帶式輸送機(jī)的火災(zāi)事故一直受到煤礦安全生產(chǎn)部門的高度重視，由帶式輸送機(jī)引起的礦井火災(zāi)事故防護(hù)是礦井火災(zāi)防護(hù)的重要部分。因此，研制一套可靠的監(jiān)測系統(tǒng)非常必要。
目前，國內(nèi)外在該領(lǐng)域的研究成果已有不少，主要集中在現(xiàn)場儀表和基于PC機(jī)的監(jiān)測系統(tǒng)兩個(gè)方面�，F(xiàn)場儀表實(shí)時(shí)性好，但可靠性差，誤報(bào)率高，尤其當(dāng)儀表本身出現(xiàn)故障時(shí)不能馬上發(fā)現(xiàn)。隨著PC機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，基于PC機(jī)的分布式監(jiān)測系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用，它不需要到井下巡檢，而只需在井上通過操作PC即可實(shí)現(xiàn)監(jiān)測。由于現(xiàn)有的基于PC機(jī)的監(jiān)測系統(tǒng)都是采用逐點(diǎn)巡回檢測，通信數(shù)據(jù)量大，實(shí)時(shí)性受到限制，雖然利用現(xiàn)場總線及高性能的器件也能滿足系統(tǒng)的要求，但成本高，不利于推廣普及。對此，專門設(shè)計(jì)了一套結(jié)構(gòu)簡單，成本低，實(shí)用性好的實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)。
2、帶式輸送機(jī)火災(zāi)故障的監(jiān)測方法
帶式輸送機(jī)火災(zāi)主要是膠帶在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，當(dāng)發(fā)生滾筒打滑、托輥卡死等情況，使之局部溫度迅速升高，引起煤塵、膠帶著火，由于不能馬上發(fā)現(xiàn)并迅速采取措施而導(dǎo)致火災(zāi)的發(fā)生。對此，特設(shè)計(jì)了基于PC機(jī)分布式監(jiān)測系統(tǒng)。
該監(jiān)測系統(tǒng)對帶式輸送機(jī)的火災(zāi)監(jiān)測是通過對現(xiàn)場儀表的巡回檢測來實(shí)現(xiàn)的，它是每隔一定的時(shí)間對現(xiàn)場儀表進(jìn)行一次巡回檢測，再通過某種通訊總線從現(xiàn)場儀表獲得數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場工況的監(jiān)測，由PC機(jī)負(fù)責(zé)對現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)的集中管理。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。
由于現(xiàn)場儀表分布在帶式輸送機(jī)整個(gè)巷道，故要使PC機(jī)對其集中管理，通訊距離較遠(yuǎn)，采用了簡單易用的RS485總線，以價(jià)格低廉的屏蔽雙絞線傳輸，具有架設(shè)成本低，抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。同時(shí)又自行設(shè)計(jì)了通訊轉(zhuǎn)接器，以實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)接口的數(shù)據(jù)傳輸。
3、監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)
(1)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
1)現(xiàn)場監(jiān)測儀表
監(jiān)測儀表組成由如圖2所示。其中溫度傳感器選擇AD590L，它是一種電流輸出型的集成溫度傳感器，具有很好的線性度，溫度每升高1。C輸出電流變化1mA。測量滾筒的滑差率采用霍爾測速傳感器，它具有結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、抗干擾能力和環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。多路開關(guān)選用CD4051，它由處理器控制來實(shí)現(xiàn)對多路數(shù)據(jù)的采集。A/D轉(zhuǎn)換器采用12位的MAX191，其轉(zhuǎn)換時(shí)間為60us，故可以滿足實(shí)時(shí)性的要求。信號處理電路包括采樣保持、信號濾波等電路。另外，還需用總線收發(fā)器以實(shí)現(xiàn)對RS485總線的電平轉(zhuǎn)換，從而完成RS485總線的數(shù)據(jù)傳輸，這里采用具有隔離功能的MAX485芯片。
