余慧杰

（晋能控股煤业集团雁崖煤业大同有限公司， 山西 大同 037000）

引言

我国能源储量丰富，能源结构呈现出多煤、少油、贫气的特点，煤炭资源的消耗量位居世界第一。虽然我国煤炭资源储量丰富，但其赋存较为不均，随着各行各业煤炭需求量的加大，煤炭开采量逐年增多，煤层开采的重点也从浅埋深赋存条件较好的煤层，逐步向着赋存条件较差，埋深较大的煤层进行转移。刮板输送机作为我国重要的机械设备，其主要用于煤块及物料的运输工作，同时刮板输送机也是采煤机及液压支架推移的支点，其工作性能直接影响煤层的开采效率。在刮板输送机的工作过程中，由于工况环境较为复杂，刮板输送机受到的外部冲击较大，使得刮板机驱动装置即减速器、电动机、液力耦合器等极易发生故障，严重影响刮板输送机的正常运行[1-2]。为了提升刮板输送机工作过程中的安全性，对刮板输送机进行工况监测及评估十分重要，此前较多学者对此进行过研究[3-4]，本文给出了刮板输送机监控及评估系统，为矿井刮板输送机的高效、安全运行提供一定的借鉴。

1 系统硬件选型

刮板输送机监控及故障监控系统需要实现设备实时的状态监控，同时对收集的数据进行处理、显示、上传及传输。系统总体分为两个部分，井上系统和井下系统，井上系统主要由刮板输送机的上位机远程监控系统组成，而井下系统主要由输送机机头监控分站、前部机尾监控分站、后部机头监控分站、后部机尾监控分站及破碎机监控分站、转载机监控二分站组成。为了保证每个分站作业的独立性，在每个分站处配置一个外接数据接口，可以单独将分站数据进行上传。总站通过CAN 通信接口将数据上传至刮板输送机远程监控及故障检测系统，并对上传数据进行分析处理，实现远程监控及故障诊断。

刮板输送机监控及故障检测系统的电路选择是实现系统正常运行的关键，在充分考虑监控装置的稳定性及可靠性后，设计了一套可靠性、通用性好的监控装置，监控装置总体的结构如图1 所示。

图1 监控装置总体的结构图

如图1 所示监控装置硬件总体结构可以看出，系统主要由配套的传感器、内部电路、外部通信接口组成，其中系统的传感器部分主要包括转速传感器、流量传感器、压力传感器、温度传感器、油位传感器等；而内部电路是由最小系统、脉冲信号调理、信号传输、温度(电阻)信号调理、人机界面、电压信号调理、通信和控制等电路组成；外部通信接口主要由井下集控中心的RS-485 通信接口、主从站RS-485-1、RS-485-2通信接口及上位机与主站CAN 通讯接口组成。系统整体运行是通过传感器对刮板输送机的实时运行位置及状态进行监测，将监测数据通过通讯网络传输至控制中心，当发现传输信号中存在故障信号，此时系统会立刻发出报警信号，同时将故障展示于人机界面，便于操作人员的查看及处理。

对系统核心CPU 进行选型，CPU 除了需要实现信息的采集之外，同时也需要留设一定的剩余，便于后期的系统优化。经过对比后限定ARM Cortex-M3STM32103VB 单机片作为设计系统的CPU，其具备高度集成、性能高、资源配置灵活等优点。同时M3STM32103VB 具有强大的存储功能，用于256 kB的Flash 和64 kB 的SRAM 存储器，外接有16 个ADC 采集及2 个DAC 采集接口，同时有80 个I/O 接口，能够满足后期的扩展需求。

显示屏是监控系统人机交互重要的设备，其能够直接反映及显示刮板输送机的实时状态，根据系统需求，显示屏的需要包含数据存储、站号位置、历史数据查询、预警报警参数设置、监测数据显示等模块，所以在充分考虑实用性及经济性的基础上，选定KC01-70T 显示器。

为了保证监控系统运行的安全性，需要对系统增加保护电路，综采工作面环境较为恶劣，对系统的通信电路会造成一定的影响，所以在外部通信电路处增加保护处理，用于保证通信的安全与稳定性。根据本安电路的设计方案，设计了通信保护电路，当系统中出现过电流或过电压的情况时，系统会立刻屏蔽通信电路，避免其他电路受到损坏，对系统的稳定性造成影响。

2 软件设计

对监控装置的软件进行设计，硬件设备是系统运行的基石，软件系统则是系统运行的核心，是各项模块及功能实现必不可缺的环节。监控系统的软件总体结构示意图如图2 所示。

图2 监控系统的软件总体结构示意图

从图2 可以看出，监控系统的程序软件包含CPU程序和显示屏程序，为了更好地进行编程及设计，选定C 语言对CPU 程序进行编写，分站与主站对应不同的功能，当监控装置为分站时，此时系统需要实现监测数据的显示、信号的采集、预警报警的功能、破碎机控制功能、控制链条张紧力功能、总分站之间通信功能等。当监控系统切换为总站时，此时系统不仅能够实现上述功能，同时还能够实现与上位机的通信联通功能。整体监控系统的程序包括：采集子程序、信号处理子程序、显示屏子程序、通信子程序、控制子程序、显示屏子程序等。

主程序是实现系统整体命令流程的核心，其主要流程为开始时先对系统进行初始化设置，此时CPU、预警及报警参数、显示屏设置等全部初始化，完成初始化后对系统数据进行采集及处理，并将采集的数据显示于显示屏上，当系统出现异常数据时，控制核心会对异常数据进行判断，若出现故障则立刻发出声学报警，并迅速显示于上位机。具体总站与分站的流程如图3 所示。

图3 总站与分站的流程图

对显示屏程序进行设计，根据实际需要，将监控界面信息分为如下监控画面，分别为前部机头机尾、后补机头机尾及转载/破碎，监控数据实时显示于显示区，通过键盘的切花可实现不同分站监控画面的放大，同时为了满足实际的需求，将监控画面按照不同颜色需求进行划分，清晰展示各类数据。

3 结语

为了提升刮板输送机工作过程中的安全性，本文对刮板输送机监控及故障检测系统进行研究，首先根据监控主机方案，给出了监控装置的硬件结构，选择以STM32F103VB 为系统的CPU 和万维显示屏作为监控装置的显示屏，同时对软件进行分析，给出了监控系统的软件总体结构，设计了刮板输送机监控及故障检测系统，为矿井刮板机的安全高效运行提供保障。