基于無線網絡的架空乘人裝置動態監控裝置的研究

趙富強

（山西靈石華苑煤業有限公司， 山西 晉中 030013）

引言

架空乘人裝置憑借著結構簡單、運輸經濟性好的優勢，在人員運輸過程中扮演著極為重要的角色。由于井下工作環境惡劣，架空乘人裝置在長期運行過程中極易出現不穩定性，給礦井人員的運輸帶來了較大的安全隱患。為了提高對架空乘人裝置運行狀態的監控，有專家提出了有線監控裝置，雖然有數據傳輸穩定性好的優點，但需要配備上千米的電纜，架空乘人裝置在運行過程中極易出現絞繩，無法滿足長期穩定運行的需求。結合無線傳輸技術的發展，本文提出了一種基于無線網絡的架空乘人裝置動態監控裝置，該系統以無線數據傳輸為核心，精確核定無線傳輸絕對安全距離，通過信號接力覆蓋的方式完成在煤礦井下無線網絡的全覆蓋，確保了無線監控裝置數據傳輸的精確性，根據實際應用表明該動態監控裝置能夠對架空乘人裝置在運行過程中的速度、位置、運行方向等進行精確的監控，自動對運行狀態及故障情況進行判斷，同時能夠根據人員分布情況對運行情況進行調控，實現節能運行，極大地提升了架空乘人裝置運行的安全性和經濟性，具有較大的應用推廣價值。

1 無線網絡動態監控裝置整體結構

該無線網絡動態監控裝置的整體結構如圖1 所示。主要包括監控模塊、無線傳輸系統和監控終端模塊三個部分構成。

由圖1 可知，監控模塊主要位于監控乘人裝置上，跟隨著監控乘人裝置的運行而運行，該模塊內包含了多種類型的傳感器設備，包括油壓傳感器、油溫傳感器、振動傳感器、速度傳感器等，用于對架空乘人裝置運行過程中的狀態進行實時監控，各類監控信息均傳遞到驅動板上，由數字信號分析系統對監控信息進行判斷，從而確定提升機的運行情況。無線網絡傳輸系統是數字信息傳輸的通道，要求無線傳輸信號穩定性高、抗干擾能力強，滿足在煤礦井下惡劣工作環境中數據信息傳輸安全性的需求。監控終端模塊主要是將加快乘人裝置的運行狀態實時顯示在顯示屏上，便于監控人員的實時監控和調節，滿足遠程監測和控制的要求，提高架空乘人裝置工作的可靠性和安全性[1]。

圖1 無線網絡動態監控裝置結構示意圖

2 主要監控傳感器的選型

架空乘人裝置動態監測控制系統的基礎在于各類傳感器對架空乘人裝置運行狀態監測的準確性，由于煤礦井下工作環境復雜，因此對各類傳感器的工作穩定性提出了更高的需求，經綜合評估各類傳感器的選型及特點如下[2]：

1）壓力傳感器：該壓力傳感器主要用于測定架空乘人裝置液壓系統內的液壓油的工作壓力，實現對液壓系統工作情況的判斷，其主要通過直接對傳感器上的膜片產生正壓力，通過膜片的變形量大小來改變電阻情況，最終以電流信號的形式來反應出油壓的變化情況，該壓力傳感器選型為PT500-500型如圖2-1 所示。

2）位移傳感器：該位移傳感器主要用于對架空乘人裝置運行過程中制動閘瓦和鋼絲繩之間的距離進行測定，其采用了ST-1 型非接觸式電渦流傳感器，具有精確度高、可靠性好的優點，如圖2-2 所示。

3）振動傳感器：該振動傳感器主要用于對架空乘人裝置運行過程中鋼絲繩的震蕩情況進行測定，其工作原理是通過通過系統上質量塊的慣性沖擊作用使傳感器上的壓電區域變形，在上面產生電荷集聚，通過對其進行放大處理后轉換為變化的電信號，實現對架空乘人裝置運行穩定性的判斷，該傳感器選型為YD-2900 型振動傳感器，圖2-3 所示。

圖2 各類傳感器設備示意圖

3 無線網絡傳輸裝置硬件結構

無線網絡傳輸裝置是聯系上位機和架空乘人裝置上監控裝置的橋梁，無線網絡傳輸裝置的工作穩定性直接決定了架空乘人裝置監控裝置運行的可靠性，該無線網絡傳輸裝置結構如圖3 所示[3]。

圖3 無線網絡傳輸裝置結構示意圖

該無線網絡傳輸裝置的特點在于，每一組的監控單元上均設置一個無線通信模塊，用于對專用的數據信息進行信號加強發送，在架空乘人裝置的運行路線上設置有多組有線連接的信號接收裝置，確保在架空乘人裝置運行的任何時刻、任何位置，無線網絡和有線信號接收裝置之間的距離均不超過20 m，從而有效確保了數據傳輸的穩定性。

在每一組監控單元上設置一個無線通信模塊的作用，還在于能夠將各類數據信息設置發送邏輯和發送順序，確保在每一時刻只傳輸一個監控模塊上的數據信息，有效克服了無線傳輸數據容量較小的問題[4]，同時確保了對架空乘人裝置運行狀態監控的連續性，該無線網絡傳輸裝置的數據傳輸模式目前已經得到了廣泛的應用，取得了較好的應用效果，實現了數據傳輸便捷性和可靠性的有機統一。

4 動態監控裝置的驗證

為了對該動態監控裝置的監控準確性進行驗證，本文以某礦架空乘人裝置為對象，在對其監控裝置進行升級改造后對運行情況進行監控，根據實際應用，在架空乘人裝置運行過程中監控裝置自動對其運行情況進行遠程監測和控制，數據更新速度為1.1 s，能夠滿足連續監控的數據需求，同時監控裝置能夠自動對架空乘人裝置的運行速度和振動情況進行監控，當出現振動及運行速度超標時自動對運行狀態進行調整，降低出現運行異常的概率。當架空乘人裝置上的無人時，系統自動調整架空乘人裝置停止運行或者時減速運行，經過改造后在相同運行里程情況下的耗電量比優化前降低了32%，極大地提升了架空乘人裝置運行的經濟性，其監控裝置界面如圖4 所示。

圖4 監控界面示意圖

5 結論

1）該監控裝置主要包括監控模塊、無線傳輸系統和監控終端模塊三個部分，具有整體結構簡單、可靠性高的優點。

2）無線傳輸系統采用了數據信息獨立、順序發送的模式，確保在每一時刻只傳輸一個監控模塊上的數據信息，有效克服了無線傳輸數據容量較小的問題，同時確保了對架空乘人裝置運行狀態監控的連續性。

3）該系統控制下，架空乘人裝置的運行耗電量比優化前降低了32%，極大地提升了架空乘人裝置運行的經濟性。