董彪 李洪國 楊憲民 陳廣友

摘 要：新汶礦業(yè)集團孫村煤礦井下-800泵房原監(jiān)控系統(tǒng)采用固定攝像儀進行監(jiān)控，監(jiān)控盲點多，不能對設備及泵房環(huán)境進行全方位動態(tài)監(jiān)控，且無法采集并傳遞設備運行過程中的各類信息。泵房實現(xiàn)自動化排水后，崗位施行無人值守，設備運行期間由維護工定時巡檢，但巡檢人員在泵房內(nèi)巡查時間短、巡查范圍小，往往存在巡查不到位、維修不到位現(xiàn)象，無法及時發(fā)現(xiàn)設備存在的各類隱患。針對以上問題，我礦自主研發(fā)了泵房移動機器人，確保實現(xiàn)泵房設備及環(huán)境全方位監(jiān)控，監(jiān)控無盲點。

關鍵詞：360°環(huán)形跑道；自動充電裝置；無線網(wǎng)橋；自動化排水

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.194

1 研究實施方案

（1）在-800泵房內(nèi)制作、安裝360°環(huán)形跑車跑道，自制加工四輪移動跑車安裝在環(huán)形跑道上，使用550W電機驅(qū)動，減速機變低速運轉(zhuǎn)，利用輸出軸驅(qū)動滾筒，纏繞牽引鋼絲油繩帶動移動跑車旋轉(zhuǎn)，確保實現(xiàn)泵房設備及環(huán)境全方位監(jiān)控，監(jiān)控無盲點。

（2）使用360°旋轉(zhuǎn)自動對焦夜視高清攝像儀，將全方位監(jiān)控攝像儀安裝在移動跑車上，通過無線網(wǎng)橋與工業(yè)環(huán)網(wǎng)實現(xiàn)無線連接，實現(xiàn)圖像、數(shù)據(jù)時時無線傳輸。將24V電池電源安裝在移動跑車上，供電給監(jiān)控攝像儀及無線網(wǎng)橋，解決無線傳輸?shù)钠款i問題。

（3）在泵房內(nèi)環(huán)形跑車單向移動限位開關位置安裝自動充電裝置，實現(xiàn)移動跑車電池自動充電，解決電池使用時間短，拆卸充電繁瑣的難題。

（4）在移動跑車上安裝現(xiàn)場環(huán)境聲音拾音器，將泵房內(nèi)設備及環(huán)境的聲音通過網(wǎng)絡傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控室，地面人員及時了解泵房設備及環(huán)境運行狀況。

（5）利用泵房排水自動化電氣控制系統(tǒng)采集、上傳各類數(shù)據(jù)，實現(xiàn)地面集控中心遠程操作、運行、監(jiān)控。

2 技術方案

（1）攝像儀環(huán)形跑道：使用3*30mm角鋼，每根長3m，兩兩平行焊接做成直線段跑道；半圓彎道采用4mm鋼板加工，共計切割成6段寬度為14cm的圓弧，前后焊接成半圓形跑道，沿半圓跑道的外側(cè)垂直焊接厚度4mm的扁鋼做為中間支撐。泵房內(nèi)整個環(huán)形跑道全長65m，固定在泵房環(huán)形排水路的下方便于對水泵進行全方位監(jiān)控。

在兩個半圓彎道處各加工焊接10個“G”型滑輪組，直線段跑道各安裝5個“G”型滑輪組，用于牽引鋼絲油繩的支撐和換向。“G”型滑輪組由“G”型支架和滑動滑輪組成，“G”型支架使用3*30mm角鋼彎折成90°而成，使用尼龍棒車削尺寸為35*25mm的滑輪，中間旋轉(zhuǎn)軸直徑為16mm。

（2）四輪移動跑車：制做四輪移動跑車，能夠承載攝像儀及無線網(wǎng)橋在環(huán)形跑道上快速、穩(wěn)定運行。

移動跑車使用6mm鋼板加工，尺寸為300*200mm，在鋼板上方安裝4個直徑40mm的滑動滑輪，倒掛在跑道上移動運行。

（3）驅(qū)動部分：選用550W電機作為跑車的驅(qū)動電機，在減速機輸出軸上安裝直徑40mm的驅(qū)動輪。使用耐摩擦高分子材料制作驅(qū)動滾筒，以便于增加鋼絲繩的驅(qū)動摩擦力，確保鋼絲油繩在驅(qū)動滾筒上不會擠繩或打滑。同時鋼絲油繩在驅(qū)動滾筒上纏繞1-2圈，增加鋼絲繩摩擦力。

驅(qū)動電機、減速機安裝在環(huán)形跑道上方，電機旋轉(zhuǎn)驅(qū)動減速機，減速機帶動輸出軸的驅(qū)動滾筒，驅(qū)動滾筒牽引鋼絲繩實現(xiàn)跑車的環(huán)形往復移動，對泵房設備進行檢測、監(jiān)控。

（4）牽引方式：采用3分鋼絲油繩牽引小跑車。鋼絲繩倒掛在環(huán)形跑道的30個“G”型滑輪組上，便于牽引鋼絲油繩的支撐和換向，確保移動跑車在彎道處順利通過，同時能夠自動調(diào)整滑輪組上、下高度，實現(xiàn)鋼絲油繩的自動脫繩、掛繩功能。

