武 進(jìn)

（山西焦煤特種設(shè)備檢驗(yàn)中心，山西 太原 030024）

引言

帶式輸送機(jī)是煤礦井下主要的連續(xù)運(yùn)輸設(shè)備，適用于煤料、物料、設(shè)備散料的長(zhǎng)距離運(yùn)輸，具有運(yùn)量大、成本低等優(yōu)點(diǎn)。由于帶式輸送機(jī)運(yùn)行環(huán)境惡劣，故障發(fā)生率較高，嚴(yán)重影響煤礦井下生產(chǎn)效率[1]。為提高帶式輸送機(jī)運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性，帶式輸送機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)成為亟需解決的問題。國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)帶式輸送機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)開展一系列研究，如基于CAN總線傳輸技術(shù)、RS485傳輸技術(shù)、無線ZigBee通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控平臺(tái)的設(shè)計(jì)[2-4]。牛禎祖[5]等基于視頻聯(lián)動(dòng)技術(shù)建立上位機(jī)與視頻墻的通訊，實(shí)現(xiàn)視頻聯(lián)動(dòng)報(bào)警。王建勛[6]等利用三菱PLC、智能感知傳感器以及雙CAN網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)帶式輸送機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)數(shù)據(jù)、音頻數(shù)據(jù)的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。傳統(tǒng)的帶式輸送機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)基于RS485、CAN等總線方式或者ZigBee無線模式進(jìn)行通信，存在布線復(fù)雜、通信距離受限、數(shù)據(jù)丟包率較高、無法傳送視頻信息等缺點(diǎn)。因此，基于TCP/IP通信模式，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)數(shù)據(jù)、音頻、視頻的在線遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。

1 監(jiān)控平臺(tái)總體方案設(shè)計(jì)

帶式輸送機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)總體設(shè)計(jì)方案框圖件見圖1所示，由PLC控制單元、監(jiān)控終端、視頻探頭、核心交換機(jī)、上位機(jī)、傳感器單元、開關(guān)量單元以及急停-網(wǎng)絡(luò)電話聯(lián)線等設(shè)備組成，共同完成對(duì)帶式輸送機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制。上位機(jī)是遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)的控制中心，帶式輸送機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)都在該平臺(tái)上顯示。監(jiān)控終端為遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)的數(shù)據(jù)處理核心，負(fù)責(zé)對(duì)傳感器單元數(shù)據(jù)進(jìn)行周期性采集和檢測(cè)；對(duì)開關(guān)量單元的開關(guān)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并完成防抖、濾波處理；對(duì)急停-網(wǎng)絡(luò)電話聯(lián)線信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)并完成響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)與語(yǔ)音信號(hào)的采集和處理，可完成全雙工語(yǔ)音通話、擴(kuò)音報(bào)警等功能；對(duì)視頻探頭圖像信息實(shí)時(shí)采集并完成圖像處理；接收并處理PLC控制單元數(shù)據(jù)和指令[7-8]。監(jiān)控終端以TCP/IP通信模式完成數(shù)據(jù)的采集，包括安裝在帶式輸送機(jī)機(jī)身的傳感器，如電流、速度、張力、紅外、跑偏、撕裂、堆煤等傳感器信號(hào)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，一旦監(jiān)測(cè)到傳感器信號(hào)異常，則觸發(fā)語(yǔ)音報(bào)警；采集的開關(guān)量信號(hào)有振打器、自動(dòng)糾偏裝置、噴淋噴霧裝置、張緊裝置、流量控制裝置等，完成對(duì)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行控制。帶式輸送機(jī)控制系統(tǒng)由PLC控制單元完成，根據(jù)負(fù)載變化量，動(dòng)態(tài)調(diào)整輸送電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率，完成對(duì)電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速。

圖1 帶式輸送機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)系統(tǒng)框架

2 監(jiān)控平臺(tái)硬件設(shè)計(jì)

帶式輸送機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)的硬件主要由EPEC PLC控制器、變頻器、電動(dòng)機(jī)、監(jiān)控終端、上位機(jī)、視頻探頭、傳感器等。根據(jù)帶式輸送機(jī)監(jiān)控平臺(tái)功能，對(duì)PLC控制器進(jìn)行輸入、輸出地址分配；根據(jù)電氣元器件電氣特性，進(jìn)行電氣原理圖的設(shè)計(jì)以及外部元器件電氣原理圖設(shè)計(jì)。對(duì)傳感器進(jìn)行選型時(shí)，需選擇礦用防爆型且防護(hù)等級(jí)為IP65，以滿足帶式輸送機(jī)惡劣工況；傳感器輸出信號(hào)為4～20 mA電流信號(hào)，以簡(jiǎn)化監(jiān)控終端對(duì)傳感器信號(hào)的處理。急停開關(guān)選用的型號(hào)為沈陽(yáng)廣角的礦用防爆型DX-M01，該急停開關(guān)防護(hù)等級(jí)高、動(dòng)作穩(wěn)定可靠。網(wǎng)絡(luò)電話選用的型號(hào)為天津華寧的NET-PH1，該網(wǎng)絡(luò)電話語(yǔ)音質(zhì)量清晰、具有雙工/半雙工工作模式；視頻探頭選用的型號(hào)為SADXL-5，可應(yīng)用于無顯著振動(dòng)和沖擊的場(chǎng)合，連續(xù)無滴水的場(chǎng)合；可以在有甲烷、煤塵爆炸性混合物環(huán)境中使用[9-12]。該攝像儀具有3D數(shù)字降躁系統(tǒng)，能得到更清晰的彩色圖像；具有白點(diǎn)消除功能，全新后焦結(jié)構(gòu)；具有自動(dòng)增益控制以及先進(jìn)的數(shù)字背光補(bǔ)償功能。

