【摘要】采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的研究是近年來(lái)人們一直關(guān)注的課題，因?yàn)橥ㄟ^(guò)對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行監(jiān)控可以大大提高采煤機(jī)的采煤效率、可靠性和開(kāi)機(jī)率，并降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。文章介紹了基于嵌入式技術(shù)的采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。它與傳統(tǒng)的采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)相比，監(jiān)控系統(tǒng)功能更多、更強(qiáng)，在故障分析和生產(chǎn)協(xié)調(diào)等方面都有傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)?；谇度胧郊夹g(shù)的采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，應(yīng)該進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)其應(yīng)用的研究。

【關(guān)鍵詞】采煤機(jī)監(jiān)控；嵌入式技術(shù)；系統(tǒng)

采煤機(jī)是綜采工作面用來(lái)截割煤炭的設(shè)備，它是現(xiàn)代煤礦開(kāi)采中最重要的三大設(shè)備之一。其運(yùn)行狀態(tài)的好壞，無(wú)疑直接關(guān)系著煤炭生產(chǎn)效率和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。要想提高采煤機(jī)運(yùn)行的可靠性，一個(gè)很好的辦法就是對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋O(jiān)控，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)故障進(jìn)行提早診斷和預(yù)報(bào)，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行維護(hù)，這無(wú)疑可以大大減少采煤機(jī)故障率，提高開(kāi)機(jī)率。隨著自動(dòng)化技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等的發(fā)展，對(duì)采煤機(jī)的監(jiān)控已經(jīng)成為可能。目前，國(guó)內(nèi)外很多專家學(xué)者都在進(jìn)行有關(guān)的研究。在此，本文將介紹一種基于嵌入式技術(shù)的采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

1.嵌入式技術(shù)概述

嵌入式系統(tǒng)是一種專用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，集軟硬件于一體，具有獨(dú)立工作的能力。該系統(tǒng)主要包括四個(gè)部分：外圍硬件設(shè)備、嵌入式微處理器、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序。目前，嵌入式計(jì)算機(jī)在應(yīng)用數(shù)量上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了各種通用計(jì)算機(jī)，通用計(jì)算機(jī)的絕大部分外部設(shè)備，如鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、顯卡、顯示器、打印機(jī)、掃描儀等，都是由嵌入式處理器控制的。在制造工業(yè)、過(guò)程控制、通訊、儀器、儀表、汽車、船舶、航空、航天、軍事裝備、消費(fèi)類產(chǎn)品等方面均是嵌入式計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)和各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物。嵌入式系統(tǒng)具有、技術(shù)密集、資金密集和高度分散等特點(diǎn)，是一種不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng)。

2.采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控與及時(shí)的故障點(diǎn)操控是采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具備的基本功能，就煤礦采煤機(jī)現(xiàn)行監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用來(lái)看，表現(xiàn)出監(jiān)控畫(huà)面直觀性缺乏，不具備查詢、歷史曲線、實(shí)時(shí)報(bào)表等功能，只能進(jìn)行一定程度上的監(jiān)控，難以協(xié)助生產(chǎn)調(diào)度人員對(duì)生產(chǎn)和事故作出及時(shí)的協(xié)調(diào)和處理?；谇度胧郊夹g(shù)應(yīng)用的采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)，主要應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下3方面要求：

2.1 無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)

依據(jù)數(shù)據(jù)通信協(xié)議要求，通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線收發(fā)器同監(jiān)控模塊和外部環(huán)境間的數(shù)據(jù)連通。同時(shí)，無(wú)線收發(fā)器還能夠在采煤機(jī)運(yùn)行或開(kāi)機(jī)狀態(tài)下設(shè)置其參數(shù)極限值。

2.2 對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的采集

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有寬帶和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的利用，來(lái)對(duì)工作面上采煤機(jī)的位置、電壓、運(yùn)動(dòng)方向、速度、電流、冷卻水的流量與壓力、齒輪箱的油溫和油位、主液壓和輔液壓系統(tǒng)的流量與壓力、電機(jī)軸承等軸承的重要溫度參數(shù)實(shí)施監(jiān)測(cè)與整合，并向井上監(jiān)控中心進(jìn)行傳送。

2.3 進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)的處理

在出現(xiàn)報(bào)警情況下，無(wú)線收發(fā)器可采取相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急措施，并能夠針對(duì)所采集的數(shù)據(jù)作出實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)發(fā)與處理。

3.基于嵌入式技術(shù)的采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

以采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)為依據(jù)，劃分系統(tǒng)為4個(gè)部分：

（1）協(xié)議驅(qū)動(dòng)層其為最底層軟件系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)完成對(duì)無(wú)線收發(fā)器硬件系統(tǒng)的讀寫(xiě)、配置及啟動(dòng)等相關(guān)操作；

（2）應(yīng)用程序?qū)釉搶油ㄟ^(guò)對(duì)協(xié)議驅(qū)動(dòng)層接口函數(shù)的調(diào)用，來(lái)促使無(wú)線收發(fā)器差異功能的實(shí)現(xiàn)；

（3）Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核其任務(wù)在于完成各個(gè)任務(wù)同無(wú)線收發(fā)器間的管理、調(diào)度和通訊；

（4）接口隔離層其為硬件接口層，位于系統(tǒng)最外圍。整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件包含RS485通信模塊、WLAN通信模塊、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急模塊（報(bào)警模塊、音頻視頻模塊等）、針對(duì)重要參數(shù)的修改和存儲(chǔ)模塊?？v觀采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，其核心是無(wú)線收發(fā)器，是作為連接井下工作面采煤機(jī)和井上監(jiān)控中心的紐帶而存在的，基于嵌入式技術(shù)應(yīng)用的采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，主要著眼于以下4個(gè)方面來(lái)加以實(shí)現(xiàn)：

