基于無線傳輸?shù)牟擅簷C運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)研究

高玉喜

（陽泉煤業(yè)集團翼城華泓煤業(yè)有限公司， 山西 陽泉 045000）

引言

目前，多數(shù)煤礦采用的采煤機監(jiān)測系統(tǒng)為基于CAN總線的有線監(jiān)測系統(tǒng)，雖具有傳輸效率高、信號穩(wěn)定性強的優(yōu)點，但由于采煤機在工作時是隨著巷道不斷移動，同時運動機構(gòu)不斷旋轉(zhuǎn)，極易造成通訊電纜的纏繞、折斷，且有線傳輸系統(tǒng)在安裝時不僅需要考慮布線還要考慮線纜對井下惡劣環(huán)境的適應(yīng)情況，投入成本大、施工周期長，所以這種監(jiān)測系統(tǒng)無法滿足對采煤機運行狀態(tài)靈活、流動、智能、可靠性的要求[1]。因此迫切需要開發(fā)一種能夠適應(yīng)井下狹小環(huán)境的低功耗、多參量傳感的無線傳輸監(jiān)測控制系統(tǒng)，以提高采煤機運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。

1 采煤機運行狀態(tài)無線監(jiān)測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

在分析現(xiàn)有采煤機有線監(jiān)測系統(tǒng)缺點的基礎(chǔ)上，綜合考慮煤礦井下負(fù)雜的工作條件和惡劣的工作環(huán)境，提出了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的采煤機運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其采用了數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測分離的設(shè)計思想，主要包括采煤機運行狀態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線傳輸系統(tǒng)及控制中心三大模塊[2]，其總體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示。

圖1 采煤機無線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

采煤機運行狀態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要是由設(shè)置在采煤機關(guān)鍵監(jiān)測位置處的各類傳感器設(shè)備組成，用于對采煤機在工作過程中的各類數(shù)據(jù)信號進(jìn)行收集、匯總和傳輸，將收集的的各類數(shù)據(jù)信息傳送到監(jiān)測控制中心，使采煤機的各種運行信息以圖表、曲線、圖畫等直觀的形式在控制中心進(jìn)行顯示。

采煤機的運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)可以根據(jù)監(jiān)測要求實現(xiàn)對采煤機在某一位置或者多個位置的運行狀態(tài)信號進(jìn)行不間斷監(jiān)測，本文采用了多點監(jiān)測方案，在采煤機上設(shè)置了多個數(shù)據(jù)采集傳感器，實現(xiàn)對采煤機運轉(zhuǎn)過程的實時監(jiān)測，這些傳感器分別設(shè)置在采煤機待測區(qū)域的特定的點位上，在各傳感器設(shè)備的匯集點利用標(biāo)準(zhǔn)接口實現(xiàn)與PC機的互聯(lián)互通，各傳輸節(jié)點根據(jù)不同的功能實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的采集、分析、傳輸及處理，將監(jiān)測到的采煤機的運行狀態(tài)信號傳送到匯集點，并最終傳輸給監(jiān)測中心內(nèi)的上位機系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示、儲存及分析處理。

圖2 采煤機無線監(jiān)測硬件結(jié)構(gòu)組成示意圖

2 采煤機無線監(jiān)測硬件結(jié)構(gòu)組成

ZigBee[3]技術(shù)是實現(xiàn)無線傳輸?shù)囊豁楆P(guān)鍵技術(shù)，具有功耗小、成本低、信息傳輸率高、安全性強的特點。為確保煤礦井下無線信號的傳輸，采用ZigBee無線傳感器的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中包括協(xié)調(diào)器及終端設(shè)備構(gòu)成，其整體的結(jié)構(gòu)框架集節(jié)點結(jié)構(gòu)如圖2所，采煤機在運行過程中的各類運行狀態(tài)信號，由位于采煤機上的各類傳感器設(shè)備進(jìn)行收集，利用無線傳輸方式發(fā)送給協(xié)調(diào)器，再由協(xié)調(diào)器利用數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)化接口將數(shù)據(jù)信息傳遞給PC機上的顯示平臺，便于控制人員進(jìn)行實時監(jiān)測控制。

協(xié)調(diào)器主要用于創(chuàng)建一個新的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對各類傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行無線的接收和發(fā)送，同時還具有一些輔助性的串口控制機按鍵控制功能，用于對無線監(jiān)控系統(tǒng)的功能完善，其節(jié)點功能框架如圖3所示。

圖3 協(xié)調(diào)器功能框圖

終端設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)組成主要包括微處理器模塊、傳感器模塊、電源模塊機無線通信模塊，其硬件結(jié)構(gòu)布局如圖4所示，主要用于將設(shè)備傳感器收集到的采煤機在運行過程中的運行狀態(tài)信號傳輸?shù)缴衔粰C系統(tǒng)上，通過上位機控制軟件對各信息進(jìn)行匯總處理后，直觀的顯示在監(jiān)測屏幕上，從而實現(xiàn)對采煤機運行狀態(tài)的實時監(jiān)測。

3 采煤機監(jiān)測系統(tǒng)無線通信程序設(shè)計

采煤機的終端設(shè)備監(jiān)測點是用于對采煤機的工作狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測并將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)信息以無線信號進(jìn)行發(fā)送的關(guān)鍵設(shè)備，該功能實現(xiàn)的核心在于軟件控制程序。各監(jiān)測傳感器在通電后首先對其數(shù)據(jù)信息進(jìn)行初始化，刪除上一工作段所儲存的信息，然后在工作區(qū)域范圍內(nèi)尋找并連接無線網(wǎng)絡(luò)，建立起與協(xié)調(diào)器之間的連接關(guān)系，使監(jiān)測傳感器所監(jiān)測的采煤機的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r傳輸給協(xié)調(diào)器，采煤機終端監(jiān)測傳感器的通信流程如圖5所示[4]。

采煤機終端監(jiān)測傳感器和協(xié)調(diào)器之間的數(shù)據(jù)信息傳輸主要包括主動數(shù)據(jù)發(fā)送方式及當(dāng)協(xié)調(diào)器下達(dá)傳輸命令后再發(fā)送數(shù)據(jù)的被動傳輸方式。主動數(shù)據(jù)傳輸方式數(shù)據(jù)更新速度快，及時，但存在著數(shù)據(jù)流量小，能耗高的缺點，根據(jù)采煤機運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計要求及采煤機的運行規(guī)律，本系統(tǒng)采用被動式的數(shù)據(jù)信息傳輸方案。

圖4 終端設(shè)備硬件結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 監(jiān)測系統(tǒng)通信程序

4 結(jié)論

基于無線網(wǎng)絡(luò)的采煤機運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，運行安全、可靠，能夠有效克服傳統(tǒng)有線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)布線困難、投入成本高、出現(xiàn)故障難以快速修復(fù)的難題，為確保采煤機的安全、可靠的運行提供了保障。