無極繩連續(xù)牽引車無線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

丁 華

（山西省長治經(jīng)坊煤業(yè)有限公司，山西 長治 046000）

引言

我國煤炭資源儲量豐富，但整體覆存不均，隨著煤炭資源開采年限的不斷增加，目前我國覆存較為簡單的煤層已經(jīng)逐步開采完畢，我國的開采重點(diǎn)逐步向著深部礦井轉(zhuǎn)移。隨著開采深度的不斷增加，對煤礦設(shè)備的要求也在逐步增高，隨著我國提出機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人、智能化無人的口號，煤礦機(jī)械目前的發(fā)展逐步朝著智能化、自動(dòng)化方向發(fā)展。無極繩連續(xù)牽引車，是煤礦井下巷道以鋼絲繩牽引的一種普通軌道連續(xù)運(yùn)輸設(shè)備[1-2]。無極繩連續(xù)牽引車作為井下不可或缺的運(yùn)輸設(shè)備，其在礦井工作過程中主要負(fù)責(zé)材料、設(shè)備等物件的運(yùn)輸任務(wù)，目前其主要用于運(yùn)輸距離長、運(yùn)輸傾角大的工作面。在長距離運(yùn)輸過程中，由于礦井工況環(huán)境較為惡劣，所以使得無極繩連續(xù)牽引車極易發(fā)生事故，一旦出現(xiàn)故障事故，不僅影響礦井的開采效率，嚴(yán)重時(shí)還會造成嚴(yán)重的人員傷亡[3-4]，所以無極繩連續(xù)牽引車的現(xiàn)場監(jiān)控顯得十分重要。本文利用無線視頻監(jiān)控技術(shù)及PLC控制技術(shù)對無極繩連續(xù)牽引車無線監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)一款無線監(jiān)控系統(tǒng)，從而為實(shí)時(shí)掌握無極繩連續(xù)牽引車運(yùn)行狀況和故障信息作出一定的貢獻(xiàn)，同時(shí)對后續(xù)故障的排除提供一定的依據(jù)。

1 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

對無極繩連續(xù)牽引車的視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)由本安型無線攝像儀、礦用隔爆兼本安型攝像儀、Wi-Fi對講機(jī)等部分組成，系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對監(jiān)控信息的采集，通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送采集的視頻信號。傳輸平臺主要由礦用光纜、無線基站和網(wǎng)線組成，基站主要是由各種設(shè)備轉(zhuǎn)化接口實(shí)現(xiàn)長距離信號的傳輸?shù)?。在井下控制部分，系統(tǒng)主要由隔爆本安型計(jì)算機(jī)和相應(yīng)配套軟件組成，井下部分主要是對攝像儀的信號進(jìn)行采集、回放、存儲。本文系統(tǒng)選用的監(jiān)測設(shè)備由本安型旋轉(zhuǎn)脈沖編碼器和本安開關(guān)等組成，通過兩者對無極繩連續(xù)牽引車運(yùn)行的里程數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，從而保證無極繩連續(xù)牽引車的運(yùn)行安全。視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案，如圖1所示。

圖1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架圖

為保證監(jiān)測方案的可行性，在無極繩連續(xù)牽引車梭車前后端分別設(shè)置無線紅外攝像儀和聲光報(bào)警器，兩者跟隨梭車一起移動(dòng)，同時(shí)在梭車運(yùn)行車巷的兩端及巷道內(nèi)部運(yùn)行過程中的起伏、急轉(zhuǎn)等位置配備無線通信基站，同時(shí)在絞車房中布設(shè)絞車顯示器，用于顯示梭車在運(yùn)行過程中的行車影像。同時(shí)為提升工作人員間的通信效果，為梭車巷中的工作人員、地面管控人員及絞車司機(jī)分別配備無線通信設(shè)備。

無極繩連續(xù)牽引車的車輛定位對于監(jiān)控系統(tǒng)十分重要，定位功能的主要技術(shù)是無線射頻技術(shù)、以太網(wǎng)通信技術(shù)。定位技術(shù)的主要目的是在絞車運(yùn)行的同時(shí)將定位信息傳輸至現(xiàn)場管理人員，從而避免出現(xiàn)傷亡事件，該技術(shù)能夠有效提升系統(tǒng)的信息化水平。無極繩連續(xù)牽引車定位功能主要由射頻閱讀器、上位機(jī)、射頻電子標(biāo)簽及其他一些定位裝置組合而成。其工作原理主要是在無極繩連續(xù)牽引車上安裝射頻電子標(biāo)簽，此時(shí)在巷道不同位置布置射頻閱讀器，當(dāng)絞車運(yùn)行至射頻閱讀器位置時(shí)，由于絞車上安裝有射頻電子標(biāo)簽，所以會在射頻閱讀器上顯示信息，此時(shí)通過射頻閱讀器與上位機(jī)的通信連接，從而在上位機(jī)顯示當(dāng)前絞車運(yùn)行位置和運(yùn)行方向，實(shí)現(xiàn)絞車定位。在本文設(shè)計(jì)的通信視頻中射頻閱讀器選用nRF2401，閱讀器信息采集頻段為2.4 GHz頻段，在射頻電子標(biāo)簽與射頻閱讀器間配備MSP430F147低功耗微控制器，完成兩者間的信息通信。