3 監(jiān)控平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)

3.1 PLC程序設(shè)計(jì)

根據(jù)帶式輸送機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)功能，基于CodeSys3.5軟件平臺(tái)進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)、編程以及聯(lián)調(diào)。采用模塊化編程設(shè)計(jì)理念，將PLC程序分為上電模塊、初始化模塊、急停-網(wǎng)絡(luò)電話聯(lián)線數(shù)據(jù)處理、傳感器數(shù)據(jù)處理、開關(guān)量數(shù)據(jù)處理、通信模塊、主邏輯控制模塊、變頻驅(qū)動(dòng)模塊、視頻處理模塊、故障處理模塊以及界面設(shè)計(jì)模塊11部分。進(jìn)行模塊編程時(shí)，設(shè)計(jì)模塊接口函數(shù)，用于與其他模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互和聯(lián)動(dòng)。

3.2 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

帶式輸送機(jī)監(jiān)控平臺(tái)上位機(jī)軟件功能組成框圖見圖2所示，由顯示模塊、查詢模塊、控制模塊構(gòu)成。監(jiān)控終端將帶式輸送機(jī)運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)信息、故障信息等數(shù)據(jù)經(jīng)核心交換機(jī)后發(fā)送給上位機(jī)[13-14]。上位機(jī)基于King SCADA軟件平臺(tái)進(jìn)行界面設(shè)計(jì)，將接收到的數(shù)據(jù)解析后與軟件平臺(tái)定義的變量進(jìn)行關(guān)聯(lián)，進(jìn)行聯(lián)動(dòng)、動(dòng)態(tài)展示。設(shè)計(jì)的軟件平臺(tái)界面包括傳感器數(shù)值界面、報(bào)警信息界面、網(wǎng)絡(luò)電話廣播信息界面等，界面間通過“上一頁(yè)”、“下一頁(yè)”以及“返回”按鈕進(jìn)行切換。

圖2 帶式輸送機(jī)監(jiān)控平臺(tái)上位機(jī)軟件功能組成框圖

3.3 通信軟件設(shè)計(jì)

帶式輸送機(jī)監(jiān)控平臺(tái)以TCP/IP完成模塊間通信，通信流程見圖3所示。系統(tǒng)上電后首先完成系統(tǒng)初始化，建立Socket套接口并綁定本地主機(jī)IP，開啟Listen方法開始監(jiān)聽。該通信程序啟動(dòng)Accept方法循環(huán)偵聽是否有數(shù)據(jù)連接請(qǐng)求。如果有連接請(qǐng)求，則接收并處理傳感器數(shù)據(jù)、控制設(shè)備狀態(tài)等數(shù)據(jù)信息。監(jiān)控設(shè)備解析數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)超限，則觸發(fā)報(bào)警信息并執(zhí)行控制動(dòng)作。如果該時(shí)刻沒有連接請(qǐng)求，則繼續(xù)等待連接請(qǐng)求。

圖3 帶式輸送機(jī)監(jiān)控平臺(tái)通信軟件流程

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

試驗(yàn)系統(tǒng)由臺(tái)式機(jī)、監(jiān)控終端、傳感器組、開關(guān)量組、急停開關(guān)以及信號(hào)指示燈組成。按照硬件設(shè)計(jì)接線原理將電氣設(shè)備連接并通過核心交換機(jī)組成局域網(wǎng)。系統(tǒng)上電后，在PC機(jī)上運(yùn)行上位機(jī)軟件程序餅與監(jiān)控設(shè)備建立TCP/IP通信連接。通過上位機(jī)軟件可實(shí)時(shí)監(jiān)控傳感器組、開關(guān)量組數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)。當(dāng)急停開關(guān)動(dòng)作時(shí)，觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)電話語(yǔ)音報(bào)警；當(dāng)檢測(cè)到傳感器數(shù)據(jù)超限后，在上位機(jī)彈出故障報(bào)警窗口并顯示故障信息。試驗(yàn)結(jié)果表明，通過上位機(jī)監(jiān)控軟件能夠準(zhǔn)確、及時(shí)接收和處理數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)傳輸速率高、可靠性強(qiáng)，達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。

5 結(jié)論

1）基于TCP/IP通信模式，可實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)視頻信息的傳輸，且穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性；

2）基于模塊化設(shè)計(jì)理念，可簡(jiǎn)化軟件編程工作，增強(qiáng)了程序的可維護(hù)性；

3）通過上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)帶式輸送機(jī)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，減少設(shè)備維護(hù)工作量，縮短了故障停機(jī)時(shí)間，提高了帶式輸送機(jī)的工作效率。