1、引言
    帶式輸送機的火災事故一直受到煤礦安全生產部門的高度重視，由帶式輸送機引起的礦井火災事故防護是礦井火災防護的重要部分。因此，研制一套可靠的監(jiān)測系統(tǒng)非常必要。
    目前，國內外在該領域的研究成果已有不少，主要集中在現(xiàn)場儀表和基于PC機的監(jiān)測系統(tǒng)兩個方面�，F(xiàn)場儀表實時性好，但可靠性差，誤報率高，尤其當儀表本身出現(xiàn)故障時不能馬上發(fā)現(xiàn)。隨著PC機技術和通信技術的發(fā)展，基于PC機的分布式監(jiān)測系統(tǒng)得到廣泛的應用，它不需要到井下巡檢，而只需在井上通過操作PC即可實現(xiàn)監(jiān)測。由于現(xiàn)有的基于PC機的監(jiān)測系統(tǒng)都是采用逐點巡回檢測，通信數(shù)據(jù)量大，實時性受到限制，雖然利用現(xiàn)場總線及高性能的器件也能滿足系統(tǒng)的要求，但成本高，不利于推廣普及。對此，專門設計了一套結構簡單，成本低，實用性好的實時監(jiān)測系統(tǒng)。
2、帶式輸送機火災故障的監(jiān)測方法
    帶式輸送機火災主要是膠帶在運轉過程中，當發(fā)生滾筒打滑、托輥卡死等情況，使之局部溫度迅速升高，引起煤塵、膠帶著火，由于不能馬上發(fā)現(xiàn)并迅速采取措施而導致火災的發(fā)生。對此，特設計了基于PC機分布式監(jiān)測系統(tǒng)。
    該監(jiān)測系統(tǒng)對帶式輸送機的火災監(jiān)測是通過對現(xiàn)場儀表的巡回檢測來實現(xiàn)的，它是每隔一定的時間對現(xiàn)場儀表進行一次巡回檢測，再通過某種通訊總線從現(xiàn)場儀表獲得數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)對現(xiàn)場工況的監(jiān)測，由PC機負責對現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)的集中管理。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。
    由于現(xiàn)場儀表分布在帶式輸送機整個巷道，故要使PC機對其集中管理，通訊距離較遠，采用了簡單易用的RS485總線，以價格低廉的屏蔽雙絞線傳輸，具有架設成本低，抗干擾能力強的特點。同時又自行設計了通訊轉接器，以實現(xiàn)與PC機接口的數(shù)據(jù)傳輸。
3、監(jiān)測系統(tǒng)的設計及實現(xiàn)
    (1)系統(tǒng)硬件設計
    1)現(xiàn)場監(jiān)測儀表
    監(jiān)測儀表組成由如圖2所示。其中溫度傳感器選擇AD590L，它是一種電流輸出型的集成溫度傳感器，具有很好的線性度，溫度每升高1。C輸出電流變化1mA。測量滾筒的滑差率采用霍爾測速傳感器，它具有結構簡單、性能可靠、抗干擾能力和環(huán)境適應性強等特點。多路開關選用CD4051，它由處理器控制來實現(xiàn)對多路數(shù)據(jù)的采集。A/D轉換器采用12位的MAX191，其轉換時間為60us，故可以滿足實時性的要求。信號處理電路包括采樣保持、信號濾波等電路。另外，還需用總線收發(fā)器以實現(xiàn)對RS485總線的電平轉換，從而完成RS485總線的數(shù)據(jù)傳輸，這里采用具有隔離功能的MAX485芯片。
    2)通訊轉接器
    通訊轉接器硬件框圖如圖3所示。主要功能為實現(xiàn)RS485與RS232的轉換，并完成對現(xiàn)場儀表的數(shù)據(jù)巡檢和與PC機的通訊。其RS485收發(fā)器采用MAX485芯片，RS232收發(fā)器采用MAX232芯片，可以完成RS485和TTL、TTL和RS232的電平轉換。
    (2)系統(tǒng)軟件設計
    現(xiàn)場儀表主要完成對各前向通道的數(shù)據(jù)采集和通訊，PC機主要負責對現(xiàn)場儀表的巡回檢測。軟件設計主要包括現(xiàn)場儀表對前向通道的巡回檢測和PC機對現(xiàn)場儀表的巡回檢測兩部分，本設計通過采用動態(tài)巡回檢測方法來提高系統(tǒng)的實時性。
    1)巡回方法的提出
    動態(tài)巡回采集方式是每次巡回不一定能遍歷所有的前向通道，它是根據(jù)采集數(shù)據(jù)對前向通道測點進行加權分組，并且每次巡回對那些權值大的測點進行檢測，在與PC機通訊時，也只將權值大的測點數(shù)據(jù)送出，以減小采集時間和通訊時間。這樣，對于監(jiān)護人員來說，感興趣的測點的實時性明顯提高。
    設PC機采集一個測點的數(shù)據(jù)所用時間丁，系統(tǒng)對N個測點進行監(jiān)測，則在無故障時，采用按次序巡回方式和采用動態(tài)巡回方式巡回一次所用的時間為：
    可以看出，采用動態(tài)巡回方式進行巡檢，大大提高了系統(tǒng)的實時性。它能根據(jù)各測點的狀態(tài)智能地改變系統(tǒng)實時性，此設計符合系統(tǒng)監(jiān)測的思想。
