基于嵌入式技術的采煤機監(jiān)控系統(tǒng)

【摘要】采煤機監(jiān)控系統(tǒng)的研究是近年來人們一直關注的課題，因為通過對采煤機進行監(jiān)控可以大大提高采煤機的采煤效率、可靠性和開機率，并降低操作人員的勞動強度。文章介紹了基于嵌入式技術的采煤機監(jiān)控系統(tǒng)。它與傳統(tǒng)的采煤機監(jiān)控系統(tǒng)相比，監(jiān)控系統(tǒng)功能更多、更強，在故障分析和生產(chǎn)協(xié)調(diào)等方面都有傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)勢。基于嵌入式技術的采煤機監(jiān)控系統(tǒng)是采煤機監(jiān)控系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢，應該進一步加強對其應用的研究。

【關鍵詞】采煤機監(jiān)控；嵌入式技術；系統(tǒng)

采煤機是綜采工作面用來截割煤炭的設備，它是現(xiàn)代煤礦開采中最重要的三大設備之一。其運行狀態(tài)的好壞，無疑直接關系著煤炭生產(chǎn)效率和企業(yè)的經(jīng)濟效益。要想提高采煤機運行的可靠性，一個很好的辦法就是對其進行適當?shù)谋O(jiān)控，以便及時發(fā)現(xiàn)問題，對故障進行提早診斷和預報，并采取相應的措施進行維護，這無疑可以大大減少采煤機故障率，提高開機率。隨著自動化技術、監(jiān)控技術和計算機技術等的發(fā)展，對采煤機的監(jiān)控已經(jīng)成為可能。目前，國內(nèi)外很多專家學者都在進行有關的研究。在此，本文將介紹一種基于嵌入式技術的采煤機監(jiān)控系統(tǒng)。

1.嵌入式技術概述

嵌入式系統(tǒng)是一種專用的計算機系統(tǒng)，它以應用為中心、以計算機技術為基礎，集軟硬件于一體，具有獨立工作的能力。該系統(tǒng)主要包括四個部分：外圍硬件設備、嵌入式微處理器、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應用程序。目前，嵌入式計算機在應用數(shù)量上遠遠超過了各種通用計算機，通用計算機的絕大部分外部設備，如鼠標、鍵盤、顯卡、顯示器、打印機、掃描儀等，都是由嵌入式處理器控制的。在制造工業(yè)、過程控制、通訊、儀器、儀表、汽車、船舶、航空、航天、軍事裝備、消費類產(chǎn)品等方面均是嵌入式計算機的應用領域。嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術和各個行業(yè)的具體應用相結合后的產(chǎn)物。嵌入式系統(tǒng)具有、技術密集、資金密集和高度分散等特點，是一種不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。

2.采煤機監(jiān)控系統(tǒng)設計目標

現(xiàn)場監(jiān)控與及時的故障點操控是采煤機監(jiān)控系統(tǒng)應具備的基本功能，就煤礦采煤機現(xiàn)行監(jiān)控系統(tǒng)的應用來看，表現(xiàn)出監(jiān)控畫面直觀性缺乏，不具備查詢、歷史曲線、實時報表等功能，只能進行一定程度上的監(jiān)控，難以協(xié)助生產(chǎn)調(diào)度人員對生產(chǎn)和事故作出及時的協(xié)調(diào)和處理?；谇度胧郊夹g應用的采煤機監(jiān)控系統(tǒng)設計目標，主要應實現(xiàn)以下3方面要求：

2.1 無線數(shù)據(jù)收發(fā)

依據(jù)數(shù)據(jù)通信協(xié)議要求，通過無線局域網(wǎng)，來實現(xiàn)無線收發(fā)器同監(jiān)控模塊和外部環(huán)境間的數(shù)據(jù)連通。同時，無線收發(fā)器還能夠在采煤機運行或開機狀態(tài)下設置其參數(shù)極限值。

2.2 對相關數(shù)據(jù)的采集

通過對現(xiàn)有寬帶和網(wǎng)絡架構的利用，來對工作面上采煤機的位置、電壓、運動方向、速度、電流、冷卻水的流量與壓力、齒輪箱的油溫和油位、主液壓和輔液壓系統(tǒng)的流量與壓力、電機軸承等軸承的重要溫度參數(shù)實施監(jiān)測與整合，并向井上監(jiān)控中心進行傳送。

2.3 進行相應數(shù)據(jù)的處理

在出現(xiàn)報警情況下，無線收發(fā)器可采取相應的現(xiàn)場應急措施，并能夠針對所采集的數(shù)據(jù)作出實時的轉發(fā)與處理。

3.基于嵌入式技術的采煤機監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)

以采煤機監(jiān)控系統(tǒng)設計目標為依據(jù)，劃分系統(tǒng)為4個部分：

（1）協(xié)議驅動層其為最底層軟件系統(tǒng)，主要負責完成對無線收發(fā)器硬件系統(tǒng)的讀寫、配置及啟動等相關操作；

（2）應用程序層該層通過對協(xié)議驅動層接口函數(shù)的調(diào)用，來促使無線收發(fā)器差異功能的實現(xiàn)；

（3）Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核其任務在于完成各個任務同無線收發(fā)器間的管理、調(diào)度和通訊；