2)通訊轉(zhuǎn)接器
通訊轉(zhuǎn)接器硬件框圖如圖3所示。主要功能為實(shí)現(xiàn)RS485與RS232的轉(zhuǎn)換，并完成對現(xiàn)場儀表的數(shù)據(jù)巡檢和與PC機(jī)的通訊。其RS485收發(fā)器采用MAX485芯片，RS232收發(fā)器采用MAX232芯片，可以完成RS485和TTL、TTL和RS232的電平轉(zhuǎn)換。
(2)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
現(xiàn)場儀表主要完成對各前向通道的數(shù)據(jù)采集和通訊，PC機(jī)主要負(fù)責(zé)對現(xiàn)場儀表的巡回檢測。軟件設(shè)計(jì)主要包括現(xiàn)場儀表對前向通道的巡回檢測和PC機(jī)對現(xiàn)場儀表的巡回檢測兩部分，本設(shè)計(jì)通過采用動(dòng)態(tài)巡回檢測方法來提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。
1)巡回方法的提出
動(dòng)態(tài)巡回采集方式是每次巡回不一定能遍歷所有的前向通道，它是根據(jù)采集數(shù)據(jù)對前向通道測點(diǎn)進(jìn)行加權(quán)分組，并且每次巡回對那些權(quán)值大的測點(diǎn)進(jìn)行檢測，在與PC機(jī)通訊時(shí)，也只將權(quán)值大的測點(diǎn)數(shù)據(jù)送出，以減小采集時(shí)間和通訊時(shí)間。這樣，對于監(jiān)護(hù)人員來說，感興趣的測點(diǎn)的實(shí)時(shí)性明顯提高。
設(shè)PC機(jī)采集一個(gè)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)所用時(shí)間丁，系統(tǒng)對N個(gè)測點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測，則在無故障時(shí)，采用按次序巡回方式和采用動(dòng)態(tài)巡回方式巡回一次所用的時(shí)間為：
可以看出，采用動(dòng)態(tài)巡回方式進(jìn)行巡檢，大大提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。它能根據(jù)各測點(diǎn)的狀態(tài)智能地改變系統(tǒng)實(shí)時(shí)性，此設(shè)計(jì)符合系統(tǒng)監(jiān)測的思想。
動(dòng)態(tài)巡回采集的實(shí)現(xiàn)過程如下：根據(jù)系統(tǒng)監(jiān)測的要求，設(shè)置一系列的閾值，儀表進(jìn)行巡回采集時(shí)根據(jù)這些閾值對前向通道測點(diǎn)分組，對每一組數(shù)據(jù)賦一個(gè)權(quán)值，下次采集時(shí)只對那些權(quán)值大的分組內(nèi)的測點(diǎn)進(jìn)行巡回采集，再根據(jù)閾值對前向通道測點(diǎn)分組，以此作為下次采集的依據(jù)。如此巡回直到當(dāng)所有測點(diǎn)權(quán)值相同時(shí)，才對所有的通道進(jìn)行巡檢。當(dāng)PC機(jī)巡檢時(shí)，儀表也只將權(quán)值大的數(shù)據(jù)送出。
2)巡回方法的實(shí)現(xiàn)及軟件設(shè)計(jì)
要實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的巡回采集，需要先根據(jù)監(jiān)測參數(shù)，設(shè)置相應(yīng)的閾值。由前面的設(shè)計(jì)可知，滾筒打滑是通過確定膠帶與滾筒之間的滑差率來判斷；通過對托輥溫度的監(jiān)測來判斷托輥是否卡死；通過在膠帶機(jī)巷道全程上安裝溫度傳感器來監(jiān)測環(huán)境溫度情況。研究表明，一般情況下，膠帶與滾筒之間的滑差率不大于2%，最大允許滑差率為10%；根據(jù)膠帶的冒煙溫度和機(jī)械油的閃點(diǎn)溫度，設(shè)定托輥表面溫度不能超過150℃；環(huán)境溫度最大允許溫度為80℃。
根據(jù)以上數(shù)據(jù)，設(shè)定相應(yīng)的閾值。為便于儀器的軟件設(shè)計(jì)，對儀器的數(shù)據(jù)存儲區(qū)進(jìn)行分區(qū)，分為A、B、C三個(gè)區(qū)，其中A區(qū)權(quán)值最大，C區(qū)權(quán)值最小。A區(qū)內(nèi)存放檢測參數(shù)大于參數(shù)最大允許的測點(diǎn)編號，C區(qū)內(nèi)存在正常范圍內(nèi)的測點(diǎn)編號，B區(qū)內(nèi)存放介于A和C之間的測點(diǎn)編號。相應(yīng)的開辟三個(gè)區(qū)來存放與A、B、C區(qū)內(nèi)測點(diǎn)編號對應(yīng)的測量數(shù)據(jù)。在儀器巡檢時(shí)，先對A區(qū)的測點(diǎn)編號進(jìn)行巡檢，再對B、C區(qū)的進(jìn)行巡檢，其軟件流程如圖4所示。若定時(shí)器中斷時(shí)，系統(tǒng)將對所有測點(diǎn)巡檢一次，然后仍按測點(diǎn)權(quán)值進(jìn)行巡檢。通訊時(shí)，儀器將只送出A區(qū)測點(diǎn)編號對應(yīng)的數(shù)據(jù)和編號，最后以00信號結(jié)束通訊。
