處理器為Cortex-A8內核，負責監測主機任務調度與數據處理，本安電路負責整個監測主機本安供電，后備電源負責不低于2小時的續航供電，顯示屏為10.1寸液晶屏，EMMC數據存儲器負責數據存儲與故障記錄，數據通訊接口負責接收采集器傳輸的監測參數。監測主機的硬件結構圖如圖1所示。

考慮到掘進機工況與系統穩定可靠性，車載監測主機處理器選用Cortex-A8高速處理器的IMX535核心模塊，搭配1G內存與64G EMMC數據存儲器，顯示屏采用10.1寸液晶屏，分辨率為1024×600，能經受100g振動與沖擊。監測主機具備1路RS485、1路CAN和1路以太網通信接口，且具有不低于2小時的后備電源。

4.監測主機主要功能界面

掘進機監測主機主要通過功能界面顯示掘進機運行狀態信息，監測主界面如圖2所示，監測內容包括：截割頭位置實時監測、爬爪運行狀態監測報警、鏟板與截割頭干涉故障報警、粉塵濃度、瓦斯濃度、油箱油位監測報警、截割電流＼電壓＼功率監測報警、截割牽引力與行走牽引力實時計算顯示。圖3為監測參數顯示界面。監測內容包括電流、電壓、振動、壓力、流量、位移、油位、油溫以及粉塵濃度等多種類型參數。當監測參數報警時，通過字體紅黃綠變化進行區分，綠色表示正常，黃色表示預警，紅色表示報警。圖4為狀態自檢界面，監測主機上電運行開始則進行系統自檢，從信息采集箱得到挖掘機的各項自檢數據，如自檢數據不正常，則在系統主界面左上角顯示“自檢錯誤”，并用紅燈顯示。

5.軟件設計

監測主機在系統初始化過程中，對通訊接口、數據存儲時間、時鐘以及工作模式進行設置。監測主機獲得數據采集器信號后，通過集成截割頭位置與牽引力等計算方法，進行數據實時處理與顯示。主程序通過按鍵流程控制，進行不同顯示界面的切換，數據定時存入數據庫中，通過u盤進行數據導出。

6.結論

掘進機車載監控主機采用Cortex-A8內核處理器+LINUX操作系統的技術方案，顯示屏采用抗沖擊的10.1液晶屏可滿足系統圖形化、動態化的顯示要求。監測主機具有1GHzCPU頻率、64GEMMC數據存儲器、帶有不低于2小時的后備電源，通訊接口豐富滿足現有要求的同時，可為系統功能擴展和升級提供平臺。該掘進機監測主機已在煤礦掘進機設備中應用，實踐表明，該監測主機人機界面友好，操作簡單，狀態監測功能為掘進機維護管理提供了可靠依據。

參考文獻

[1]葉仿擁，向家偉，徐晉勇.掘進機機械故障監測診斷系統設計[J].煤礦機械，2009，205-207.

[2]寧仲良，陳加勝.懸臂式掘進機智能化發展方向初探[J].煤礦機械，2006（06）：134-135.

[3]李曉豁，姜鶴.基于ARM7的懸臂式掘進機截割機構故障監測系統的研究[J].礦山機械，2009（23）：7-9.

[4]寧仲良，陳加勝.懸臂式掘進機智能化發展方向初探[J].煤礦機械，2006（06）：134-135.

基金項目：國家高技術發展計劃（863計劃）資助項目“煤炭智能化掘采技術與裝備”子課題五“智能化超重型巖巷掘進機研制”（項目編號：2012AA06A405）。

作者簡介：郝建生（1977—），男，山西太谷人，碩士，高級工程師，主要從事煤礦懸臂式掘進機研究工作，已發表文章10余篇。