無極繩連續(xù)牽引車無線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

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，隨著我國提出機械化換人、自動化減人、智能化無人的口號，煤礦機械目前的發(fā)展逐步朝著智能化、自動化方向發(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輸設(shè)備，其在礦井工作過程中主要負責材料、設(shè)備等物件的運輸任務(wù)，目前其主要用于運輸距離長、運輸傾角大的工作面。在長距離運輸過程中，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，嚴重時還會造成嚴重的人員傷亡[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)進行研究，設(shè)計一款無線監(jiān)控系統(tǒng)，從而為實時掌握無極繩連續(xù)牽引車運行狀況和故障信息作出一定的貢獻，同時對后續(xù)故障的排除提供一定的依據(jù)。

1 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

對無極繩連續(xù)牽引車的視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行總體設(shè)計，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對講機等部分組成，系統(tǒng)主要負責對監(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)化接口實現(xiàn)長距離信號的傳輸?shù)取Ｔ诰驴刂撇糠郑到y(tǒng)主要由隔爆本安型計算機和相應(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)牽引車運行的里程數(shù)據(jù)進行實時采集，從而保證無極繩連續(xù)牽引車的運行安全。視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計總體方案，如圖1所示。

圖1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計框架圖

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警器，兩者跟隨梭車一起移動，同時在梭車運行車巷的兩端及巷道內(nèi)部運行過程中的起伏、急轉(zhuǎn)等位置配備無線通信基站，同時在絞車房中布設(shè)絞車顯示器，用于顯示梭車在運行過程中的行車影像。同時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行的同時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、射頻電子標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簽，此時在巷道不同位置布置射頻閱讀器，當絞車運行至射頻閱讀器位置時，由于絞車上安裝有射頻電子標簽，所以會在射頻閱讀器上顯示信息，此時通過射頻閱讀器與上位機的通信連接，從而在上位機顯示當前絞車運行位置和運行方向，實現(xiàn)絞車定位。在本文設(shè)計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。

對圖像進行采集，在梭車兩端同時安裝紅外攝像儀，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行移動供電，紅外攝像儀采用紅外星光級攝像儀，對無極繩連續(xù)牽引車運行進行圖像采集。在梭車道機尾位置安裝音視頻攝像儀，對梭車道的工況圖像進行實時采集。同時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，達到安全監(jiān)控報警的目的，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，手機通過Wi-Fi覆蓋進行相互間的通信。利用手機開發(fā)軟件進行崗位司機移動實時打點。移動終端與系統(tǒng)服務(wù)端通過通信網(wǎng)絡(luò)進行實時連接，達到手機端與服務(wù)端的雙向數(shù)據(jù)傳輸。當移動端下達操控指令后，此時信號傳輸至服務(wù)端進行處理，實現(xiàn)遠程控制，輸出指令包括啟動、停止、打點、急停等。

2 工業(yè)化試驗

對設(shè)計的無極繩連續(xù)牽引車監(jiān)控系統(tǒng)進行現(xiàn)場應(yīng)用試驗，試驗可分為地面和井下兩種，首先進行地面測試，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、計算機進行連接，對各站的動態(tài)進行監(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行移動，兩端部分站分別設(shè)定90°的拐角。通過試驗發(fā)現(xiàn)各個分站間視頻終端漫游切換延時在2～3 s之間，圖像傳輸在上位機上顯示圖像較為清晰，且視頻流暢性較佳。

對井下進行試驗，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行連接。將移動電源和網(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行。在地面調(diào)度室進行圖像的實時顯示。無極繩連續(xù)牽引車從上車場至下車場運行過程中漫游切換時間為4 s左右，整個系統(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)過試驗研究可以看出，設(shè)計的無極繩連續(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)通過無線方式進行信號采集，利用工業(yè)以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸，實現(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)，同時通過以太網(wǎng)實現(xiàn)了無線視頻監(jiān)控和數(shù)據(jù)圖像采集。對設(shè)計的無極繩連續(xù)牽引車進行地面及井下試驗，發(fā)現(xiàn)視頻終端切換時間較短，傳輸圖像流暢且清晰度高，為礦井智能化建設(shè)及安全運行提供一定保障。