無(wú)極繩絞車無(wú)線視頻監(jiān)控功能的實(shí)現(xiàn)

張 冬

（西山煤電屯蘭礦， 山西 古交 030206）

引言

無(wú)極繩絞車為綜采工作面必不可少的運(yùn)輸設(shè)備，其主要承擔(dān)著材料、設(shè)備等運(yùn)輸任務(wù)，多應(yīng)用于長(zhǎng)距離、大傾角、坡度起伏較大的工作面。由于無(wú)極繩絞車所應(yīng)用工作面的距離較長(zhǎng)，致使對(duì)于絞車的監(jiān)控往往不到位[1]。為解決上述問(wèn)題，將無(wú)線視頻監(jiān)控技術(shù)、RFID 技術(shù)以及PLC 控制技術(shù)應(yīng)用于無(wú)極繩絞車的無(wú)線視頻監(jiān)控設(shè)備中，進(jìn)而能夠?qū)崟r(shí)掌握設(shè)備的運(yùn)行狀況和故障信息，為后續(xù)故障排除、提高工作面的安全性和自動(dòng)化程度奠定基礎(chǔ)。

1 無(wú)極繩絞車無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

為進(jìn)一步提升無(wú)極繩絞車在綜采工作面運(yùn)行的可靠性，提升其自動(dòng)化水平，基于無(wú)極繩絞車無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)如下功能：對(duì)上位機(jī)實(shí)時(shí)提供無(wú)極繩絞車的視頻畫面；對(duì)工作面現(xiàn)場(chǎng)車輛位置的實(shí)時(shí)定位；Wincc 組態(tài)監(jiān)控等。

為此，在無(wú)極繩原監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增設(shè)上述功能，并設(shè)計(jì)如圖1 所示的無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖。

圖1 無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

結(jié)合無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖，其應(yīng)具備的功能要求具體描述如下：

1）在工作面巷道適當(dāng)位置安裝高清攝像頭，對(duì)于絞車相關(guān)的軌道、絞車?yán)K張緊狀態(tài)以及工作面內(nèi)巷道的情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)；

2）基于無(wú)線射頻技術(shù)、以太網(wǎng)通信技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員位置信息共享的基礎(chǔ)上，為絞車司機(jī)控制絞車的運(yùn)行與停止提供依據(jù)，做到“行車不行人，行人不行車”的要求[2]；

3）在對(duì)絞車車輛負(fù)載情況監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，基于變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)絞車運(yùn)行速度的合理控制，并根據(jù)需求對(duì)絞車進(jìn)行停車、啟動(dòng)等控制。

除此之外，基于無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)還能夠?qū)εc絞車相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并對(duì)故障信息及時(shí)報(bào)警[3]。

2 無(wú)極繩無(wú)線視頻監(jiān)控功能的實(shí)現(xiàn)

2.1 視頻監(jiān)控功能的實(shí)現(xiàn)

在無(wú)極繩絞車牽引梭車的前后各安裝一套本安型防爆攝像頭，并在巷道適當(dāng)位置安裝無(wú)線網(wǎng)絡(luò)交換儀。此外，還需為其配置一些輔助設(shè)備包括有照射燈、移動(dòng)電源以及無(wú)線發(fā)射設(shè)備等。根據(jù)功能需求按要求組裝上述無(wú)線視頻監(jiān)控的硬件設(shè)備，并基于數(shù)字化視頻技術(shù)、工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)冗余技術(shù)、WLAN 技術(shù)、隔爆技術(shù)、不斷間斷供電技術(shù)以及嵌入式技術(shù)等實(shí)現(xiàn)上述硬件設(shè)備的功能互連[4]。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)如下頁(yè)圖2 所示的無(wú)線視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。

結(jié)合工作面情況，為實(shí)現(xiàn)無(wú)線視頻監(jiān)控功能配置的關(guān)鍵硬件的型號(hào)及參數(shù)如下頁(yè)表1 所示。

2.2 車輛定位功能的實(shí)現(xiàn)

無(wú)極繩絞車車輛定位功能的核心技術(shù)為無(wú)線射頻技術(shù)以及工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)等通信技術(shù)。車輛定位功能的主要目的是在定位絞車車輛位置的同時(shí)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的位置信息進(jìn)行共享，避免人員傷亡等事故的發(fā)生，對(duì)提高無(wú)極繩絞車信息化水平和運(yùn)輸效率具有顯著意義。

