矿井下架空人车监控系统的设计与应用.pdf

176/矿业装备 MINING EQUIPMENT装 备0 引言架空人车作为井下关键的辅助类运输设备，在实际应用中有着成本低、安装简单和适应大倾角远距离输送的优点，在当前的煤矿生产中有着广泛的应用。不过架空人车也存在一定的安全隐患，在多方面因素的干扰下易出现制动失灵、钢丝绳脱落的危险，需要司机及时做出反应避免出现较大安全事故。基于当前架空人车的监控能力缺失，有必要以实际的架空人车运行为例进行架空人车监控系统的研究，在具有无线语音通信功能下，帮助司机快速获得轿厢及监控室的停车、避让等信号，降低事故影响范围。1 架空人车概况及监控系统组成1.1 设计背景及设备参数结合矿企对架空人车监控的需要，要借助监控系统提高机头司机、监控室和轿厢之间的语音沟通能力，在有效的监控下更好的处理危急情况。为了更好的完成对架空人车监控系统的研发，需要以当前应用较广的RIKY75 型架空人车为例进行研究，其主要的结构组成及参数可以参考表 1。除表 1 数据外，还需要了解轨道布置方面数据，具体在井上为 110m，井下为 165m。同时，车厢内的脱绳轮间隔为 8000mm，吊椅间隔为 14500mm，实际的架空人车的绳速为 1.05m/s。1.2 监控系统组成架空人车监控系统在组成上可大体分为监控终端和监控中心，其中监控终端需设置在井下架空人车的轿厢中，监控中心则设于地面监控室中。在其组成方面，前者由 TP-LINK 无线网卡、S3C2440A 的嵌入式处理器和配置语音芯片组成，可以具有信号数据无线传输、采集和编解码音频信号、检测乘坐人数等功能。后者则配置普通 PC 机一台，借助局域网实现对整个监控系统的协调和控制，同时具备查询乘坐人数、井下轿厢通信和轿厢报警处理等功能1。1.3 监控系统布置首先借助网线实现井下主路由器和井上 PC 机的连接，其次借助网线实现井下主路由器和巷道内部我的无线路由器相连，最后通过无线连接的方式将无线路由器和轿厢进行连接。需要注意的是，架空人车在井下的实际运输长度为 1100m，结合无线路由器的发射半径在室内仅为 100m，以此按无线路由器井下 85m 的发射半径计算，需要在整个架空人车线路上布设 13 个无线路由器，满足监控系统需求。2 监控系统中的软件、硬件分析及设计2.1 监控系统中的硬件设计监控系统的硬件主要由 S3C2440A处理器模块、无线网络模块、电源时钟模块和存储模块等方面构成。下面进行具体分析：第一，S3C2440A 处理器模块分析。该处理器模矿井下架空人车监控系统的设计与应用朱凯（晋能控股集团轩岗煤电有限责任公司梨园河矿，山西忻州 036799）摘要：随着煤矿井下开采工作的持续推进，煤矿生产在开采深度逐渐增加下面临着更加复杂的环境，一定程度限制了井下各机械设备的应用，需要借助有效的监控系统确保各设备的运转具有稳定性和安全性。架空人车在井下运输中具有重要价值，不过实际的运行易受到多方面因素的影响，因此有必要结合架空人车运行安全和语音通信需求，进行监控系统的研究。为此，阐述架空人车概况及监控整体方案，分析硬件及软件部分组成，并讨论应用效果，以期望可以满足矿山的开采需求。关键词：井下开采；架空人车；监控系统表1 RIKY75 架空人车结构参数结构组成型号主要参数电动机YBBP-315S-6功率 75kW减速器B311VHC-71-HX减速比 71驱动轮/迂回轮直径 1500mm高速轴制动器BYWZ4B-400/80制动扭矩 1460Nm2023.7 矿业装备/177块采用性能较高的 ARM920T 内核，可以支撑 Linux、Windows 等操作系统。该模块采用了独立的 16kB 指令与数据，且内部的配置较高，中断源、外部中断源、复用I/O 各为 60、24 和 130 个，具有较高的可扩展性。最后该处理器模块具有 PWM 功能，且时钟控制较为精准。第二，无线网络模块分析。