掘進(jìn)機(jī)監(jiān)測主機(jī)的設(shè)計(jì)

【摘要】為了實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)截割機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、運(yùn)輸機(jī)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)等關(guān)鍵參數(shù)的數(shù)據(jù)處理與監(jiān)測報(bào)警，設(shè)計(jì)了一種掘進(jìn)機(jī)監(jiān)測主機(jī)，介紹了掘進(jìn)機(jī)監(jiān)測主機(jī)的硬件架構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)。該掘進(jìn)機(jī)監(jiān)測主機(jī)實(shí)現(xiàn)了參數(shù)監(jiān)測、狀態(tài)自檢、報(bào)警信息記錄、系統(tǒng)通訊設(shè)置、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能，應(yīng)用表明，該掘進(jìn)機(jī)監(jiān)測主機(jī)操作簡單，滿足掘進(jìn)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測的現(xiàn)場要求。

【關(guān)鍵詞】掘進(jìn)機(jī)；狀態(tài)監(jiān)測；故障報(bào)警

Abstract：In order to process and monitor key parameters of cutting mechanism，travel mechanism，transportation agencies and cooling systems for boring machine，the monitor of boring machine system is designed.The hardware architecture and software design are introduced in this paper. The parameters monitoring，self-test，alarm information recording，system communication setting，data storage and other functions are achieved.The application shows that the monitor meets the needs of boring machine condition monitoring.

Keywords：boring machine；condition monitoring；fault alarm

1.引言

掘進(jìn)機(jī)是巷道掘進(jìn)的主要設(shè)備之一，掘進(jìn)機(jī)主要采用司機(jī)手動(dòng)操作，由于粉塵、水霧以及掘進(jìn)過程中巨大機(jī)身振動(dòng)等惡劣環(huán)境，操作人員對掘進(jìn)機(jī)自身狀態(tài)缺乏及時(shí)掌握，容易造成重大安全事故[1，2]。為了保證掘進(jìn)機(jī)安全可靠運(yùn)行，掘進(jìn)機(jī)需要配備車載監(jiān)測主機(jī)，監(jiān)測掘進(jìn)機(jī)工作環(huán)境信息（甲烷、粉塵），掘進(jìn)機(jī)工作電壓和電流，液壓系統(tǒng)壓力、溫度、液位、流量，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移和壓力等重要參數(shù)，同時(shí)實(shí)時(shí)計(jì)算顯示截割頭位置、截割牽引力以及進(jìn)行故障報(bào)警與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。本文將介紹一種掘進(jìn)機(jī)車載監(jiān)測主機(jī)的設(shè)計(jì)。

2.主要監(jiān)測參數(shù)

為了保證掘進(jìn)機(jī)井下巷道掘進(jìn)過程中，掘進(jìn)機(jī)司機(jī)能及時(shí)掌握截割機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、運(yùn)輸結(jié)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)等部位關(guān)鍵參數(shù)變化以及截割頭位置、掘進(jìn)機(jī)載荷與截割牽引力與行走牽引力等受力情況，保障掘進(jìn)機(jī)安全可靠運(yùn)行[3，4]。同時(shí)，存儲(chǔ)大量現(xiàn)場運(yùn)行數(shù)據(jù)為掘進(jìn)機(jī)設(shè)備廠家的結(jié)構(gòu)改進(jìn)和提高動(dòng)態(tài)性能提供數(shù)據(jù)支持，結(jié)合掘進(jìn)機(jī)的工況要求和相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)，主要監(jiān)測參數(shù)如下：

掘進(jìn)機(jī)截割機(jī)構(gòu)：截割電機(jī)電流、電壓、溫度、截割臂振動(dòng)。

掘進(jìn)機(jī)行走機(jī)構(gòu)：行走左右馬達(dá)壓力，行走油缸泵壓力。

掘進(jìn)機(jī)運(yùn)輸機(jī)構(gòu)：爬爪左右壓力、流量，刮板壓力與流量，裝置運(yùn)輸泵壓力。

掘進(jìn)機(jī)冷卻系統(tǒng)：內(nèi)噴壓力，內(nèi)噴流量。

掘進(jìn)機(jī)正常運(yùn)行相關(guān)參量：先導(dǎo)壓力，油箱回油壓力，油箱油溫、油位，粉塵濃度。

3.掘進(jìn)機(jī)監(jiān)測主機(jī)架構(gòu)

掘進(jìn)機(jī)監(jiān)測主機(jī)主要實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵參數(shù)實(shí)時(shí)顯示與監(jiān)測報(bào)警、截割頭位置與牽引力計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與導(dǎo)出、掘進(jìn)機(jī)狀態(tài)自檢等功能。同時(shí)，顯示記錄各監(jiān)測參數(shù)相關(guān)的報(bào)警信息，當(dāng)發(fā)生報(bào)警時(shí)，通過畫面和聲音報(bào)警的形式提醒駕駛司機(jī)。

