基于無線傳輸的采煤機運行狀態監測系統研究

高玉喜

（陽泉煤業集團翼城華泓煤業有限公司， 山西 陽泉 045000）

引言

目前，多數煤礦采用的采煤機監測系統為基于CAN總線的有線監測系統，雖具有傳輸效率高、信號穩定性強的優點，但由于采煤機在工作時是隨著巷道不斷移動，同時運動機構不斷旋轉，極易造成通訊電纜的纏繞、折斷，且有線傳輸系統在安裝時不僅需要考慮布線還要考慮線纜對井下惡劣環境的適應情況，投入成本大、施工周期長，所以這種監測系統無法滿足對采煤機運行狀態靈活、流動、智能、可靠性的要求[1]。因此迫切需要開發一種能夠適應井下狹小環境的低功耗、多參量傳感的無線傳輸監測控制系統，以提高采煤機運行狀態監測系統的可靠性與穩定性。

1 采煤機運行狀態無線監測系統的總體結構

在分析現有采煤機有線監測系統缺點的基礎上，綜合考慮煤礦井下負雜的工作條件和惡劣的工作環境，提出了一種基于無線傳感器網絡的采煤機運行狀態監測系統，其采用了數據采集和監測分離的設計思想，主要包括采煤機運行狀態數據采集系統、無線傳輸系統及控制中心三大模塊[2]，其總體結構設計如圖1所示。

圖1 采煤機無線狀態監測系統結構示意圖

采煤機運行狀態數據采集系統主要是由設置在采煤機關鍵監測位置處的各類傳感器設備組成，用于對采煤機在工作過程中的各類數據信號進行收集、匯總和傳輸，將收集的的各類數據信息傳送到監測控制中心，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行顯示。

采煤機的運行狀態監測系統可以根據監測要求實現對采煤機在某一位置或者多個位置的運行狀態信號進行不間斷監測，本文采用了多點監測方案，在采煤機上設置了多個數據采集傳感器，實現對采煤機運轉過程的實時監測，這些傳感器分別設置在采煤機待測區域的特定的點位上，在各傳感器設備的匯集點利用標準接口實現與PC機的互聯互通，各傳輸節點根據不同的功能實現對數據信息的采集、分析、傳輸及處理，將監測到的采煤機的運行狀態信號傳送到匯集點，并最終傳輸給監測中心內的上位機系統進行數據的顯示、儲存及分析處理。

圖2 采煤機無線監測硬件結構組成示意圖

2 采煤機無線監測硬件結構組成

ZigBee[3]技術是實現無線傳輸的一項關鍵技術，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撲結構，該結構中包括協調器及終端設備構成，其整體的結構框架集節點結構如圖2所，采煤機在運行過程中的各類運行狀態信號，由位于采煤機上的各類傳感器設備進行收集，利用無線傳輸方式發送給協調器，再由協調器利用數字標準化接口將數據信息傳遞給PC機上的顯示平臺，便于控制人員進行實時監測控制。

協調器主要用于創建一個新的無線網絡系統，對各類傳輸數據進行無線的接收和發送，同時還具有一些輔助性的串口控制機按鍵控制功能，用于對無線監控系統的功能完善，其節點功能框架如圖3所示。

圖3 協調器功能框圖

終端設備的硬件結構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，其硬件結構布局如圖4所示，主要用于將設備傳感器收集到的采煤機在運行過程中的運行狀態信號傳輸到上位機系統上，通過上位機控制軟件對各信息進行匯總處理后，直觀的顯示在監測屏幕上，從而實現對采煤機運行狀態的實時監測。

3 采煤機監測系統無線通信程序設計

采煤機的終端設備監測點是用于對采煤機的工作狀態進行實時監測并將監測到的數據信息以無線信號進行發送的關鍵設備，該功能實現的核心在于軟件控制程序。各監測傳感器在通電后首先對其數據信息進行初始化，刪除上一工作段所儲存的信息，然后在工作區域范圍內尋找并連接無線網絡，建立起與協調器之間的連接關系，使監測傳感器所監測的采煤機的運行狀態數據能夠實時傳輸給協調器，采煤機終端監測傳感器的通信流程如圖5所示[4]。

采煤機終端監測傳感器和協調器之間的數據信息傳輸主要包括主動數據發送方式及當協調器下達傳輸命令后再發送數據的被動傳輸方式。主動數據傳輸方式數據更新速度快，及時，但存在著數據流量小，能耗高的缺點，根據采煤機運行狀態監測系統的設計要求及采煤機的運行規律，本系統采用被動式的數據信息傳輸方案。

圖4 終端設備硬件結構示意圖

圖5 監測系統通信程序

4 結論

基于無線網絡的采煤機運行狀態監測系統，運行安全、可靠，能夠有效克服傳統有線監測網絡布線困難、投入成本高、出現故障難以快速修復的難題，為確保采煤機的安全、可靠的運行提供了保障。