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        煤礦井下液壓支架監(jiān)控系統(tǒng)設計

        2015-05-30 10:48:04擺世強李志明趙新亞
        科技創(chuàng)新與應用 2015年29期
        關鍵詞:實時監(jiān)測液壓支架

        擺世強 李志明 趙新亞

        摘 要:液壓支架是煤礦綜采工作面的主要支護設備,對其工作參數進行實時監(jiān)測可促進綜采工作面的安全生產。因此設計了一種基于STM32系列單片機和RS485總線的井下液壓支架監(jiān)測系統(tǒng)。對安裝在液壓支架上的傳感器信息進行采集并傳遞到數據采集分站,傳感器數據在采集分站被初步處理后,通過RS485總線傳送到中心主站進行進一步處理分析,并通過屏幕和鍵盤實現(xiàn)人機交互,能夠實現(xiàn)對液壓支架工作狀態(tài)實時監(jiān)測。

        關鍵詞:液壓支架;實時監(jiān)測;STM32;RS485

        1 概述

        液壓支架是煤礦綜采工作面的主要支護設備,對其工作參數進行實時監(jiān)測可促進綜采工作面的安全生產[1]。但是目前液壓支架液壓支架監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展還不成熟,由于工作環(huán)境、技術條件等原因存在一定缺陷,如:監(jiān)控系統(tǒng)布線困難,系統(tǒng)穩(wěn)定性不高,監(jiān)測數據丟失等[2-3]。文章針對目前液壓支架監(jiān)控系統(tǒng)存在的缺點,設計了一種基于STM32系列單片機和RS485總線的煤礦井下液壓支架監(jiān)控系統(tǒng)。

        2 系統(tǒng)功能

        文章設計的監(jiān)控系統(tǒng)基于主從模式的思想,分為采集分站和主機2個層次,該液壓支架監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能特點如下:(1)利用采集分站對相鄰四組液壓支架的支柱壓力、傾角和支架位移等參數進行實時采集,并進行初步處理與顯示;(2)基于RS485將數據實時傳輸給主機進行處理分析和保存;(3)該監(jiān)測系統(tǒng)主機具有以太網接口,利用網絡與井上控制中心的PC機進行數據傳輸;(4)主機通過防爆鍵盤和屏幕實現(xiàn)人機交互;(5)主機具有報警功能,可設置一定的閥值,當監(jiān)測的參數不在閥值范圍內時進行報警。

        3 硬件設計

        本液壓支架監(jiān)控系統(tǒng)選用TI公司的STM32系列單片機作為主控制芯片,具有處理能力強、多種休眠模式、價格低廉等優(yōu)點,能夠滿足煤礦井下中低成本、低功耗的要求。屏幕選擇采用串口屏,STM32單片機通過串口與屏幕進行通信,實現(xiàn)數據結果顯示。

        3.1 系統(tǒng)組成

        該液壓支架監(jiān)測系統(tǒng)包括采集分站和主機兩部分,采集分站主要包括ADC轉換模塊,RS485通訊模塊;主機主要包括RS485通訊模塊,屏幕接口,鍵盤接口,存儲模塊,網絡接口及其他輔助電路,如圖1所示。

        液壓支架監(jiān)測系統(tǒng)采集分站和主機都采用STM32F107VCT6作為主控制芯片,采集分站對液壓支架上的傳感器進行數據采集,主機進行數據存儲與分析等。屏幕和鍵盤實現(xiàn)結果顯示、數據設定等人機交互功能。

        3.2 采集模塊

        采集模塊實現(xiàn)液壓支架上各傳感器信號的采集,本系統(tǒng)采集模塊選用INA128U采集芯片,可實現(xiàn)模擬信號的16位A/D轉換。采集模塊的硬件電路圖如圖2所示。

        3.3 存儲模塊

        存儲模塊選用型號為W25Q64BV的Flash存儲芯片,具有64kb的存儲空間,用來存儲液壓監(jiān)測系統(tǒng)的數據及處理結果等,其硬件電路圖如圖3所示。

        3.4 RS485通訊模塊

        該液壓支架監(jiān)控系統(tǒng)基于主從控制思想,基于RS485采用Modbus協(xié)議實現(xiàn)采集分站和主機之間的數據傳輸,利用主機可控制32個采集分站。本監(jiān)控系統(tǒng)采用總線式拓撲結構,如圖4所示。

        在該監(jiān)測系統(tǒng)中RS485通訊的實現(xiàn)采用SP3485芯片,借助STM32的串口2實現(xiàn)接收與發(fā)送功能,利用PD7管腳實現(xiàn)對芯片發(fā)送/接受的控制,其硬件電路圖如圖5所示。

        4 軟件設計

        液壓之間監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)了將采集分站采集的液壓之間各種傳感器參數實時傳輸至主機,利用RS485總線進行通信。主機輪流向各采集分站發(fā)送查詢數據指令,當采集分站接收到命令時,將采集的液壓支架傳感器數據發(fā)送給主機。主機對接收的數據進行存儲、顯示及分析,將分析結果顯示在串口屏上,同時具有報警功能,利用指示燈進行顯示。液壓支架監(jiān)測系統(tǒng)主機的軟件設計流程如圖6所示,采集分站的軟件設計流程如圖7所示。

        所設計的液壓支架監(jiān)控系統(tǒng)主機的串口屏軟件界面如圖8所示。通過開機和關機控制監(jiān)測系統(tǒng)的開關,歷史記錄用來查看歷史數據,通過系統(tǒng)設置功能鍵進行監(jiān)測系統(tǒng)的功能設置(利用詢問采集分站間隔等)。開機正常工作后,通過下拉框選擇液壓支架號,其左前立柱、右前立柱、左后立柱、右后立柱和推移千斤頂的傳感器參數實時顯示在屏幕上。通過選擇參數下拉框,可具體選擇液壓支架某個傳感器,并將該傳感器的監(jiān)測數據隨時間變化的曲線顯示在屏幕上。

        5 結束語

        針對煤礦井下液壓支架監(jiān)測系統(tǒng)的缺點,設計了一種基于STM32和RS485總線的液壓支架監(jiān)控系統(tǒng),該監(jiān)控系統(tǒng)具有一個主機和多個采集分站,采用RS485總線進行主從通信。采集分站實現(xiàn)液壓支架壓力、傾角、位移等傳感器的數據采集,當接收到主機的查詢命令時將數據傳輸給主機。主機實現(xiàn)各液壓支架監(jiān)測數據的存儲、分析、顯示、報警等功能。該監(jiān)控系統(tǒng)的設計研發(fā),將進一步推動煤礦機械設備的安全可靠運行。

        參考文獻

        [1]李洪杰,杜計平,晉智毅,等.基于CC2430與WSN的礦井液壓支架監(jiān)測系統(tǒng)研究[J].煤礦機電,2013(3):33-36.

        [2]劉穎,梁玉,張曉光.基于ARM的液壓支架監(jiān)測系統(tǒng)設計[J].礦山機械,2010,38(11):6-10.

        [3]王忠民.礦用液壓支架數據采集與預警系統(tǒng)的研究[D].濟南:山東大學,2008.

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