一種噴射機(jī)用無(wú)線遙控系統(tǒng)研制

張成成

（1.太原理工大學(xué)信息工程學(xué)院，山西 太原 030024；2.山西晉煤集團(tuán)金鼎煤機(jī)礦業(yè)有限責(zé)任公司，山西 晉城 048006）

0 引言

目前煤礦巷道施工多采用干噴或潮噴施工工藝，其特點(diǎn)是機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、清洗和故障處理容易，但采用此種工藝的缺點(diǎn)是回彈率高、粉塵濃度大、工人勞動(dòng)環(huán)境差、噴漿材料浪費(fèi)嚴(yán)重。如國(guó)產(chǎn)的YL-2011系列螺旋式無(wú)塵噴漿機(jī)就明顯存在上述問(wèn)題，與當(dāng)前礦井安全高效綠色開(kāi)采理念格格不入，不能滿(mǎn)足現(xiàn)代化礦井的生產(chǎn)需求。近年來(lái)煤礦巷道施工逐漸興起了濕式混凝土噴漿工藝與裝備的研發(fā)熱潮，如新汶礦業(yè)集團(tuán)公司在新巨龍煤礦－806水平二號(hào)輔助大巷進(jìn)行了濕式噴漿試驗(yàn)，他們引進(jìn)了國(guó)外MEYCO Ahera濕式混凝土噴漿機(jī)，但其在配置上沒(méi)有機(jī)械手，未能解決人工操作噴槍勞動(dòng)強(qiáng)度大的問(wèn)題；而且該機(jī)也沒(méi)有配置遙控系統(tǒng)，井下工作人員必須近距離噴漿，因此對(duì)操作人員的身體健康造成了威脅。

針對(duì)上述問(wèn)題，晉煤集團(tuán)金鼎公司開(kāi)發(fā)研制了新型濕式噴射機(jī)，它選用電液比例操縱閥，具有無(wú)線控制和本機(jī)操作兩種操作模式，可以使用無(wú)線遙控系統(tǒng)進(jìn)行控制，從而可對(duì)人員無(wú)法進(jìn)入的空頂、破碎圍巖帶進(jìn)行遠(yuǎn)控施工，確保人員和設(shè)備安全。

1 無(wú)線遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本噴射機(jī)采用德國(guó)進(jìn)口哈威電液比例操縱閥，根據(jù)噴射機(jī)的功能、液壓原理及液壓元件的接口模式，開(kāi)發(fā)了滿(mǎn)足煤礦井下防爆要求的遙控裝置及控制程序，在濕式噴漿機(jī)手動(dòng)操作的基礎(chǔ)上增加遙控操作功能。無(wú)線遙控系統(tǒng)由手柄單元和車(chē)載接收控制單元組成。

2 無(wú)線遙控系統(tǒng)手柄單元

無(wú)線遙控系統(tǒng)手柄單元用于控制噴射機(jī)的各種動(dòng)作，主要包括：①?lài)婎^刷動(dòng)馬達(dá)、攪拌馬達(dá)采用具有電流調(diào)節(jié)和鎖止功能的非自動(dòng)復(fù)位控制開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)的通過(guò)電流即可調(diào)節(jié)電磁閥的通過(guò)流量，從而調(diào)節(jié)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速；②大臂往復(fù)、大臂俯仰、大臂左右、大臂伸縮、噴頭回轉(zhuǎn)、噴頭俯仰、履帶行走均采用自動(dòng)復(fù)位的手柄控制開(kāi)關(guān)；③電源開(kāi)關(guān)和電機(jī)啟停控制開(kāi)關(guān)采用非自動(dòng)復(fù)位的按鈕或旋鈕開(kāi)關(guān)。

