礦山錨桿安裝設備故障快速檢測系統

張莉婷，郭盼盼

（五礦礦業（邯鄲）礦山工程有限公司，河北 邯鄲 056000）

礦山錨桿安裝設備在運行過程中由于振動幅度較大，經常會出現運行故障，一旦出現故障將會影響到礦山的整體施工進度，所以礦山錨桿安裝設備故障檢測系統是保障設備穩定運行的關鍵手段。傳統系統由于檢測精度較差、檢測效率較低，最重要的是在光線條件不好的環境中檢測效果較差，已經無法滿足礦山錨桿安裝設備故障檢測需求，所以此次試圖設計一種新的系統，為礦山錨桿安裝設備穩定運行提供保障。

1 礦山錨桿安裝設備故障快速檢測系統

礦山錨桿安裝設備故障快速檢測系統由硬件和軟件兩大部分組成。

機械結構主要包括驅動裝置、推力裝置以及錨桿安裝部分和其它輔助機械部件，由于機械結構設計不是此次的主要研究內容，此處不再做詳細說明。下文對系統的硬件和軟件設計進行具體介紹。

1.1 硬件設計

圖像傳感器是此次設計的系統的核心設備，主要負責采集礦山錨桿安裝設備故障信號。考慮到礦山錨桿安裝設備故障特征，以及傳感器的通信功能，選用三菱公司生產的GH5-98MK系列的圖像傳感器作為采集單元，其中GH5-98MK系列傳感器有CCA與CCB兩種型號，下表為兩種圖像傳感器性能對比。

表1 CCA圖像傳感器與CCB圖像傳感器性能對比

通過對比CCA傳感器與CCB傳感器，礦山錨桿安裝設備故障檢測主要實現數據采集、處理和分析的功能，在很多方面CCA傳感器要優于CCB傳感器，綜合考慮選用CCA傳感器。將CCB圖像傳感器有效分辨率設定為2.0mm×2.0mm，工作頻率設定為5MHz，輸入電壓為6V，工作時鐘頻率為2.2MHz[1]。通過時鐘信號控制圖像傳感器采集數據速率，YGT作為復位信號，當每個故障信號在讀取后即被復位，以此保證采集到的圖像數據對光線的等時間積分。圖像傳感器的安裝位置設定在礦山錨桿安裝設備的底部，且電源與礦山錨桿安裝設備相連，一旦礦山錨桿安裝設備開始工作，圖像傳感器就會立即對設備故障進行檢查。

電源電路作為系統的供電電路，保障著系統中各個單元能穩定、長期的工作，在整個檢測系統設計中占有重要的作用。系統整體采用DC+220V電源供電，為了降低外部電源對系統運行的干擾，進入電路板的DC+220V電源首先要經過一次濾波處理[2]。

DC+220V電源通過KM5602濾波處理后，由轉換器對+240V電源轉換得到+220V，轉換器采用HJ200型號，該轉換器內部集成可編程電壓參考源，并采用了多級差分流水線結構，可以保證電源電路的穩定。以上通過圖像傳感器與電源電路的設計實現了系統的硬件設計。

1.2 軟件設計

系統的軟件設計需要實現故障信號采集、處理、故障識別三部分。通過以太網接口實現系統與采集單元之間的通信，由于礦山錨桿安裝設備故障檢測過程中涉及多個網絡，其中包括無線網、有線網等，所以以太網接口采用TCP協議結構。TCP協議能夠實現多個網絡間的穩定通訊，它是由多個不同的協議組成的網絡協議集合，共分為鏈路層、網絡層、傳輸層、應用層[3]。

鏈路層負責以太網接口連接的電子特性和網絡特性，主要接收和發送IP數據，并進行APP地址解析；網絡層負責系統主機之間的通訊，對數據接收和發送過程中路徑進行匹配；傳輸層負責系統各個單元之間的邏輯通信，并對數據包進行格式化；應用層負責提供系統應用程序通信過程所需要遵循的通訊協議。

由于數據采集單元采集到的圖像數據是用16位的二進制數據表示的，但是在以太網中數據是以比特流形式傳輸，所以需要對數據按照每6位為一個數據進行處理，為之后的故障特征識別做準備。

在數據經過處理后將其儲存到數據庫中，運用大數據技術對數據進行分析，它能夠自動將傳輸過來的數據與礦山錨桿安裝設備標準數據進行對比識別，并分析出兩者之間的差異，具有較快的響應效率。一旦傳輸過來的數據包與數據庫原始數據差異較大，數據庫會自動判斷其為故障數據，并且向系統發送出具體的故障信息，以此實現了礦山錨桿安裝設備快速檢測系統設計。

2 實驗

整個實驗平臺由220V-6V電源適配器、無線傳感器電路板、信號采集電路板、信號傳輸電路板以及主機組成。主機之間通過網絡接口與數據采集電路板相連接，信號采集電路板通過HJG接口與數據采集電路板相連接，以此完成系統平臺搭建。以某礦山錨桿安裝設備作為實驗對象，運用此次設計的系統與傳統系統在不同光強環境下同時對設備進行5小時故障檢測，通過對比兩種系統采集到的有效故障數據數量，驗證此次設計系統的有效性。

3 結語

由于個人能力及研究時間有限，雖然此次在礦山錨桿安裝設備故障檢測系統研究中取得了一定的研究成果，但是還存在一些不足之處，且該系統未經過大量實際應用，今后還需要在深入研究中對其進行完善和優化。