基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的架空乘人裝置動(dòng)態(tài)監(jiān)控裝置的研究

趙富強(qiáng)

（山西靈石華苑煤業(yè)有限公司， 山西 晉中 030013）

引言

架空乘人裝置憑借著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)勢(shì)，在人員運(yùn)輸過(guò)程中扮演著極為重要的角色。由于井下工作環(huán)境惡劣，架空乘人裝置在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中極易出現(xiàn)不穩(wěn)定性，給礦井人員的運(yùn)輸帶來(lái)了較大的安全隱患。為了提高對(duì)架空乘人裝置運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，有專家提出了有線監(jiān)控裝置，雖然有數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，但需要配備上千米的電纜，架空乘人裝置在運(yùn)行過(guò)程中極易出現(xiàn)絞繩，無(wú)法滿足長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的需求。結(jié)合無(wú)線傳輸技術(shù)的發(fā)展，本文提出了一種基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的架空乘人裝置動(dòng)態(tài)監(jiān)控裝置，該系統(tǒng)以無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸為核心，精確核定無(wú)線傳輸絕對(duì)安全距離，通過(guò)信號(hào)接力覆蓋的方式完成在煤礦井下無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋，確保了無(wú)線監(jiān)控裝置數(shù)據(jù)傳輸?shù)木_性，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明該動(dòng)態(tài)監(jiān)控裝置能夠?qū)芸粘巳搜b置在運(yùn)行過(guò)程中的速度、位置、運(yùn)行方向等進(jìn)行精確的監(jiān)控，自動(dòng)對(duì)運(yùn)行狀態(tài)及故障情況進(jìn)行判斷，同時(shí)能夠根據(jù)人員分布情況對(duì)運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)控，實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行，極大地提升了架空乘人裝置運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，具有較大的應(yīng)用推廣價(jià)值。

1 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)監(jiān)控裝置整體結(jié)構(gòu)

該無(wú)線網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)監(jiān)控裝置的整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。主要包括監(jiān)控模塊、無(wú)線傳輸系統(tǒng)和監(jiān)控終端模塊三個(gè)部分構(gòu)成。

由圖1 可知，監(jiān)控模塊主要位于監(jiān)控乘人裝置上，跟隨著監(jiān)控乘人裝置的運(yùn)行而運(yùn)行，該模塊內(nèi)包含了多種類型的傳感器設(shè)備，包括油壓傳感器、油溫傳感器、振動(dòng)傳感器、速度傳感器等，用于對(duì)架空乘人裝置運(yùn)行過(guò)程中的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，各類監(jiān)控信息均傳遞到驅(qū)動(dòng)板上，由數(shù)字信號(hào)分析系統(tǒng)對(duì)監(jiān)控信息進(jìn)行判斷，從而確定提升機(jī)的運(yùn)行情況。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)是數(shù)字信息傳輸?shù)耐ǖ?，要求無(wú)線傳輸信號(hào)穩(wěn)定性高、抗干擾能力強(qiáng)，滿足在煤礦井下惡劣工作環(huán)境中數(shù)據(jù)信息傳輸安全性的需求。監(jiān)控終端模塊主要是將加快乘人裝置的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示在顯示屏上，便于監(jiān)控人員的實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)節(jié)，滿足遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制的要求，提高架空乘人裝置工作的可靠性和安全性[1]。

圖1 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)監(jiān)控裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2 主要監(jiān)控傳感器的選型

架空乘人裝置動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)在于各類傳感器對(duì)架空乘人裝置運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，由于煤礦井下工作環(huán)境復(fù)雜，因此對(duì)各類傳感器的工作穩(wěn)定性提出了更高的需求，經(jīng)綜合評(píng)估各類傳感器的選型及特點(diǎn)如下[2]：

1）壓力傳感器：該壓力傳感器主要用于測(cè)定架空乘人裝置液壓系統(tǒng)內(nèi)的液壓油的工作壓力，實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓系統(tǒng)工作情況的判斷，其主要通過(guò)直接對(duì)傳感器上的膜片產(chǎn)生正壓力，通過(guò)膜片的變形量大小來(lái)改變電阻情況，最終以電流信號(hào)的形式來(lái)反應(yīng)出油壓的變化情況，該壓力傳感器選型為PT500-500型如圖2-1 所示。

2）位移傳感器：該位移傳感器主要用于對(duì)架空乘人裝置運(yùn)行過(guò)程中制動(dòng)閘瓦和鋼絲繩之間的距離進(jìn)行測(cè)定，其采用了ST-1 型非接觸式電渦流傳感器，具有精確度高、可靠性好的優(yōu)點(diǎn)，如圖2-2 所示。