系统中的无线网络选择Wifi 技术，同时配有无线路由器与无线网卡，在有效搭建井下架空人车的有线、无线局域网后，完成架空人车和井上监管平台的音频数据、控制信息的双向传输工作。第三，电源时钟模块分析。结合监控系统对于电能的需要，要求通过合理的电源供电方式选择，为监控系统的运行奠定良好的基础，在有效提高监控系统的用电稳定性下，提高架空人车的运行安全。一般监控系统的终端会设计在架空人车的轿厢下方，基于架空人车的运行主要在井下区域，因此不具有获取生活、工业用电的基本条件，因此可以选择借助镍镉电池（7.2V、2000mAh）进行系统运行供电。第四，存储模块分析。基于 S3C2440A 处理器在存储功能上的缺乏，要求在外部配置 8 个 128MB 的存储器，并要求支持大端和小端。同时要关注外部存储器其中之一为可编程设置开始地址，给予掉电和自刷新功能的支持。一般外部存储器有 ROM 与 RAM 两种2。2.2 监控系统中的软件设计 监控系统的软件主要由无线网卡驱动、音频采集和播放设计、声卡驱动、人机交互界面等方面构成。下面进行具体分析：第一，无线网卡驱动设计。在 TP-LINKWN321G 无线网卡的应用中，可直接插入 USB 接口完成音频数据帧传输和控制信息的传输，其数据传输速率在 55Mbps 左右，穿墙性良好。无线网卡采用 USB_wifi_ddl 驱动，可加载应用于 WINCE 系统。第二，采集音频和播放设计。该功能借助 DMA 实现，可降低电脑 CPU 的处理时间，同时音频的编码和解码工作也由电脑 CPU 负责，在有效提高处理效率下需要分开解码和编码工作。在监控系统的应用中，会应用到两种语音通信方式。一种是井下井下间的通信，整体的语音通过质量要求不高，借助 8kHz 的采样频率可以满足需求。另一种是井下井上间的广播通信，仅需播放功能。第三，声卡驱动设计。声卡驱动可以借助 Wavedev2模式，对耳机、喇叭、麦克和听筒等相关声音进行控制。同时声卡驱动还配备了 API 接口函数，能在 C+等编译环境中直接使用，且 API 函数中的参数能输入驱动，落实系统中的语音功能。第四，人机交互界面设计。结合人机交互界面的应用可以实现车辆人员和监控系统的有效通话，其界面设计会选用 VisualC+软件中的 MFC 程序。在实际应用人机交互界面进行沟通时，需要先进行用户登录，支持本地、远程用的户名密码进行访问。在完成登录后进入监控系统的主控界面，落实井上监控中心和井下各轿厢的实时语音通话。借助有效的通信模块能落实指定轿厢语音通信和轿厢广播等功能，应用价值较高3。3 架空人车监控系统的应用效果在完成以上架空人车监控系统的软硬件设计后，为了明确该监控系统的应用价值，需要通过一定的实践测试掌握该系统的运行效果。在为期半年的试验和数据收集中，该监控系统有着运行稳定和可靠的价值，同时借助良好的语音通信功能，可以增强轿厢和监控中心的联系，降低运行事故危害度。在对实际架空人车运行数据进行分析后，可以发现在行车故障中，应用新监控系统可降低应急反应时间 60%左右，同时降低故障停机所耗时间 10%左右，能有效提高井下辅助运输的安全性和经济性。4 结束语结合井下架空人车的辅助运输价值，需要矿企结合井下复杂环境对行车安全的影响，积极借助监控系统的应用提高井下人车的运行安全。具体在了解监控系统中硬件、软件部分的设计与分析后，可以明确监控系统具有指定轿厢语音通信、所有轿厢广播和所有轿厢语音播报等功能，可以提高井下井下的联系性，确保行车安全。为了确保该系统可以发挥应有的价值，在进行为期半年的实验后，应用新监控系统可降低应急反应时间和故障停机时间，能满足当前矿企的可持续发展需要。参考文献1 张海鹏.基于无线语音通信技术的架空人车监控系统设计J.机械管理开发,2021,36(7):278-280.2 宋扬.基于物联网的矿山井下架空人车监控系统的研究D.阜新:辽宁工程技术大学,2015.3 张宏明.煤矿井下架空人车集中控制系统设计 J.山西煤炭,2009,29(3):41-42.