（5）高清自動對焦夜視全方位監(jiān)控攝像儀：在四輪移動跑車下方固定360°旋轉(zhuǎn)自動對焦夜視高清攝像儀，實現(xiàn)泵房設備及環(huán)境全方位監(jiān)控，監(jiān)控無盲點。在四輪移動跑車上安裝24V電池組，給高清攝像儀及網(wǎng)橋設備供電，為移動跑車無線牽引打下基礎。

（6）采用無線網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)路無線對接，達到無線移動監(jiān)控功能：采用IP傳輸機制，接口協(xié)議采用橋接原理，組網(wǎng)靈活且成本低廉，在跑車無線網(wǎng)橋和井下千兆環(huán)網(wǎng)兩個網(wǎng)絡之間搭起通信的橋梁，工作在5.8G的免申請無線執(zhí)照的頻段，比其它有線網(wǎng)絡設備更方便部署。

采用點對點橋接，無線中繼點用于連接兩個網(wǎng)絡，功率大、傳輸距離遠（最大可達約50km）、抗干擾能力強，配備拋物面天線實現(xiàn)長距離的點對點連接。

（7）自動充電裝置：為解決電池使用時間短，拆卸充電繁瑣的難題，設計加工了自動充電裝置。在環(huán)形跑道移動單向限位位置處各安裝了自動充電裝置，當移動跑車電池電量低于30%時，跑車自動返回，充電插頭與充電座自動對接，實現(xiàn)自動充電功能。

（8）拾音功能：監(jiān)聽拾音器采集現(xiàn)場環(huán)境聲音再傳送到地面監(jiān)控室電腦上，通過音響傳遞給操作人員，它是由咪頭（麥克風）和音頻放大電路構成。拾音器采用井下4 芯電話線連接安裝在移動跑車上。

（9）在泵房手動操作箱內(nèi)安裝CJX2-12交流接觸器兩個，主回路660v三相接線，電氣接線實現(xiàn)電氣閉鎖。

（10）將控制回路接入-800泵房內(nèi)自動化排水控制柜，通過水泵自動化網(wǎng)絡控制系統(tǒng)傳輸至地面，在控制器上制作控制畫面，地面遠程操作環(huán)形跑道小車正、反向往復運行。

3 研究項目創(chuàng)新點

（1）自主加工并安裝360°環(huán)形跑道，確保監(jiān)控攝像儀在泵房內(nèi)對設備及環(huán)境的全方位監(jiān)控，實現(xiàn)監(jiān)控無盲點。

（2）自制四輪移動跑車，能夠承載監(jiān)控攝像儀及無線網(wǎng)橋在環(huán)形跑道上快速、穩(wěn)定運行。

（3）根據(jù)環(huán)形跑道特征，自制加工“G”型滑輪組。跑車在環(huán)形跑道上移動時可以解決牽引鋼絲油繩的支撐和換向問題，滿足牽引鋼絲油繩在環(huán)形跑道上有足夠的張緊力，移動跑車可以靈活運行。

（4）驅(qū)動滾筒使用耐摩擦高分子材料車削制作，提高鋼絲繩摩擦系數(shù)，確保鋼絲油繩在驅(qū)動滾筒不擠繩、不打滑。

（5）無線網(wǎng)橋與工業(yè)環(huán)網(wǎng)實現(xiàn)圖像、數(shù)據(jù)無線傳輸。

（6）在四輪移動跑車下方安裝360°旋轉(zhuǎn)自動對焦夜視高清攝像儀，該攝像儀具備360°旋轉(zhuǎn)、200萬像素圖像傳輸、自動對焦、遠程紅外線功能，實現(xiàn)泵房設備及環(huán)境全方位監(jiān)控，監(jiān)控無盲點。

（7）將24V電池安裝在移動跑車上，給監(jiān)控攝像儀及無線網(wǎng)橋供電，解決無線傳輸無法及時供電的瓶頸問題。

（8）安裝自動充電裝置，實現(xiàn)移動跑車電池自動充電，解決電池使用時間短，拆卸充電繁瑣的難題。

（9）現(xiàn)場安裝拾音器，將泵房內(nèi)設備及環(huán)境的聲音通過網(wǎng)絡傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控室，及時了解泵房設備及環(huán)境運行狀況。

（10）利用泵房排水自動化電氣控制系統(tǒng)采集、上傳各類數(shù)據(jù)，實現(xiàn)地面集控中心遠程操作、運行、監(jiān)控。

4 結(jié)語

孫村煤礦-800泵房移動機器人采用環(huán)形跑車跑道及360°全方位監(jiān)控攝像儀，實現(xiàn)泵房設備及環(huán)境全方位監(jiān)控，監(jiān)控無盲點。及時監(jiān)控泵房設備運行過程的各類信息，采集設備運行過程中傳遞的各類數(shù)據(jù)，提高設備及環(huán)境安全。實現(xiàn)地面集控中心對井下泵房設備及環(huán)境24小時全方位監(jiān)控，提高效率并降低成本。避免了因人為巡查弊端造成的設備損壞，及時發(fā)現(xiàn)處理各類隱患，同時減少崗位巡檢人員，降低人員勞動強度，帶來巨大經(jīng)濟效益。泵房移動機器人采用無線傳輸，安全性高、機動性強，在礦井距離遠、環(huán)境惡劣的崗位具有極大的推廣價值。

參考文獻：

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