井下液压支架压力在线监测系统设计.pdf

第 4 1卷 第 1 2 期 2 0 1 5 年 1 2月 工矿 自 动 化 I nd us t r y a n d M i ne Au t o ma t i on V0 L 41 NO ． 1 2 De c ．2 O 1 5 文章 编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 5 1 2 0 0 0 9 0 3 DOI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 l x ． 2 0 1 5 ． 1 2 ． 0 0 3 黄丹群． 井下液压支架压力在线监测系统设计E J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 5 ， 4 1 1 2 9 - 1 1 ． 并下液压文架压力在线监测系统设计 黄 丹群 1 ． 中煤 科 工集 团常 州研究 院 有 限公 司 ， 江 苏 常州 2 1 3 0 1 5 ； 2 ． 天地 常州 自动化 股份 有 限公 司 ，江苏 常州 2 1 3 0 1 5 摘 要 针 对现有 煤矿 井 下液压 支 架压 力监 测 系统 存 在 布 线 困难 、 组 网规模 小 、 传 输距 离短 等 问题 ， 采 用 Wa v e Me s h无线 自组 网技 术 ， 设 计 了一种 井 下液压 支 架压 力在 线 监 测 系统 。 该 系统 通 过 无线 压 力传 感 器 采 集液 压 支架的 压 力数 据 ， 压 力数据 以无 线 方 式传 送 给 无 线监 测 分 站 ， 并 由无 线 监 测 分站 通过 R S 4 8 5总线 与 光纤环 网相连上传至地面监测主机 。实际应 用表 明， 该 系统运行稳定、 可靠 ， 可实时、 精确监测井下液压支架 的 压 力 变 化 。 关键 词 液压 支 架 ；压 力监 测 ；无 线 自组 网；Wa v e Me s h；无 线压 力传 感 器 中 图分类号 TD 3 2 2 ／ 6 5 5 ． 3 文献 标 志码 A 网络 出版时 间 2 0 1 5 1 2 0 4 1 5 3 4 网络 出版 地址 h t t p ／ ／ www． c n k i 。 n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． T P 。 2 0 1 5 1 2 0 4 ． 1 5 3 4 ． 0 0 3 ． h t ml De s i g n o f o nl i ne p r e s s u r e mo n i t o r i n g s y s t e m o f u nd e r g r o un d hy d r a ul i c s up p o r t H UANG Da nq un ， 1． CCTEG Cha ng z ho u Re s e a r c h I ns t i t u t e，Cha n gz ho u 21 3 0 1 5，Chi na； 2． Ti a n d i Ch a n g z h o u Au t o ma t i o n Co ． ，Lt d ． ，Ch a n g z h o u 2 1 3 0 1 5，Ch i n a Ab s t r a c t Fo r p r o b l e ms o f c o mp l e x wi r i n g，s ma l l n e t wo r k s c a l e a n d s h o r t t r a n s mi s s i o n d i s t a n c e o f e xi s t i n g pr e s s u r e mon i t o r i ng s ys t e m o f c o a l m i ne u nde r gr o und h yd r a ul i c s u pp o r t ， a n on l i ne pr e s s u r e mon i t o r i ng s y s t e m o f u nd e r g r o u nd hy d r au l i c s up po r t wa s d e s i gn e d b y us e o f W a v e M e s h wi r e l e s s a d h oc n e t wo r k t e c h no l og y．The s y s t e m c o l l e c t s p r e s s ur e d a t a o f hy dr a u l i c s up po r t t h r ou gh wi r e l e s s p r e s s u r e s e ns o r．W i r e l e s s mo ni t o r i ng s ubs t a t i on r e c e i v e s t he pr e s s u r e da t a wi r e l e s s l y a nd s e n ds i t t o g r ou nd mo ni t o r i ng h os t t hr o ug h RS4 8 5 bu s a n d o pt i c a l f i be r r i n g ne t wo r k．