基于CAN通信總線和模糊控制的礦井皮帶運(yùn)輸在線監(jiān)測系統(tǒng)

丁珂

（淮北礦業(yè)集團(tuán)公司朔石礦業(yè)東部井保運(yùn)區(qū)，安徽淮北235000）

?

基于CAN通信總線和模糊控制的礦井皮帶運(yùn)輸在線監(jiān)測系統(tǒng)

丁珂

（淮北礦業(yè)集團(tuán)公司朔石礦業(yè)東部井保運(yùn)區(qū)，安徽淮北235000）

首先闡述了皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的功能，然后針對目前對這一運(yùn)輸系統(tǒng)的使用需求，結(jié)合有關(guān)控制理論與通訊技術(shù)，給出了一套先進(jìn)的煤礦皮帶運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)。

自動化；煤礦皮帶運(yùn)輸；模糊理論

引言

在大型煤礦的生產(chǎn)當(dāng)中，為了方便煤炭的運(yùn)輸，一般都要用到皮帶輸送機(jī)這一設(shè)備。通過使用縮短了生產(chǎn)當(dāng)中用于運(yùn)輸?shù)臅r間，極大地提升了煤礦作業(yè)的效率。根據(jù)現(xiàn)階段對皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的使用需求，以及考慮作業(yè)當(dāng)中的操作步驟與監(jiān)控的實(shí)際情況，采用先進(jìn)的技術(shù)開發(fā)出了可分布進(jìn)行管理的集中監(jiān)控自動化系統(tǒng)；通過對該自動化系統(tǒng)的應(yīng)用，消除了目前集散管理中在控制器方面的難點(diǎn)，使皮帶監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)際使用當(dāng)中具有更好的穩(wěn)定性、操作性與通用性。

1　皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的功能

這一系統(tǒng)的功能基本上有以下幾項(xiàng)：即設(shè)備的停止與啟動、監(jiān)控工作狀態(tài)的全過程、及時發(fā)現(xiàn)問題并做適合的保護(hù)、以及各站之間進(jìn)行語音通訊。詳細(xì)情況如下：1）設(shè)備的停止與啟動。系統(tǒng)可以按照現(xiàn)場指揮者的要求傳出具體信號，并通過相應(yīng)的設(shè)備實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)的停止與啟動操作，包括特殊情況下急停的操作。這一系統(tǒng)的工作方式主要有兩種，即多機(jī)運(yùn)行與獨(dú)機(jī)調(diào)試。2）監(jiān)控全過程的工作情況?？梢宰龅綄υO(shè)備工作有關(guān)參數(shù)進(jìn)行全過程的監(jiān)控，且可以及時調(diào)整設(shè)備的工作狀態(tài)與速度，以使整個系統(tǒng)能夠順利的工作。3）語音通訊功能。可以實(shí)現(xiàn)有關(guān)各站之間的實(shí)時語音通訊，其中包括輔助站和主站、分站和分站之間的通訊，極大的方便了各站間的聯(lián)系，并提升了整個系統(tǒng)的自動化水平。

2　ARM處理器硬件設(shè)備

這一處理器是屬于配合系統(tǒng)工作的設(shè)備，亦是影響系統(tǒng)正常工作的關(guān)鍵部分。隨著應(yīng)用技術(shù)的不斷進(jìn)步，該設(shè)備的主頻與以前相比也做了很大的改進(jìn)，使主頻基本上超過了400 MHz，其處理器的技術(shù)水平在嵌入式領(lǐng)域來講，已是屬于最先進(jìn)的，現(xiàn)在所用的處理器在系統(tǒng)里面發(fā)揮了重要的作用，一定會引領(lǐng)將來嵌入式技術(shù)的發(fā)展趨勢。

該處理器具有的優(yōu)勢有以下五點(diǎn)：一是形狀輕巧、耗能少、作用大、所需費(fèi)用低；二是同時支持兩種指令集，可應(yīng)用的指令有16位與8位的；三是作業(yè)線的自動化程度高，工作迅速，實(shí)時性好，能達(dá)到符合的控制規(guī)定；四是其結(jié)構(gòu)十分合理，操作簡潔；五是指令的大小處于一個恒定值。

3　控制器局域網(wǎng)（CAN）通信總線

該控制器局域網(wǎng)的建成極大地方便了信息的傳送。當(dāng)總線里面的某一節(jié)點(diǎn)發(fā)出信息時，別的節(jié)點(diǎn)能夠進(jìn)行接收，并可以對這些發(fā)來的信息做出一定的處理。且在信息被全部收到后，相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)能夠及時給出反應(yīng)。該控制器局域網(wǎng)的控制主要含有以下三種不同類型：即遠(yuǎn)程巾貞、數(shù)據(jù)幀、出錯中貞。1）第一種類型里面分6個位場，它們是巾貞起始、評價場、管理場、CRC場、反應(yīng)場與傾結(jié)束。這種類型的結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，性能好，而且在它的里面沒含信息場。2）第二種類型里面分7個位場，它們是起始場、評價場、管理場、信息場、CRC場、反應(yīng)場與結(jié)束場。信息大小可為0。3）第三種類型里面分2個位場，有一個為出錯界定符，另一個是通過從各站傳來的錯誤標(biāo)識累積而得。

4　在線監(jiān)測系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

這一監(jiān)控系統(tǒng)的硬件是由以下四項(xiàng)構(gòu)成：它們分別是測試模塊、設(shè)備調(diào)速單元、語音通訊模塊、CAN通訊接口。其中設(shè)備調(diào)速選擇的是最為先進(jìn)的算法，能將皮帶的傳送速度最大程度的控制規(guī)定值，若出現(xiàn)大于這個值的情況，會做出停機(jī)保護(hù)的處理。