掘進(jìn)機(jī)監(jiān)測主機(jī)主要由處理器、本安電路、后備電源、顯示屏、EMMC數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)通訊接口、鍵盤構(gòu)成。處理器為Cortex-A8內(nèi)核，負(fù)責(zé)監(jiān)測主機(jī)任務(wù)調(diào)度與數(shù)據(jù)處理，本安電路負(fù)責(zé)整個(gè)監(jiān)測主機(jī)本安供電，后備電源負(fù)責(zé)不低于2小時(shí)的續(xù)航供電，顯示屏為10.1寸液晶屏，EMMC數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與故障記錄，數(shù)據(jù)通訊接口負(fù)責(zé)接收采集器傳輸?shù)谋O(jiān)測參數(shù)。監(jiān)測主機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

考慮到掘進(jìn)機(jī)工況與系統(tǒng)穩(wěn)定可靠性，車載監(jiān)測主機(jī)處理器選用Cortex-A8高速處理器的IMX535核心模塊，搭配1G內(nèi)存與64G EMMC數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，顯示屏采用10.1寸液晶屏，分辨率為1024×600，能經(jīng)受100g振動(dòng)與沖擊。監(jiān)測主機(jī)具備1路RS485、1路CAN和1路以太網(wǎng)通信接口，且具有不低于2小時(shí)的后備電源。

4.監(jiān)測主機(jī)主要功能界面

掘進(jìn)機(jī)監(jiān)測主機(jī)主要通過功能界面顯示掘進(jìn)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信息，監(jiān)測主界面如圖2所示，監(jiān)測內(nèi)容包括：截割頭位置實(shí)時(shí)監(jiān)測、爬爪運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測報(bào)警、鏟板與截割頭干涉故障報(bào)警、粉塵濃度、瓦斯?jié)舛取⒂拖溆臀槐O(jiān)測報(bào)警、截割電流＼電壓＼功率監(jiān)測報(bào)警、截割牽引力與行走牽引力實(shí)時(shí)計(jì)算顯示。圖3為監(jiān)測參數(shù)顯示界面。監(jiān)測內(nèi)容包括電流、電壓、振動(dòng)、壓力、流量、位移、油位、油溫以及粉塵濃度等多種類型參數(shù)。當(dāng)監(jiān)測參數(shù)報(bào)警時(shí)，通過字體紅黃綠變化進(jìn)行區(qū)分，綠色表示正常，黃色表示預(yù)警，紅色表示報(bào)警。圖4為狀態(tài)自檢界面，監(jiān)測主機(jī)上電運(yùn)行開始則進(jìn)行系統(tǒng)自檢，從信息采集箱得到挖掘機(jī)的各項(xiàng)自檢數(shù)據(jù)，如自檢數(shù)據(jù)不正常，則在系統(tǒng)主界面左上角顯示“自檢錯(cuò)誤”，并用紅燈顯示。

5.軟件設(shè)計(jì)

監(jiān)測主機(jī)在系統(tǒng)初始化過程中，對通訊接口、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間、時(shí)鐘以及工作模式進(jìn)行設(shè)置。監(jiān)測主機(jī)獲得數(shù)據(jù)采集器信號(hào)后，通過集成截割頭位置與牽引力等計(jì)算方法，進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理與顯示。主程序通過按鍵流程控制，進(jìn)行不同顯示界面的切換，數(shù)據(jù)定時(shí)存入數(shù)據(jù)庫中，通過u盤進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)出。

6.結(jié)論

掘進(jìn)機(jī)車載監(jiān)控主機(jī)采用Cortex-A8內(nèi)核處理器+LINUX操作系統(tǒng)的技術(shù)方案，顯示屏采用抗沖擊的10.1液晶屏可滿足系統(tǒng)圖形化、動(dòng)態(tài)化的顯示要求。監(jiān)測主機(jī)具有1GHzCPU頻率、64GEMMC數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、帶有不低于2小時(shí)的后備電源，通訊接口豐富滿足現(xiàn)有要求的同時(shí)，可為系統(tǒng)功能擴(kuò)展和升級(jí)提供平臺(tái)。該掘進(jìn)機(jī)監(jiān)測主機(jī)已在煤礦掘進(jìn)機(jī)設(shè)備中應(yīng)用，實(shí)踐表明，該監(jiān)測主機(jī)人機(jī)界面友好，操作簡單，狀態(tài)監(jiān)測功能為掘進(jìn)機(jī)維護(hù)管理提供了可靠依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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基金項(xiàng)目：國家高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）資助項(xiàng)目“煤炭智能化掘采技術(shù)與裝備”子課題五“智能化超重型巖巷掘進(jìn)機(jī)研制”（項(xiàng)目編號(hào)：2012AA06A405）。

作者簡介：郝建生（1977—），男，山西太谷人，碩士，高級(jí)工程師，主要從事煤礦懸臂式掘進(jìn)機(jī)研究工作，已發(fā)表文章10余篇。