張 冬

（西山煤電屯蘭礦， 山西 古交 030206）

引言

無極繩絞車為綜采工作面必不可少的運輸設備，其主要承擔著材料、設備等運輸任務，多應用于長距離、大傾角、坡度起伏較大的工作面。由于無極繩絞車所應用工作面的距離較長，致使對于絞車的監(jiān)控往往不到位[1]。為解決上述問題，將無線視頻監(jiān)控技術、RFID 技術以及PLC 控制技術應用于無極繩絞車的無線視頻監(jiān)控設備中，進而能夠實時掌握設備的運行狀況和故障信息，為后續(xù)故障排除、提高工作面的安全性和自動化程度奠定基礎。

1 無極繩絞車無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的總體設計

為進一步提升無極繩絞車在綜采工作面運行的可靠性，提升其自動化水平，基于無極繩絞車無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)如下功能：對上位機實時提供無極繩絞車的視頻畫面；對工作面現(xiàn)場車輛位置的實時定位；Wincc 組態(tài)監(jiān)控等。

為此，在無極繩原監(jiān)控系統(tǒng)的基礎上增設上述功能，并設計如圖1 所示的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體結構框圖。

圖1 無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體結構框圖

結合無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的總體結構框圖，其應具備的功能要求具體描述如下：

1）在工作面巷道適當位置安裝高清攝像頭，對于絞車相關的軌道、絞車繩張緊狀態(tài)以及工作面內巷道的情況進行監(jiān)測；

2）基于無線射頻技術、以太網通信技術和現(xiàn)場總線技術，在對現(xiàn)場作業(yè)人員位置信息共享的基礎上，為絞車司機控制絞車的運行與停止提供依據(jù)，做到“行車不行人，行人不行車”的要求[2]；

3）在對絞車車輛負載情況監(jiān)測的基礎上，基于變頻調速技術實現(xiàn)對絞車運行速度的合理控制，并根據(jù)需求對絞車進行停車、啟動等控制。

除此之外，基于無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)還能夠對與絞車相關設備的運行狀態(tài)進行監(jiān)控，并對故障信息及時報警[3]。

2 無極繩無線視頻監(jiān)控功能的實現(xiàn)

2.1 視頻監(jiān)控功能的實現(xiàn)

在無極繩絞車牽引梭車的前后各安裝一套本安型防爆攝像頭，并在巷道適當位置安裝無線網絡交換儀。此外，還需為其配置一些輔助設備包括有照射燈、移動電源以及無線發(fā)射設備等。根據(jù)功能需求按要求組裝上述無線視頻監(jiān)控的硬件設備，并基于數(shù)字化視頻技術、工業(yè)以太環(huán)網冗余技術、WLAN 技術、隔爆技術、不斷間斷供電技術以及嵌入式技術等實現(xiàn)上述硬件設備的功能互連[4]。在此基礎上，設計如下頁圖2 所示的無線視頻監(jiān)控網絡拓撲圖。

結合工作面情況，為實現(xiàn)無線視頻監(jiān)控功能配置的關鍵硬件的型號及參數(shù)如下頁表1 所示。

2.2 車輛定位功能的實現(xiàn)

無極繩絞車車輛定位功能的核心技術為無線射頻技術以及工業(yè)以太網技術、現(xiàn)場總線技術等通信技術。車輛定位功能的主要目的是在定位絞車車輛位置的同時，對現(xiàn)場作業(yè)人員的位置信息進行共享，避免人員傷亡等事故的發(fā)生，對提高無極繩絞車信息化水平和運輸效率具有顯著意義。

圖2 無線視頻監(jiān)控網絡拓撲圖

表1 無線視頻監(jiān)控功能硬件配置

絞車車輛定位功能的實現(xiàn)由上位機、射頻閱讀器、無線射頻電子標簽等的定位裝置完成。具體實現(xiàn)過程如下：將射頻電子標簽安裝于絞車的車輛上，并根據(jù)不同車輛標注不同的ID，在巷道多處位置安裝射頻閱讀器；當裝有射頻標簽的車輛經過射頻閱讀器時，將閱讀器所讀取的信息通過RS485 總線上傳于上位機，進而判斷出當前絞車運行的方向和所處的位置。

本方案中射頻閱讀器選用的具體型號為nRF2401，其可在2.4 GHz 的頻段下采集信息；為射頻閱讀器和電子標簽配置美國TI 公司所研發(fā)的MSP430F147 低功耗微控制器，主要完成對射頻閱讀器和電子標簽之間的通信。

2.3 無極繩絞車控制功能的實現(xiàn)

本文所設計的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)除了滿足視頻監(jiān)控、車輛定位功能外，還需根據(jù)絞車車輛的負載情況對其運行狀態(tài)進行實時控制。為滿足無極繩絞車的控制功能，選用PLC 控制器為絞車控制的核心硬件。具體控制思路如下：為無極繩絞車工作現(xiàn)場配置相應傳感器，對絞車電機的電流、電壓、溫度等參數(shù)，變頻器的運行參數(shù)，絞車運行的速度、加速度等信號以及制動油溫、油壓等參數(shù)進行監(jiān)測；由PLC 控制器對所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進行分析處理對比后，對絞車電機、變頻器等進行實時控制，以確保無極繩絞車的最佳狀態(tài)運行，在保證正常運輸需求的同時達到節(jié)能的效果[5]。

結合無極繩絞車現(xiàn)場控制點數(shù)的統(tǒng)計結果，為其配置S7-200 系列的PLC 控制器，配置具有24 個輸入點、16 個輸出點的CPU226。另外，CPU226 還可將模塊數(shù)量擴展至7 個、數(shù)字量點數(shù)擴展至248 個、模擬量點數(shù)擴展至35 個。

根據(jù)無極繩絞車的控制需求，為其設計如圖3所示的程序流程圖。

圖3 無極繩絞車程序控制流程圖

如圖3 所示，無極繩絞車在運行之前需對巷道內人的數(shù)量以及貨物的重量進行檢測，判斷其是否在規(guī)定范圍之內；其次，對與絞車相關的鋼絲繩、掛鉤等連接設備的可靠性進行檢查；最后，對與絞車相關的控制系統(tǒng)、各種信號燈的可靠性進行檢查。

3 結語

無極繩絞車為綜采工作面的主要運輸設備之一，其主要適用于工作面距離長、坡度起伏較大等相對復雜的巷道。為了完善傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)避免絞車機電事故的發(fā)生，基于數(shù)字化視頻技術、工業(yè)以太環(huán)網冗余技術、WLAN 技術、隔爆技術、不斷間斷供電技術以及嵌入式技術實現(xiàn)無線視頻監(jiān)控功能，基于射頻技術、現(xiàn)場總線技術實現(xiàn)車輛定位功能，基于PLC 控制技術實現(xiàn)絞車控制功能，提升了無極繩絞車運行的可靠性和安全性。