3）振動(dòng)傳感器：該振動(dòng)傳感器主要用于對(duì)架空乘人裝置運(yùn)行過(guò)程中鋼絲繩的震蕩情況進(jìn)行測(cè)定，其工作原理是通過(guò)通過(guò)系統(tǒng)上質(zhì)量塊的慣性沖擊作用使傳感器上的壓電區(qū)域變形，在上面產(chǎn)生電荷集聚，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行放大處理后轉(zhuǎn)換為變化的電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)架空乘人裝置運(yùn)行穩(wěn)定性的判斷，該傳感器選型為YD-2900 型振動(dòng)傳感器，圖2-3 所示。

圖2 各類傳感器設(shè)備示意圖

3 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置硬件結(jié)構(gòu)

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置是聯(lián)系上位機(jī)和架空乘人裝置上監(jiān)控裝置的橋梁，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置的工作穩(wěn)定性直接決定了架空乘人裝置監(jiān)控裝置運(yùn)行的可靠性，該無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置結(jié)構(gòu)如圖3 所示[3]。

圖3 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置結(jié)構(gòu)示意圖

該無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置的特點(diǎn)在于，每一組的監(jiān)控單元上均設(shè)置一個(gè)無(wú)線通信模塊，用于對(duì)專用的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行信號(hào)加強(qiáng)發(fā)送，在架空乘人裝置的運(yùn)行路線上設(shè)置有多組有線連接的信號(hào)接收裝置，確保在架空乘人裝置運(yùn)行的任何時(shí)刻、任何位置，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和有線信號(hào)接收裝置之間的距離均不超過(guò)20 m，從而有效確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

在每一組監(jiān)控單元上設(shè)置一個(gè)無(wú)線通信模塊的作用，還在于能夠?qū)⒏黝悢?shù)據(jù)信息設(shè)置發(fā)送邏輯和發(fā)送順序，確保在每一時(shí)刻只傳輸一個(gè)監(jiān)控模塊上的數(shù)據(jù)信息，有效克服了無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)容量較小的問(wèn)題[4]，同時(shí)確保了對(duì)架空乘人裝置運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控的連續(xù)性，該無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置的數(shù)據(jù)傳輸模式目前已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，取得了較好的應(yīng)用效果，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸便捷性和可靠性的有機(jī)統(tǒng)一。

4 動(dòng)態(tài)監(jiān)控裝置的驗(yàn)證

為了對(duì)該動(dòng)態(tài)監(jiān)控裝置的監(jiān)控準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證，本文以某礦架空乘人裝置為對(duì)象，在對(duì)其監(jiān)控裝置進(jìn)行升級(jí)改造后對(duì)運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，在架空乘人裝置運(yùn)行過(guò)程中監(jiān)控裝置自動(dòng)對(duì)其運(yùn)行情況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制，數(shù)據(jù)更新速度為1.1 s，能夠滿足連續(xù)監(jiān)控的數(shù)據(jù)需求，同時(shí)監(jiān)控裝置能夠自動(dòng)對(duì)架空乘人裝置的運(yùn)行速度和振動(dòng)情況進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)出現(xiàn)振動(dòng)及運(yùn)行速度超標(biāo)時(shí)自動(dòng)對(duì)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，降低出現(xiàn)運(yùn)行異常的概率。當(dāng)架空乘人裝置上的無(wú)人時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整架空乘人裝置停止運(yùn)行或者時(shí)減速運(yùn)行，經(jīng)過(guò)改造后在相同運(yùn)行里程情況下的耗電量比優(yōu)化前降低了32%，極大地提升了架空乘人裝置運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，其監(jiān)控裝置界面如圖4 所示。

圖4 監(jiān)控界面示意圖

5 結(jié)論

1）該監(jiān)控裝置主要包括監(jiān)控模塊、無(wú)線傳輸系統(tǒng)和監(jiān)控終端模塊三個(gè)部分，具有整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。

2）無(wú)線傳輸系統(tǒng)采用了數(shù)據(jù)信息獨(dú)立、順序發(fā)送的模式，確保在每一時(shí)刻只傳輸一個(gè)監(jiān)控模塊上的數(shù)據(jù)信息，有效克服了無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)容量較小的問(wèn)題，同時(shí)確保了對(duì)架空乘人裝置運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控的連續(xù)性。

3）該系統(tǒng)控制下，架空乘人裝置的運(yùn)行耗電量比優(yōu)化前降低了32%，極大地提升了架空乘人裝置運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。