對圖像進(jìn)行采集，在梭車兩端同時(shí)安裝紅外攝像儀，采用2.4 GHz Wi-Fi通信方式，紅外攝像儀通過本安型電池箱進(jìn)行移動(dòng)供電，紅外攝像儀采用紅外星光級攝像儀，對無極繩連續(xù)牽引車運(yùn)行進(jìn)行圖像采集。在梭車道機(jī)尾位置安裝音視頻攝像儀，對梭車道的工況圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。同時(shí)在巷道車場安裝攝像儀，攝像儀將拍攝影像傳輸至顯示器上，利用顯示器的傳輸接口將圖像顯示于地面調(diào)度中心，通過絞車語言信號與視頻智能分析系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，達(dá)到安全監(jiān)控報(bào)警的目的，做到“行人不行車，行車不行人”，從根本上保證人員及設(shè)備的安全[5-7]。

在系統(tǒng)內(nèi)可配置礦用本安型手機(jī)，手機(jī)通過Wi-Fi覆蓋進(jìn)行相互間的通信。利用手機(jī)開發(fā)軟件進(jìn)行崗位司機(jī)移動(dòng)實(shí)時(shí)打點(diǎn)。移動(dòng)終端與系統(tǒng)服務(wù)端通過通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)連接，達(dá)到手機(jī)端與服務(wù)端的雙向數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)移動(dòng)端下達(dá)操控指令后，此時(shí)信號傳輸至服務(wù)端進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，輸出指令包括啟動(dòng)、停止、打點(diǎn)、急停等。

2 工業(yè)化試驗(yàn)

對設(shè)計(jì)的無極繩連續(xù)牽引車監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用試驗(yàn)，試驗(yàn)可分為地面和井下兩種，首先進(jìn)行地面測試，地面測試共涉及4臺分站和1臺主站，分站和主站距離間隔設(shè)定為100 m，主站與顯示器、計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，對各站的動(dòng)態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，在推車上設(shè)置攝像儀、不間斷電源，推車從主站向分站進(jìn)行移動(dòng)，兩端部分站分別設(shè)定90°的拐角。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)各個(gè)分站間視頻終端漫游切換延時(shí)在2～3 s之間，圖像傳輸在上位機(jī)上顯示圖像較為清晰，且視頻流暢性較佳。

對井下進(jìn)行試驗(yàn)，井下布置10臺分站與1臺主站，主站與分站的間隔和地面相同均為100 m，主站與分站通過光纜進(jìn)行連接。將移動(dòng)電源和網(wǎng)絡(luò)攝像儀安裝于絞車上，主站位于上車場，無極繩連續(xù)牽引車向著下車場方向運(yùn)行。在地面調(diào)度室進(jìn)行圖像的實(shí)時(shí)顯示。無極繩連續(xù)牽引車從上車場至下車場運(yùn)行過程中漫游切換時(shí)間為4 s左右，整個(gè)系統(tǒng)的圖像傳輸流暢性及圖像傳輸質(zhì)量較好，整體圖像播放的流暢性較好。經(jīng)過試驗(yàn)研究可以看出，設(shè)計(jì)的無極繩連續(xù)牽引車監(jiān)控系統(tǒng)整體可行，為礦井智能化建設(shè)提供了一定的參考。

3 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了一款無極繩連續(xù)牽引車監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)通過無線方式進(jìn)行信號采集，利用工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)了絞車在梭車道內(nèi)人與設(shè)備、人與人和設(shè)備與設(shè)備間的信息互聯(lián)，同時(shí)通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了無線視頻監(jiān)控和數(shù)據(jù)圖像采集。對設(shè)計(jì)的無極繩連續(xù)牽引車進(jìn)行地面及井下試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)視頻終端切換時(shí)間較短，傳輸圖像流暢且清晰度高，為礦井智能化建設(shè)及安全運(yùn)行提供一定保障。