測試模塊用于全過程監(jiān)測這一系統(tǒng)的工作情況，它是監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分，里面含有傳感器與行程開關(guān)。其中傳感器的穩(wěn)定性、精準(zhǔn)性和便于操作是選型的一個主要參考方面，在很大程度上影響著系統(tǒng)保護(hù)作用的實(shí)現(xiàn)，在該系統(tǒng)里面是非常關(guān)鍵的部件。

本系統(tǒng)中采用的速度傳感器為GS4（A）型，在它的里面含有設(shè)備支架、滾筒、速度測試變換器、磁鋼等部件。低電平與高電平分別小于0.5 V和大于11 V，發(fā)出的為電平信號，里面的電流小于10 mA，電壓為DC 12 V。磁鋼需要固定在滾筒上，它的數(shù)量一般是由設(shè)備轉(zhuǎn)速的情況來確定。在變換器里面設(shè)有電路板，板上設(shè)有速度調(diào)整按紐，可供調(diào)整的速度有3.5 m/s、2.5 m/s與1.5 m/s三種，支架起到固定整個傳感器的作用，經(jīng)由調(diào)節(jié)支架上面的螺栓可改變它的位置。在設(shè)備的外殼上還裝有測試故障的按鈕，可及時發(fā)現(xiàn)問題。

在此系統(tǒng)里面對管理起關(guān)鍵作用的部分是ARM微控制器，它根據(jù)有關(guān)的信息，并采用適合的管理算法來傳出需要的管理信號，然后再傳出相應(yīng)的開關(guān)信號，以及觸發(fā)有關(guān)的開關(guān)部件，這樣就使工作繞組變得暢通，電機(jī)也能夠開始穩(wěn)定的運(yùn)行，而且能對其工作情況進(jìn)行全過程監(jiān)測。

其中在驅(qū)動電路里面主要含有逆變器、濾波器與整流電路。本系統(tǒng)之中給定的是30 A/660 V三相不可控整流模塊，通過整流使設(shè)備運(yùn)行獲得所需要的電流，以保障順利運(yùn)行。因?yàn)橥ㄟ^整流的作用后，會出現(xiàn)脈動的情況，因此需要裝上濾波器，用以消除這種脈動的情況。由以往的運(yùn)行可知，通常1 000 μ F的電解電容所對應(yīng)的功率是1 000 W。因?yàn)楸疚慕o出的電機(jī)額定功率是320 kW，所以確定的電解電容是320 000 μ F。

對于監(jiān)控系統(tǒng)之中所含有的模塊，須采用專門的程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，以確保這些模塊的使用功能，由功能上來看，模塊主要分兩類，即系統(tǒng)初始化模塊與信息采集分析模塊，前者的作用是：可以在啟動過程中調(diào)整微控制器系統(tǒng)資源，主要是進(jìn)行控制器、時鐘、端口、串口的初始化，以及所有站點(diǎn)設(shè)備的初始化等。后者是系統(tǒng)控制器里面的關(guān)鍵部分，所以這一部分相對別的模塊來講，應(yīng)處于較優(yōu)先的地位，該模塊經(jīng)由變更停止服務(wù)子程序來收到所需的有關(guān)信息。為了確保系統(tǒng)的實(shí)時性，在進(jìn)行相關(guān)的取樣時，每一時間段取樣12點(diǎn)，也就是在達(dá)到50 Hz的頻率時，兩個相臨點(diǎn)間隔為1.67 m/s，并在子程序里面發(fā)起A/D轉(zhuǎn)換，然后將經(jīng)由轉(zhuǎn)換所得到的信息存進(jìn)RAM里面，且對所收到的信息做好前期的相關(guān)處理工作。在這一過程中，系統(tǒng)可進(jìn)行一些別的操作，如信息分析、遠(yuǎn)程語音聯(lián)系等。

5　通信模塊程序設(shè)計(jì)

在這一模塊里面主要具有三個方面的功能，即語音通信、總線通信與串口通信。RS-485發(fā)送信號的方式為平衡驅(qū)動與差分接收，這樣就不會受到信號地線的干擾，不僅增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾性，也增強(qiáng)了實(shí)時性。因此本系統(tǒng)控制主站和上位機(jī)之間的通信選擇通過RS-485實(shí)現(xiàn)。

6　結(jié)語

本文根據(jù)皮帶運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)的使用需求，結(jié)合嵌入式技術(shù)等一些先進(jìn)的技術(shù)，對原來的皮帶運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了全面改進(jìn)，不僅使系統(tǒng)工作起來更迅速，而且運(yùn)行的穩(wěn)定性與過去相比也得到大幅提高。

（編輯：王慧芳）

Coal Mine Belt Transportation Online Monitoring System based on CAN Communication Bus and Fuzzy Control

Ding Ke
（Shuoshi Mining Western Well Delivery Area，Huaibei Mining Group Company，Anhui Huaibei 235 000）

This paper describes the function of the belt transport system.And for the demand of transport system，combined with related control theory and communications technology，this paper gives an advanced belt transport monitoring system.

automation；coal mine belt transportation；fuzzy theory

TP273

A

2095-0748（2015）22-0080-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2015.22.35

2015-10-15

丁珂（1986—），男，安徽淮北人，本科，技術(shù)員，研究方向：煤礦皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)。