無(wú)線遙控系統(tǒng)手柄單元如圖1所示。其以ARM內(nèi)核處理器LPC1758為中央處理單元，由電源轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)保存單元、通信網(wǎng)絡(luò)接口單元、開(kāi)關(guān)采集單元、手柄采集單元、LED顯示單元及時(shí)鐘電路組成。電源轉(zhuǎn)換單元將隔爆電池供給的12V直流電轉(zhuǎn)換為內(nèi)部使用的5V和3.3V電源，供板內(nèi)各模塊使用；定時(shí)進(jìn)行數(shù)字輸入和模擬輸入的采集，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)MCU整合后由通信網(wǎng)絡(luò)接口單元發(fā)往車(chē)載單元；通信網(wǎng)絡(luò)接口使用WIFI協(xié)議；LED指示燈包括電源指示燈、準(zhǔn)備指示燈、通信指示燈和故障指示燈，電源指示燈用于指示供電狀態(tài)，正常時(shí)為綠色，過(guò)低或異常時(shí)為紅色，準(zhǔn)備指示燈用于指示設(shè)備狀態(tài)，準(zhǔn)備好時(shí)亮起（綠色），通信指示燈用于指示通信狀態(tài)，正常通信時(shí)亮起（綠色），故障指示燈用于指示各種故障狀態(tài)，當(dāng)設(shè)備工作不正常時(shí)（如鏈路斷開(kāi)）亮起（紅色）。無(wú)線遙控系統(tǒng)手柄單元原理圖如圖2所示。

3 無(wú)線遙控系統(tǒng)接收單元

無(wú)線遙控系統(tǒng)接收單元采用WLAN無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，基于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)接收手柄操作單元指令，經(jīng)過(guò)MCU解析之后，控制相應(yīng)的繼電器接通或者斷開(kāi)，從而控制防爆電磁閥的通斷，完成對(duì)噴射機(jī)的控制。LED指示燈指示出了實(shí)際接收單元輸出信號(hào)是否有效，包括直流24VLED燈指示和PWM信號(hào)指示。指示燈線和實(shí)際控制輸出端并聯(lián)。

圖1 無(wú)線遙控系統(tǒng)手柄單元

圖2 無(wú)線遙控系統(tǒng)手柄單元原理圖

無(wú)線遙控系統(tǒng)接收單元如圖3所示。以ARM內(nèi)核處理器LPC1758為中央處理單元，由電源轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)保存單元、通信網(wǎng)絡(luò)接口單元、PWM輸出單元、數(shù)字輸出單元、LED顯示單元及時(shí)鐘電路組成。電源轉(zhuǎn)換單元將DC 24V電源轉(zhuǎn)換為內(nèi)部使用的5V和3.3V電源，供板內(nèi)各模塊使用；通信網(wǎng)絡(luò)接口單元使用WIFI協(xié)議，定時(shí)接收無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制指令，經(jīng)MCU邏輯處理后由PWM輸出單元和數(shù)字輸出單元進(jìn)行控制信號(hào)的輸出；LED指示燈的工作狀態(tài)與無(wú)線遙控系統(tǒng)手柄單元一樣。無(wú)線遙控系統(tǒng)接收單元原理圖如圖4所示。

圖3 無(wú)線遙控系統(tǒng)接收單元

圖4 無(wú)線遙控系統(tǒng)接收單元原理圖

4 小結(jié)

通過(guò)組裝調(diào)試與工業(yè)性試驗(yàn)，表明使用無(wú)線遙控系統(tǒng)可順利控制噴漿機(jī)行走進(jìn)入空頂、破碎圍巖帶進(jìn)行遠(yuǎn)控噴漿，機(jī)械手各動(dòng)作操作靈活方便，可滿(mǎn)足巷道支護(hù)噴漿需求。該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，能保證巷道破碎圍巖的超前、及時(shí)錨噴，可以有效保證操作人員及設(shè)備安全。

［1］伍夫，馬馳德.礦山自動(dòng)化的發(fā)展現(xiàn)狀［J］.國(guó)外金屬礦山，1999，8（5）：41-44.

［2］趙巖磊.數(shù)字礦山無(wú)線局域網(wǎng)數(shù)據(jù)終端的開(kāi)發(fā)與實(shí)現(xiàn)［D］.北京：北京交通大學(xué)，2009：20-32.