（4）接口隔離層其為硬件接口層，位于系統(tǒng)最外圍。整個監(jiān)控系統(tǒng)的軟件包含RS485通信模塊、WLAN通信模塊、現(xiàn)場應急模塊（報警模塊、音頻視頻模塊等）、針對重要參數(shù)的修改和存儲模塊?？v觀采煤機監(jiān)控系統(tǒng)，其核心是無線收發(fā)器，是作為連接井下工作面采煤機和井上監(jiān)控中心的紐帶而存在的，基于嵌入式技術應用的采煤機監(jiān)控系統(tǒng)，主要著眼于以下4個方面來加以實現(xiàn)：

3.1 嵌入式Linux的開發(fā)

嵌入式Linux作為一種開源軟件，不但具有強大的功能，且在嵌入式領域有著廣泛的應用。嵌入式Linux移植需對其內(nèi)核源代碼作出裁剪、修改、優(yōu)化、增加及重新編譯，并結合系統(tǒng)硬件環(huán)境和系統(tǒng)設計需要，來開發(fā)嵌入式Linux，其基本的開發(fā)過程如下：環(huán)境配置—開發(fā)主機配置—建立BootLoader（引導裝載程序）—Linux系統(tǒng)移植—建立根文件系統(tǒng)—應用程序中Flash磁盤分區(qū)的建立—應用程序開發(fā)—內(nèi)核、應用程序及根文件系統(tǒng)的燒寫。

3.2 嵌入式Linux的移植

實現(xiàn)對車載系統(tǒng)平臺的嵌入式Linux移植，通常需要落實以下幾點步驟：

（1）建立交叉、開放的編譯環(huán)境指的是嵌入式應用軟件鏈接、編譯和調(diào)試的環(huán)境，目標板或宿主機是其常用模式。Linux平臺下，進行圖形界面、內(nèi)核及一些其他應用程序的編譯，且注重交叉編譯器安裝的合理性；

（2）啟動加載代碼的設計與實現(xiàn)在PC機中，一般由磁盤和BIOS的LILO來進行引導程序Linux操作程序的加載，從而使監(jiān)控系統(tǒng)保持在一個合適的軟硬件環(huán)境狀態(tài)下，并最終實現(xiàn)對操作系統(tǒng)內(nèi)核的調(diào)動，使得引導和內(nèi)核加載作用得到真正的發(fā)揮；

（3）啟動Linux內(nèi)核待獲得Linux控制權后，需進行3個階段的初始化：檢查體系結構和CPU、建立頁表、初始化CPU。進行系統(tǒng)內(nèi)擠出設備的初始化。實施更高層次的初始化。并加之對Linux的配置和裁剪，來形成一個適用、合理的操作系統(tǒng)；

（4）制造根文件系統(tǒng)下載鏡像文件至系統(tǒng)中，啟動Linux后，根文件系統(tǒng)便會自動進行加載，通過init文件尋找，init進程建立，來啟動系統(tǒng)；

（5）內(nèi)核的下載與調(diào)試待源代碼配置編譯完成后，便通過BootLoader來進行內(nèi)核的下載，應用串口輸出啟動信號至主機，將DNW程序打開，再將USB電纜接上，便完成了對Linux內(nèi)核的下載和調(diào)試。

3.3 相應硬件支持與功能支持的添加

在確保Linux內(nèi)核移植操作正確的基礎上，來進行相應硬件支持與功能支持的逐步添加，且在移植的初始階段，應對內(nèi)核功能配置選項和不相關的設備驅動作出盡可能的屏蔽，來盡可能減少內(nèi)核支持選項，以構造出最小的Linux內(nèi)核。采煤機監(jiān)控系統(tǒng)功能支持的添加主要涉及的文件改動，包括Makefile文件、config.in文件、debug文件等，結合實際需要，來進行系統(tǒng)或手動的添加。

3.4 引入WLAN實現(xiàn)TCP通信任務

WLAN即無線局域網(wǎng)，其任務主要集中于TCP通信任務的實現(xiàn)，其負責對井下AP點所傳TCP數(shù)據(jù)的接收和解析。如為控制命令，則無線收發(fā)器便會向RS485通信模塊以消息隊列方式來進行控制命令的傳達，從而使其命令內(nèi)容在各個監(jiān)控模塊得到共享。如為獲取命令，無線收發(fā)器便會通過WLAN來將所采集的數(shù)據(jù)傳送至無線接入點。

4.結束語

本文對基于嵌入式技術的采煤機監(jiān)控系統(tǒng)進行了簡要的介紹。與傳統(tǒng)的采煤機監(jiān)控系統(tǒng)相比，應用嵌入式技術設計的監(jiān)控系統(tǒng)功能更多、更強，在故障分析和生產(chǎn)協(xié)調(diào)等方面都有傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)勢?；谇度胧郊夹g的采煤機監(jiān)控系統(tǒng)是采煤機監(jiān)控系統(tǒng)未來發(fā)展的方向，詳細隨著對其應用研究的深入，其性能必將進一步完備，從而更好地服務于煤礦生產(chǎn)領域。

參考文獻

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