(3) PC機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)
該監(jiān)測軟件采用VB6.0編寫，VB6.0是一種可視化的面向?qū)ο蟮牟捎檬录?qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)化高級程序設(shè)計(jì)語言，可高效、快速地開發(fā)出WINDOWS環(huán)境下的功能強(qiáng)大、圖形界面豐富的應(yīng)用軟件系統(tǒng)。VB6.0提供的MSCOMM32。OCX控件是專門用于串行通訊的控件，通過它可以很方便地設(shè)計(jì)PC機(jī)的通訊程序，利用NI公司的控件可以很容易的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的曲線顯示。本監(jiān)測軟件的具體功能包括串行通訊，數(shù)據(jù)和曲線的實(shí)時(shí)顯示，數(shù)據(jù)和曲線的保存及打印，越限報(bào)警等功能。
4、實(shí)驗(yàn)調(diào)試
(1)實(shí)驗(yàn)方法
在實(shí)驗(yàn)室布置10個(gè)現(xiàn)場檢測儀表，每個(gè)檢測儀表有8個(gè)前向測量通道，將傳感器安裝在類似托輥的鋼筒內(nèi)，用加熱電阻絲加熱鋼筒，模擬托輥的溫度變化，實(shí)驗(yàn)裝置如圖5示。在實(shí)驗(yàn)中，各連接電纜采用雙絞線，以實(shí)現(xiàn)可靠的通訊。一般情況下，現(xiàn)場儀表按設(shè)定的時(shí)間間隔對各測量通道進(jìn)行巡檢，通訊轉(zhuǎn)接器也按設(shè)定的時(shí)間間隔對現(xiàn)場儀表進(jìn)行巡回通訊。當(dāng)有超溫測點(diǎn)時(shí)，即認(rèn)為可能有故障發(fā)生�，F(xiàn)場儀表將對故障點(diǎn)不停的掃描，通訊轉(zhuǎn)接器也對現(xiàn)場儀表不停的進(jìn)行通訊，并將采集數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)。在設(shè)計(jì)中，串口中斷設(shè)為最高優(yōu)先級，以保證每次都能夠及時(shí)的通訊。上位機(jī)的通訊采用中斷方式，以便及時(shí)得到下位機(jī)傳送來的超溫?cái)?shù)據(jù)。圖6為現(xiàn)場儀表串口中斷程序示意流程。
(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)果
根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方法，依次對1、2、3點(diǎn)故障和無故障情況進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)。在模擬系統(tǒng)中，取通訊波特率為9600bps，考慮到測點(diǎn)數(shù)和轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)傳輸速度，設(shè)定巡檢時(shí)間間隔為30s。由實(shí)驗(yàn)可知故障點(diǎn)的檢測周期并不是和故障點(diǎn)數(shù)成嚴(yán)格的正比關(guān)系，這是由于采用動(dòng)態(tài)巡檢時(shí)，通訊數(shù)據(jù)傳送沒有固定的格式，故系統(tǒng)在通訊時(shí)還必須發(fā)送每個(gè)測量數(shù)據(jù)對應(yīng)的測點(diǎn)編號，從而實(shí)現(xiàn)測點(diǎn)與測量數(shù)據(jù)的對應(yīng)，便于對故障點(diǎn)的定位。
4、結(jié)論
本系統(tǒng)通過對數(shù)據(jù)的分組大大縮短了巡檢時(shí)間，同時(shí)通過對數(shù)據(jù)的逐級處理和層層過濾減小了通信流量，使整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性大大提高，有利于監(jiān)護(hù)人員作出正確的決策，大大提高了可靠性。本監(jiān)測系統(tǒng)成本低，實(shí)用性，易于推廣普及。
（轉(zhuǎn)載請注明：富通新能源輸送機(jī)http://m.basi2.com/shusong/）
