無極繩車遠程控制系統在煤礦采煤工作面的推廣應用

李雨明

（陽煤集團三礦生產調度指揮中心， 山西 陽泉 045000）

引言

無極繩連續牽引車作為煤炭綜采工作面輔助運輸系統的主要運輸設備，具有結構簡單、維護方便以及效率高等優勢[1]。因此，無極繩連續牽引車被廣泛應用于工作面的輔助運輸中。為進一步提升無極繩車的運輸效率，將遠程控制策略引入其控制系統中。

1 無極繩車存在問題

無極繩車作為綜采工作面的關鍵輔助運輸設備，其能夠根據實際生產需求基于單速、雙速以及無級調速對其運行速度進行控制。根據《煤炭安全規程》的相關規定，要求無極繩車運輸重型設備時，其速度應控制在0.5～1.5 m/s之間；當運輸物料時，其速度應控制在1.5～2 m/s之間；當運輸人員時，其速度應控制在2～2.5 m/s之間[2]。因此，需實時掌握無極繩的運行狀態，對其速度進行控制，以確保其滿足《煤炭安全規程》的相關規定。

在大量積累生產數據并對現場調研的基礎上發現，無極繩車存在以下問題：

1）當前控制系統無法準確獲取無極繩車的實時運行狀態；

2）目前應用于工作面的液壓式過速釋放器的制造工藝及安裝相對復雜，無法在相對惡劣的綜采工作面中推廣應用；

3）作業人員無法實現對無極繩車的遠程控制。因此，當前急需一套無極繩車遠程控制系統，實現對無極繩車運行狀態的實時監測及根據實際生產需求對其運行狀態進行控制的功能。

2 無極繩車遠程控制系統總體結構的設計

為實現對無極繩的遠程監測與控制，特設計如圖1所示的遠程控制系統。

如圖1所示，無極繩車遠程監控系統由上位機和下位機組成，且上位機與下位機之間是基于無線傳輸方式實現其相互之間的通信。上位機主要功能為對無極繩車運行狀態的實時顯示、記錄及遠程控制；下位機的主要功能是對無極繩車速度、油壓等參數的實時監測，并將所采集到數據通過無線傳輸方式傳至上位機。上位機得到無極繩車的實時運行參數后，基單片機對數據信息進行分析處理，從而得出相應的控制信號，實現對下位機制動裝置的控制或通過上位機發出報警等[3]。

本系統通過上位機與下位機之間的無線通信實現了對無極繩車的遠程監測與控制功能。

圖1 無極繩車遠程控制系統總體結構

3 遠程控制系統硬件的設計

無極繩遠程控制系統的核心硬件為采集設備實時運行參數的傳感器和對所采集到數據進行分析、處理的單片機。本節將對無極繩車遠程控制系統傳感器、單片機的選型進行設計。

3.1 傳感器的選型與安裝

根據控制需求，系統需要液壓傳感器對油壓信號進行采集，需速度傳感器對速度信號進行采集。綜合考慮綜采工作面惡劣的生產環境及功耗、電壓等級等參數，針對速度傳感器本系統選用霍爾測速傳感器[4]。霍爾傳速度傳感器的安裝示意圖如下頁圖2所示。

圖2 霍爾速度傳感器安裝示意圖

霍爾速度傳感器安裝于無極繩車車輪的外邊緣，每個車輪安裝3個霍爾速度傳感器，即每兩個霍爾速度傳感器之間的夾角為120°。基于上述安裝方式，不僅能夠準確測得無極繩車的實時運行速度，還能夠準確判斷無極繩車的運行方向。

3.2 單片機的選型設計

單片機作為無極繩遠程控制系統的核心，其對所采集到數據的處理和分析速度、精度直接決定系統對無極繩車控制的響應速度和控制精度。中斷響應頻率作為選擇單片機的關鍵參數，該參數的計算如式（1）所示:

式中：Δt為單片機的中斷響應頻率；D為無極繩車車輪的直徑，v為無極繩車的實時運行速度。本文所研究無極繩車車輪的直徑D=300 mm，根據無極繩車的生產任務，其運行的最高速度vmax=10 m/s。

經計算可得，中斷響應頻率的最小值Δtmin=31.4 ms。經查閱相關手冊可知，選用AVR系列的單片機即可滿足控制要求。

鑒于無極繩遠程控制系統應用于綜采工作面，因此在該系統的各類電路均需按照本質安全電路的要求進行設計，相關設備應按照隔爆要求進行設計，以確保系統能夠在采煤工作面穩定、可靠運行。

4 無極繩遠程控制系統軟件的設計

4.1 程序流程圖的設計

無極繩遠程控制系統所采用的核心控制器為單片機，因此其軟件設計時是基于單片機的專用編程軟件完成的。根據控制要求，單片機需實現以下功能：對數據的采集、處理；對無極繩運行參數的故障判斷；根據分析結果得出控制信號，并將控制系統通過無線通信方式傳輸至下位機[5]。根據上述需求，設計如圖3所示的程序流程圖。

4.2 上位機界面的設計

鑒于LabVIEW軟件功能豐富且易開發，本文基于LabVIEW軟件對上位機系統進行設計。根據控制需求，上位機系統需實現以下功能：

1）實時顯示無極繩車的運行速度，并對速度進行記錄與存儲；

2）當無極繩車運行遇到故障時，上位機發出報警；

3）上位機與下位機通過無線通信方式實現數據傳輸。

圖3 遠程控制系統程序流程圖

基于LabVIEW所設計的上位機系統界面如圖4所示。

圖4 上位機操作系統界面

5 結語

無極繩連續牽引車為應用于綜采工作面最為廣泛的輔助運輸設備，其運輸效率直接決定綜采工作面煤炭的產量及產煤效率。為進一步提升無極繩連續牽引車的自動化程度，提升其運輸效率及安全性，實現無極繩車遠程控制功能是必須的。本文基于液壓傳感器、霍爾速度傳感器以及單片機等硬件設計了無極繩車遠程控制系統。經實踐表明，所設計的遠程控制系統能夠實時顯示無極繩車的運行速度，并對無極繩車在實際運輸過程中出現的抖動和過速現象進行實時準確監測，一旦出現故障系統可發出報警，實現了對設備的有效保護。