成中華

關(guān)鍵詞：無軌膠輪車;安全保護(hù);監(jiān)控系統(tǒng);狀態(tài)監(jiān)測

0引言

礦用運(yùn)輸裝備是煤礦開采中必不可少的重要機(jī)械裝備，在傳統(tǒng)的煤礦開采中使用較多的是有軌運(yùn)輸。隨著煤礦領(lǐng)域的不斷發(fā)展，防爆無軌膠輪車以其顯著的優(yōu)勢，在很多煤礦中都得到了應(yīng)用。大量的實踐經(jīng)驗也表明，無軌膠輪車具有非常好的應(yīng)用效果。與此同時，由于煤礦井下的工作環(huán)境相對比較復(fù)雜，所以防爆無軌膠輪車在礦井中使用時存在一定的安全隱患。如何采取措施對其進(jìn)行監(jiān)控保護(hù)，是進(jìn)一步推廣其應(yīng)用范圍的重要措施。我國針對無軌膠輪車安全保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)的研究并不是非常多，尚處在發(fā)展階段。因此，本文對相關(guān)的安全保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行研究，以提升監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，保障無軌膠輪車的使用安全。

1防爆無軌膠輪車危險點分析

對礦用防爆無軌膠輪車運(yùn)行過程中的危險點進(jìn)行分析，是設(shè)計安全保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)。結(jié)合理論和實踐經(jīng)驗，對膠輪車的運(yùn)行危險點分析如下。

（1）瓦斯?jié)舛?。煤礦開采中瓦斯?jié)舛仁峭{礦井安全的重要因素，同樣會威脅膠輪車安全。需要對礦井內(nèi)的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行實時監(jiān)測，瓦斯?jié)舛缺仨毧刂圃?%范圍以內(nèi)。

（2）溫度過高。煤礦井下環(huán)境復(fù)雜，空氣中包含有瓦斯和粉塵，遇高溫有發(fā)生爆炸的危險。正常情況下車輛尾氣溫度可以超過650℃，對于無軌膠輪車尾氣，需要冷卻后才能排放，以達(dá)到降低尾氣溫度的目的。需要將尾氣溫度控制在70℃以內(nèi)。冷卻水水位會影響尾氣冷卻效果，需要對該部位冷卻水水位進(jìn)行監(jiān)控;車輛運(yùn)行時發(fā)動機(jī)溫度同樣很高，需要進(jìn)行冷卻。所以要對發(fā)動機(jī)表面溫度進(jìn)行監(jiān)控，將其控制在150℃以內(nèi)。發(fā)動機(jī)冷卻水溫度會影響冷卻效果，同樣需要對水溫進(jìn)行監(jiān)控，將其控制在95℃以內(nèi)。

（3）尾氣有害氣體濃度。防爆無軌膠輪車需要燒柴油提供運(yùn)行動力，排放的尾氣中包含有一氧化碳和氮氧化合物，這些都是有毒有害氣體，會對井下人員的人身安全構(gòu)成威脅。因此需要對尾氣中的一氧化碳和氮氧化合物濃度進(jìn)行實時檢測，避免濃度過高危害井下人員的身體健康。其中，尾氣中的一氧化碳濃度需要控制在0.1%以內(nèi)，氮氧化合物濃度需要控制在0.08%以內(nèi)。

（4）機(jī)油壓力。機(jī)油是保障車輛正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，所以必須確保機(jī)油壓力正常。設(shè)計的安全保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)需要對機(jī)油壓力進(jìn)行檢測，將其控制在正常范圍以內(nèi)。

（5）行駛速度。礦井路面復(fù)雜，必須對車輛行駛速度進(jìn)行控制。不同的環(huán)境、不同型號的車輛，最高行駛速度存在差異。本系統(tǒng)中最高行駛速度控制在30km/h以內(nèi)。

2安全保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計

2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

圖1所示為設(shè)計的安全保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)總體示意圖。從圖中可以看出，系統(tǒng)具備3個方面的功能，下文對系統(tǒng)的功能進(jìn)行介紹。

2.2系統(tǒng)主要功能

（1）狀態(tài)數(shù)據(jù)信息采集。掌握防爆無軌膠輪車運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)是對其進(jìn)行保護(hù)的基礎(chǔ)，系統(tǒng)中通過設(shè)置大量的傳感器，對車輛運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測?；趥鞲衅鞯玫降臄?shù)據(jù)信號為模擬量信號，需要通過A/D轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量信號，然后才能輸入到控制主機(jī)中進(jìn)行處理。

（2）控制主機(jī)處理?？刂浦鳈C(jī)接受傳感器采集得到的數(shù)據(jù)信息，并將這些數(shù)據(jù)信息與系統(tǒng)中設(shè)定的安全范圍進(jìn)行比較。如果發(fā)現(xiàn)某些數(shù)據(jù)超過了安全范圍，控制主機(jī)就會下達(dá)控制指令進(jìn)行處理，以確保防爆無軌膠輪車的運(yùn)行安全?？梢灾苯永密囕d蓄電池對控制主機(jī)進(jìn)行供電。

（3）響應(yīng)控制處理。響應(yīng)控制處理模塊由3大部分構(gòu)成，分別為控制裝置、聲音和燈光報警裝置、顯示器。傳感器采集得到的數(shù)據(jù)信息經(jīng)過控制主機(jī)處理后可以直接展示在顯示器中，工作人員可以查看顯示器，掌握無軌膠輪車的運(yùn)行狀態(tài)。一旦某些數(shù)據(jù)超過安全范圍時，通過聲音和燈光報警裝置可以發(fā)出警告信號，以提示工作人員?？刂蒲b置的作用是當(dāng)車輛處于危險狀態(tài)時，可以對車輛進(jìn)行控制，強(qiáng)制停車處理。