圖2 無(wú)線視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

表1 無(wú)線視頻監(jiān)控功能硬件配置

絞車車輛定位功能的實(shí)現(xiàn)由上位機(jī)、射頻閱讀器、無(wú)線射頻電子標(biāo)簽等的定位裝置完成。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：將射頻電子標(biāo)簽安裝于絞車的車輛上，并根據(jù)不同車輛標(biāo)注不同的ID，在巷道多處位置安裝射頻閱讀器；當(dāng)裝有射頻標(biāo)簽的車輛經(jīng)過(guò)射頻閱讀器時(shí)，將閱讀器所讀取的信息通過(guò)RS485 總線上傳于上位機(jī)，進(jìn)而判斷出當(dāng)前絞車運(yùn)行的方向和所處的位置。

本方案中射頻閱讀器選用的具體型號(hào)為nRF2401，其可在2.4 GHz 的頻段下采集信息；為射頻閱讀器和電子標(biāo)簽配置美國(guó)TI 公司所研發(fā)的MSP430F147 低功耗微控制器，主要完成對(duì)射頻閱讀器和電子標(biāo)簽之間的通信。

2.3 無(wú)極繩絞車控制功能的實(shí)現(xiàn)

本文所設(shè)計(jì)的無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)除了滿足視頻監(jiān)控、車輛定位功能外，還需根據(jù)絞車車輛的負(fù)載情況對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。為滿足無(wú)極繩絞車的控制功能，選用PLC 控制器為絞車控制的核心硬件。具體控制思路如下：為無(wú)極繩絞車工作現(xiàn)場(chǎng)配置相應(yīng)傳感器，對(duì)絞車電機(jī)的電流、電壓、溫度等參數(shù)，變頻器的運(yùn)行參數(shù)，絞車運(yùn)行的速度、加速度等信號(hào)以及制動(dòng)油溫、油壓等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；由PLC 控制器對(duì)所監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理對(duì)比后，對(duì)絞車電機(jī)、變頻器等進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，以確保無(wú)極繩絞車的最佳狀態(tài)運(yùn)行，在保證正常運(yùn)輸需求的同時(shí)達(dá)到節(jié)能的效果[5]。

結(jié)合無(wú)極繩絞車現(xiàn)場(chǎng)控制點(diǎn)數(shù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，為其配置S7-200 系列的PLC 控制器，配置具有24 個(gè)輸入點(diǎn)、16 個(gè)輸出點(diǎn)的CPU226。另外，CPU226 還可將模塊數(shù)量擴(kuò)展至7 個(gè)、數(shù)字量點(diǎn)數(shù)擴(kuò)展至248 個(gè)、模擬量點(diǎn)數(shù)擴(kuò)展至35 個(gè)。

根據(jù)無(wú)極繩絞車的控制需求，為其設(shè)計(jì)如圖3所示的程序流程圖。

圖3 無(wú)極繩絞車程序控制流程圖

如圖3 所示，無(wú)極繩絞車在運(yùn)行之前需對(duì)巷道內(nèi)人的數(shù)量以及貨物的重量進(jìn)行檢測(cè)，判斷其是否在規(guī)定范圍之內(nèi)；其次，對(duì)與絞車相關(guān)的鋼絲繩、掛鉤等連接設(shè)備的可靠性進(jìn)行檢查；最后，對(duì)與絞車相關(guān)的控制系統(tǒng)、各種信號(hào)燈的可靠性進(jìn)行檢查。

3 結(jié)語(yǔ)

無(wú)極繩絞車為綜采工作面的主要運(yùn)輸設(shè)備之一，其主要適用于工作面距離長(zhǎng)、坡度起伏較大等相對(duì)復(fù)雜的巷道。為了完善傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)避免絞車機(jī)電事故的發(fā)生，基于數(shù)字化視頻技術(shù)、工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)冗余技術(shù)、WLAN 技術(shù)、隔爆技術(shù)、不斷間斷供電技術(shù)以及嵌入式技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)線視頻監(jiān)控功能，基于射頻技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)車輛定位功能，基于PLC 控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)絞車控制功能，提升了無(wú)極繩絞車運(yùn)行的可靠性和安全性。