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帶CAN總線工業平板電腦在采煤機監控系統中應用

  帶CAN總線工業平板電腦在采煤機監控系統中應用
  就我國煤礦開采生產現狀來看,雖然應用了很多新型技術,但從整體上來看,依然存在較多問題。以采煤機監控系統為例,目前大部分煤礦仍采用人工定期觀測的方式,不但工人的工作量大,而且還存在檢測不及時和數據不同步的情況,導致采煤機的控制效果不佳。將CAN總線技術應用于采煤機監控系統,通過礦用智能傳感器來收集各項參數,能為煤礦的安全生產打好基礎。

  采煤機是移動設備,且工作面的煤塵含量比較大,所以遠程視頻監控一直沒有有效的解決方案,從而無法實現采煤環境的監視,該系統可使地面或井下工作面監控室工作人員即時的清晰的觀測到采煤機的割煤情況,可有效的提高采煤的安全性和工作效率。實施過程:整體系統分為前端采集和后端處理兩部分。在采煤機兩側各加裝了兩個攝像儀,分別監視采高和臥低,每側兩個攝像儀安裝在一個隔爆箱體內,使用加裝在攝像儀箱體內的本安部分拉出的桿狀天線為主要傳輸方法。接收信號的無線基站安裝在液壓支架上。1.前端視頻數據采集:利用已經成熟的無線傳輸系統,在采煤機上加裝帶隔爆外殼的網絡攝像頭,攝像頭采集到圖像后,通過無線的方式將圖像傳輸至加裝在液壓支架上的無線接收基站上,再由無線接收基站通過光纖傳輸至井下工作面監控室的交換機上,此時,通過井下工作面監控室的防爆顯示屏完成對采煤機采煤情況的監視。至此,完成前端視頻數據采集。2.后端視頻數據處理:視頻傳至井下工作面監控室的交換機,該交換機是和漳村礦現有 的千兆環網連接的,在地面可通過IE瀏覽器等方式直接調取采煤機的視頻監控畫面。
  實施效果: 在工作面生產過程中,通過遠程傳輸,能夠實時監測兩端滾筒采 高區和臥低區,調度值班室能夠監視工作面的采煤地質情況,且在地 面可通過 IE 瀏覽器等方式直接調取采煤機的視頻監控畫面,從而有效的提高了采煤的安全性和工作效率。
  1、采煤機監控系統概述:
  1.1 監控系統:

  在煤礦開采施工中,存在多種影響因素。為保證各生產環節的順利進行,可以通過監控系統來收集采煤機運行的各項數據,將其作為安全生產管理的基礎。采煤機監控系統主要分為地面與井下兩部分,是以CAN總線型結構為基礎的微機監控系統。其中,地面部分包括帶CAN總線工業平板電腦、GPRS發射模塊;井下部分由多個分站組成,包括單片機、傳感器、執行器和CAN總線驅動器等。井下分站數量較多,單片機是核心部分,主要負責各項數據的采集,并實現執行器與上位機的遠程通訊,傳輸CAN總線命令。在整個監控系統中,帶CAN總線工業平板電腦起著控制作用,能夠以數據塊的方式將采集到的各項數據傳輸到上位機構件,并完成上位機與下位機之間數據的交換。
  1.2 GPRS通信系統:
  在監控系統中,無線網絡模塊的主要部分,即GPRS通信的主要作用是與上位機串行接口通信,完成各項監控數據的傳輸。整個數據傳輸由擁有固定IP地址的政府監控中心計算機通過移動公司提供的專線接入,并成功登錄到Internet。GPRS模塊登錄則需要登錄到GPRS網絡,利用GGSN網關進入到Internet網絡,確定與監控中心相互連接的計算機IP實現數據的交換,以監控系統數據的傳輸。
  1.3 政府監控系統:
  對于政府監控系統來說,在設計上不需要設置GPRS模塊,可以采取寬帶ADSL上網的模式實現與采煤機監控系統的連接與數據傳輸,但必須要有固定的IP地址。設計該系統時,需要在此系統中心設置一臺具有規定IP地址的計算機作為服務器,并接收、分析、處理、保存和打印每個分散礦井的生產數據,作為確定煤礦生產安全性的主要依據。同時,如果想要實現對煤礦開采的遠程控制,就要連接監控主機和服務器,并連接GPRS和Internet網,隨時掌握采煤機運行的各項生產參數。
  2、基于帶CAN總線工業平板電腦的采煤機監控系統設計:
  2.1 軟件系統設計:

  利用智能傳感器來完成監控系統的設計,能滿足大部分主流內核支持工作的需要,系統操作界面相對簡單,更便于操作人員掌握。另外,該系統還有提示和代碼模板功能,能夠進一步提升編碼的準確度和速度,并且其原型比對功能在實際應用中效果更佳,能夠完善處理工程管理內容。智能傳感器基本上都有強大的專業編輯器,通過合理開發與應用代碼智能格式化和折疊列編輯功能,可以更好地設計、優化監控系統,提高其應用效果。CAN節點程序設計主要包括初始化子程序、發送子程序和接收子程序,需要結合實際情況做好各對應子程序的設計。
  2.2 硬件系統設計:
  2.2.1 主控芯片:

  智能傳感器的主要作用是實現數據的采集、處理和交換,并且自身具有微處理機?;诖?,在設計智能傳感器時,對于硬件系統部分,首先應選擇好主控芯片構件,例如8位單片機MEGA16L。單片機L有5個復位源,即上電復位、外部復位、低電壓復位、看門狗復位和JTAG復位等,是現在比較常用的一種。
  2.2.2 顯示存儲:
  對于采煤機監控系統來說,系統應用的智能傳感器顯示屏為數碼管,而存儲器則選擇用鐵電存儲器。該存儲器利用先進的鐵電技術制作而成,為256位非易失性存儲器,具有快速讀寫的功能,即使數據掉電后,還可以保存一段時間,實際應用效果良好。
  2.2.3 復位電路電源:
  為確保監控系統的正常運行,減少生產過程中出現的各類故障,必須選擇性能良好的復位電路電源,例如本安防爆電源,其輸入電壓為15V DC,輸出電壓為24V DC,采用了整流橋設計方式來避免安裝時電源極性被反接,提高了監控系統設計與運行的安全性。
  2.2.4 數據采集:
  監控系統應用的智能傳感器的模擬量電流信號為4~20 mA,在經過1000精密電阻處理后,信號被轉變為電壓信號傳輸到AD引腳,同時,R4、C1構成RC低通濾波器。利用零電壓比較器LM3ll將輸出信號經過光電耦合器隔離送往微處理器10端口,從而完成數據的采集。
  2.2.5 CAN接口電路:
  利用擴展處理CAN接口,CAN通訊供電隔離電源選用B0505S-1W的DCDC非穩壓電源模塊,電氣隔離電壓為1000V DC,微處理器和接口光電隔離選用6N137光電耦合器,這樣隔離電壓最高可以滿足1000VDC要求。
  3 結束語:
  基于CAN總線工業平板電腦設計采煤機監控系統,需要結合監控系統的特點,確定設計要點,并通過不同角度的分析,選配合適的系統構件,提高系統運行的安全性和合理性。


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