3安全保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)硬件選型設(shè)計

3.1硬件結(jié)構(gòu)整體框架

圖2所示為安全保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件整體結(jié)構(gòu)框圖。系統(tǒng)的硬件部分總體可以劃分成為3大部分，分別為傳感器部分、最小系統(tǒng)部分和響應(yīng)部分。其中最小系統(tǒng)部分主要由核心控制器以及外圍電路構(gòu)成。由于系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的采集、傳輸與處理都是在防爆無軌膠輪車內(nèi)部進(jìn)行，所以信號傳輸?shù)木嚯x較短，數(shù)據(jù)信號受外界的干擾相對較小。但為了提升數(shù)據(jù)的可靠性，在系統(tǒng)設(shè)計時還是考慮了抗干擾因素。

3.2核心控制器選型

控制器是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵和核心，其性能的優(yōu)劣會對安全保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性產(chǎn)生非常重要的影響。目前市場上的控制器類型有很多種，結(jié)合實際情況，本系統(tǒng)中最終選用的是嵌入式微處理器，具體型號為S3C2440A。這種型號的處理器不僅具有非常豐富的資源，且價格低廉，性能也相對較好，能夠快速處理數(shù)據(jù)。另外還具有攝像頭和網(wǎng)絡(luò)接口，可以為安全保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)后續(xù)的拓展提供基礎(chǔ)。

核心控制器需要利用5V直流電壓對其進(jìn)行供電，供電電源直接取自無軌膠輪車的蓄電池。蓄電池的電壓為直流12V，所以需要通過轉(zhuǎn)換電路，將12V直流電壓轉(zhuǎn)換成為5V電壓，對核心控制器進(jìn)行供電，如圖3所示為核心控制器的供電電路。

4安全保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)軟件程序設(shè)計

4.1軟件程序整體架構(gòu)

圖4所示為設(shè)計的安全保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)軟件程序整體結(jié)構(gòu)框圖。從圖中可以看出，整個軟件程序主要由3大部分組成，分別為系統(tǒng)啟動程序、數(shù)據(jù)采集及分析程序、響應(yīng)控制程序，其中第1個程序為系統(tǒng)準(zhǔn)備程序，后2個是系統(tǒng)的關(guān)鍵程序。軟件程序編寫時采用模塊化設(shè)計思想，對每個構(gòu)成部分進(jìn)行單獨編寫，然后進(jìn)行組裝。

4.2數(shù)據(jù)采集及分析程序

（1）DS18820程序。作用是對傳感器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫。傳感器采集得到的數(shù)據(jù)信息會存儲在其內(nèi)存中，利用該程序可以讀取傳感器內(nèi)存，以獲得車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)信息。

（2）ADC模塊程序?？刂浦鳈C(jī)只能對數(shù)字量信號進(jìn)行識別。因此，通過傳感器采集得到的模擬量信號都需要利用該程序進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其變成數(shù)字量信號，才能夠輸入到控制主機(jī)中進(jìn)行分析和處理。

（3）ADC0809程序。傳感器和控制主機(jī)等不同硬件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時需要基于I/O接口進(jìn)行，ADC0809軟件程序的作用就是驅(qū)動數(shù)據(jù)傳輸。

（4）數(shù)據(jù)比較程序。所有采集得到的無軌膠輪車狀態(tài)數(shù)據(jù)信息都需要輸入到控制主機(jī)，然后利用數(shù)據(jù)比較程序?qū)⑵渑c系統(tǒng)設(shè)定的安全范圍進(jìn)行比較，以判斷無軌膠輪車的實際運(yùn)行狀態(tài)是否在安全范圍內(nèi)。

4.3響應(yīng)控制程序

數(shù)據(jù)信息經(jīng)過控制主機(jī)處理后，如果發(fā)現(xiàn)無軌膠輪車運(yùn)行狀態(tài)存在危險，就會啟動響應(yīng)控制程序，做出相關(guān)的處理，以確保無軌膠輪車和礦井的安全。

（1）聲音和燈光警報程序。通過該程序可以發(fā)出聲音和燈光報警，聲音通過蜂鳴器發(fā)出，燈光通過控制面板中的LED燈發(fā)出。

（2）控制程序。該程序主要是對車輛的發(fā)動機(jī)進(jìn)行控制，緊急狀態(tài)下可以直接控制發(fā)動機(jī)熄火，避免車輛繼續(xù)運(yùn)行加大危險程度。

（3）顯示程序。在沒有危險情況時，顯示程序的作用是對處理后的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行展示，使操作人員能夠隨時掌握車輛的運(yùn)行狀態(tài)。在車輛存在危險情況時，顯示程序就會顯示相關(guān)的危險信息，以提示操作人員及時進(jìn)行處理。

5結(jié)束語

礦用防爆無軌膠輪車在煤礦中應(yīng)用時存在一定的危險性?？紤]具體情況，本文設(shè)計了安全保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)可以對無軌膠輪車的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測，如果監(jiān)測得到的實際參數(shù)超過了系統(tǒng)設(shè)定的安全范圍，就會發(fā)出聲音和燈光警報，以提示工作人員進(jìn)行處理。同時還會通過響應(yīng)控制措施對車輛進(jìn)行停車，避免危險情況進(jìn)一步惡化。安全保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用能夠顯著提升無軌膠輪車的安全性能，為煤礦安全奠定堅實的基礎(chǔ)。