    動態(tài)巡回采集的實現(xiàn)過程如下：根據(jù)系統(tǒng)監(jiān)測的要求，設置一系列的閾值，儀表進行巡回采集時根據(jù)這些閾值對前向通道測點分組，對每一組數(shù)據(jù)賦一個權值，下次采集時只對那些權值大的分組內的測點進行巡回采集，再根據(jù)閾值對前向通道測點分組，以此作為下次采集的依據(jù)。如此巡回直到當所有測點權值相同時，才對所有的通道進行巡檢。當PC機巡檢時，儀表也只將權值大的數(shù)據(jù)送出。
    2)巡回方法的實現(xiàn)及軟件設計
    要實現(xiàn)動態(tài)的巡回采集，需要先根據(jù)監(jiān)測參數(shù)，設置相應的閾值。由前面的設計可知，滾筒打滑是通過確定膠帶與滾筒之間的滑差率來判斷；通過對托輥溫度的監(jiān)測來判斷托輥是否卡死；通過在膠帶機巷道全程上安裝溫度傳感器來監(jiān)測環(huán)境溫度情況。研究表明，一般情況下，膠帶與滾筒之間的滑差率不大于2%，最大允許滑差率為10%；根據(jù)膠帶的冒煙溫度和機械油的閃點溫度，設定托輥表面溫度不能超過150℃；環(huán)境溫度最大允許溫度為80℃。
    根據(jù)以上數(shù)據(jù)，設定相應的閾值。為便于儀器的軟件設計，對儀器的數(shù)據(jù)存儲區(qū)進行分區(qū)，分為A、B、C三個區(qū)，其中A區(qū)權值最大，C區(qū)權值最小。A區(qū)內存放檢測參數(shù)大于參數(shù)最大允許的測點編號，C區(qū)內存在正常范圍內的測點編號，B區(qū)內存放介于A和C之間的測點編號。相應的開辟三個區(qū)來存放與A、B、C區(qū)內測點編號對應的測量數(shù)據(jù)。在儀器巡檢時，先對A區(qū)的測點編號進行巡檢，再對B、C區(qū)的進行巡檢，其軟件流程如圖4所示。若定時器中斷時，系統(tǒng)將對所有測點巡檢一次，然后仍按測點權值進行巡檢。通訊時，儀器將只送出A區(qū)測點編號對應的數(shù)據(jù)和編號，最后以00信號結束通訊。
    (3) PC機監(jiān)控軟件設計
    該監(jiān)測軟件采用VB6.0編寫，VB6.0是一種可視化的面向對象的采用事件驅動的結構化高級程序設計語言，可高效、快速地開發(fā)出WINDOWS環(huán)境下的功能強大、圖形界面豐富的應用軟件系統(tǒng)。VB6.0提供的MSCOMM32。OCX控件是專門用于串行通訊的控件，通過它可以很方便地設計PC機的通訊程序，利用NI公司的控件可以很容易的實現(xiàn)數(shù)據(jù)的曲線顯示。本監(jiān)測軟件的具體功能包括串行通訊，數(shù)據(jù)和曲線的實時顯示，數(shù)據(jù)和曲線的保存及打印，越限報警等功能。
4、實驗調試
    (1)實驗方法
    在實驗室布置10個現(xiàn)場檢測儀表，每個檢測儀表有8個前向測量通道，將傳感器安裝在類似托輥的鋼筒內，用加熱電阻絲加熱鋼筒，模擬托輥的溫度變化，實驗裝置如圖5示。在實驗中，各連接電纜采用雙絞線，以實現(xiàn)可靠的通訊。一般情況下，現(xiàn)場儀表按設定的時間間隔對各測量通道進行巡檢，通訊轉接器也按設定的時間間隔對現(xiàn)場儀表進行巡回通訊。當有超溫測點時，即認為可能有故障發(fā)生。現(xiàn)場儀表將對故障點不停的掃描，通訊轉接器也對現(xiàn)場儀表不停的進行通訊，并將采集數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機。在設計中，串口中斷設為最高優(yōu)先級，以保證每次都能夠及時的通訊。上位機的通訊采用中斷方式，以便及時得到下位機傳送來的超溫數(shù)據(jù)。圖6為現(xiàn)場儀表串口中斷程序示意流程。
    (2)實驗結果
    根據(jù)設計的實驗方法，依次對1、2、3點故障和無故障情況進行了模擬實驗。在模擬系統(tǒng)中，取通訊波特率為9600bps，考慮到測點數(shù)和轉換及數(shù)據(jù)傳輸速度，設定巡檢時間間隔為30s。由實驗可知故障點的檢測周期并不是和故障點數(shù)成嚴格的正比關系，這是由于采用動態(tài)巡檢時，通訊數(shù)據(jù)傳送沒有固定的格式，故系統(tǒng)在通訊時還必須發(fā)送每個測量數(shù)據(jù)對應的測點編號，從而實現(xiàn)測點與測量數(shù)據(jù)的對應，便于對故障點的定位。
4、結論
    本系統(tǒng)通過對數(shù)據(jù)的分組大大縮短了巡檢時間，同時通過對數(shù)據(jù)的逐級處理和層層過濾減小了通信流量，使整個系統(tǒng)的實時性大大提高，有利于監(jiān)護人員作出正確的決策，大大提高了可靠性。本監(jiān)測系統(tǒng)成本低，實用性，易于推廣普及。
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