3.1 嵌入式Linux的開(kāi)發(fā)

嵌入式Linux作為一種開(kāi)源軟件，不但具有強(qiáng)大的功能，且在嵌入式領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。嵌入式Linux移植需對(duì)其內(nèi)核源代碼作出裁剪、修改、優(yōu)化、增加及重新編譯，并結(jié)合系統(tǒng)硬件環(huán)境和系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要，來(lái)開(kāi)發(fā)嵌入式Linux，其基本的開(kāi)發(fā)過(guò)程如下：環(huán)境配置—開(kāi)發(fā)主機(jī)配置—建立BootLoader（引導(dǎo)裝載程序）—Linux系統(tǒng)移植—建立根文件系統(tǒng)—應(yīng)用程序中Flash磁盤(pán)分區(qū)的建立—應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)—內(nèi)核、應(yīng)用程序及根文件系統(tǒng)的燒寫(xiě)。

3.2 嵌入式Linux的移植

實(shí)現(xiàn)對(duì)車載系統(tǒng)平臺(tái)的嵌入式Linux移植，通常需要落實(shí)以下幾點(diǎn)步驟：

（1）建立交叉、開(kāi)放的編譯環(huán)境指的是嵌入式應(yīng)用軟件鏈接、編譯和調(diào)試的環(huán)境，目標(biāo)板或宿主機(jī)是其常用模式。Linux平臺(tái)下，進(jìn)行圖形界面、內(nèi)核及一些其他應(yīng)用程序的編譯，且注重交叉編譯器安裝的合理性；

（2）啟動(dòng)加載代碼的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)在PC機(jī)中，一般由磁盤(pán)和BIOS的LILO來(lái)進(jìn)行引導(dǎo)程序Linux操作程序的加載，從而使監(jiān)控系統(tǒng)保持在一個(gè)合適的軟硬件環(huán)境狀態(tài)下，并最終實(shí)現(xiàn)對(duì)操作系統(tǒng)內(nèi)核的調(diào)動(dòng)，使得引導(dǎo)和內(nèi)核加載作用得到真正的發(fā)揮；

（3）啟動(dòng)Linux內(nèi)核待獲得Linux控制權(quán)后，需進(jìn)行3個(gè)階段的初始化：檢查體系結(jié)構(gòu)和CPU、建立頁(yè)表、初始化CPU。進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)擠出設(shè)備的初始化。實(shí)施更高層次的初始化。并加之對(duì)Linux的配置和裁剪，來(lái)形成一個(gè)適用、合理的操作系統(tǒng)；

（4）制造根文件系統(tǒng)下載鏡像文件至系統(tǒng)中，啟動(dòng)Linux后，根文件系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)進(jìn)行加載，通過(guò)init文件尋找，init進(jìn)程建立，來(lái)啟動(dòng)系統(tǒng)；

（5）內(nèi)核的下載與調(diào)試待源代碼配置編譯完成后，便通過(guò)BootLoader來(lái)進(jìn)行內(nèi)核的下載，應(yīng)用串口輸出啟動(dòng)信號(hào)至主機(jī)，將DNW程序打開(kāi)，再將USB電纜接上，便完成了對(duì)Linux內(nèi)核的下載和調(diào)試。

3.3 相應(yīng)硬件支持與功能支持的添加

在確保Linux內(nèi)核移植操作正確的基礎(chǔ)上，來(lái)進(jìn)行相應(yīng)硬件支持與功能支持的逐步添加，且在移植的初始階段，應(yīng)對(duì)內(nèi)核功能配置選項(xiàng)和不相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)作出盡可能的屏蔽，來(lái)盡可能減少內(nèi)核支持選項(xiàng)，以構(gòu)造出最小的Linux內(nèi)核。采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)功能支持的添加主要涉及的文件改動(dòng)，包括Makefile文件、config.in文件、debug文件等，結(jié)合實(shí)際需要，來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)或手動(dòng)的添加。

3.4 引入WLAN實(shí)現(xiàn)TCP通信任務(wù)

WLAN即無(wú)線局域網(wǎng)，其任務(wù)主要集中于TCP通信任務(wù)的實(shí)現(xiàn)，其負(fù)責(zé)對(duì)井下AP點(diǎn)所傳TCP數(shù)據(jù)的接收和解析。如為控制命令，則無(wú)線收發(fā)器便會(huì)向RS485通信模塊以消息隊(duì)列方式來(lái)進(jìn)行控制命令的傳達(dá)，從而使其命令內(nèi)容在各個(gè)監(jiān)控模塊得到共享。如為獲取命令，無(wú)線收發(fā)器便會(huì)通過(guò)WLAN來(lái)將所采集的數(shù)據(jù)傳送至無(wú)線接入點(diǎn)。

4.結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)基于嵌入式技術(shù)的采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹。與傳統(tǒng)的采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)相比，應(yīng)用嵌入式技術(shù)設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)功能更多、更強(qiáng)，在故障分析和生產(chǎn)協(xié)調(diào)等方面都有傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)?；谇度胧郊夹g(shù)的采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是采煤機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展的方向，詳細(xì)隨著對(duì)其應(yīng)用研究的深入，其性能必將進(jìn)一步完備，從而更好地服務(wù)于煤礦生產(chǎn)領(lǐng)域。

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