The a p pl i c a t i o n s ho ws t ha t t h e s y s t e m r un s s t a b l y a nd r e l i a b l y， whi c h c a n r e a l i z e r e a l t i m e a nd a c c u r a t e m o ni t or i n g of un de r gr ou nd hy dr a ul i c s up po r t pr e s s ur e- Ke y wo r d s hy dr a ul i c s u pp or t ；pr e s s u r e mo ni t or i n g； wi r e l e s s a d ho c ne t wo r k；W a v e M e s h；wi r e l e s s pre ss ur e se ns or 0 引言 随 着煤 炭 开 采 不断 向深处 进 行 ， 综 采 工 作 面所 受地压越来越大 ， 对井下 液压支架压力的监测显得 尤 为重要 Ⅲ 。 目前 的井下 液 压支架 压力 监测 系 统 主 要采用有线组 网的方式 ， 有线传感器将采集的数据 通过 矿用 电缆 传输 给监 测 分 站 ， 监 测 分 站 再将 数 据 上传给上位机[ 2 ] 。但综采工作 面环境十分恶劣， 液 压支 架下 的空 间狭 小 ， 系统 布线 和维护 不便 ， 且 回采 过程 中线 缆容 易被 岩石砸 断 ， 影 响压力 数据 的监测 。 现在也有部分使用无线方式的液压支架压力监测系 统 ， 但 受无 线传 输 能力 的 限制 ， 系统 的组 网规 模往 往 较小 ， 数据上传 的及时性 和网络 的稳定性也有很大 不足 _ 3 ] 。因 此 ， 本 文 设 计 了一 种 基 于 Wa v e Me s h 收稿 日期 2 0 1 5 0 9 1 8 ； 修 回日期 2 0 1 5 - 1 1 1 3 ； 责任编辑 盛男。 基金项 目 中国煤炭科工集团有 限公 司科技创新基金面上项 目 2 0 1 4 MS 0 2 7 。 作者简介 黄丹群 1 9 7 8 一 ， 男 ， 湖北浠水人 ， 工程师 ， 主要从事矿山工业控制相关 方面的研究工作 ， E ma i l h d q 9 8 1 2 6 ． c o rn。 2 0 1 5年 第 1 2期 黄 丹群 井下 液压 支架压 力在 线监 测 系统设 计 1 1 对不同幅度输入信号的 1 1 2 8倍放大 ， 放大后 的信 号 通过 S P I 总 线 串行输 入至 单片机 。 c5V C C S CL K M CLK I N M CLK OUT CS RES ET AI N 1 一 G N D p V DD D I N DouT AI N3 R． RXD D L M2 8 5 1 N 几 一 1 ． 2卜一 图 3 压力信号采集 电路 2 ． 3无 线 通 信 电路 无线通信 电路选用微功率 、 低功耗无线组 网模 块 B M2 0 0 N设计。B M2 0 0 N接 口电路如图 4所示。 B M2 0 0 N 内嵌 无 线 移 动 自组 网协 议 Wa v e Me s h ， 工 作在 4 3 3 MHz频 段 ， R F调 制 方 式 为 GF S K， 拥 有 1 个 基 本 信 道 和 1 ～ 1 6个 辅 助 信 道 跳 频 ， 信 道 频 点 和数量 可配 置 。B M2 0 0 N 的 A C T 引 脚应 用 在 低 功耗场合 ， 用 于唤醒 外设 的信号 ， 其 高电平 有效 ； S E T引脚用于配置模式选择， 高电平进入正常工作 模 式 ， 低 电平进 入配 置模 式 ； T X D， R XD引脚用 于无 线数 据 的收发 ； RE S E T 引 脚 为模 块 复位 引 脚 ， 其 低 电平 有效 。 GN D GND VCC VCC RS T RE S E T P T A 2 ／ R XD RXD P 1 |Al ／ T XD T XD PTC3 门L I I P7 ACT PTE3 O SET 图 4 BM2 0 0 N 接 口电 路 3无线压 力传 感器 软 件设计 无线压力传感器软件使用 k e i l 4设计 ， 采用模块 化结构编程 ， 主要包括主程序 、 数据采集 、 按键输入、 液晶显示和无线通信等模块 。无线压力传感器主程 序流 程如 图 5 所 示 。上 电后 ， 先进 行初 始化 ， 主要 完 成 1 ／ O 口、 UAR T、 定 时器 和参数等初 始化 。无线 压力传感器使用电池供电， 为了减小电池损耗 ， 更大 程度 上增 加 电池使 用 时间 ， 初 始 化 结束 后 传 感 器 即 进入休 眠 状态 ， 传感 器可 通过 内部 定时 器 、 外 部按 键 和无线触发 3 种方式唤醒单片机 定时器设置计时 标 志 ， 唤 醒单 片机 进行 定时 采样 ， 采样 结束后 退 出并 清除标志； 通过按键配置传感器参数 ， 对压力数据进 行 标校 等操 作 ， 重 要参 数均 存在 外部 存储 器 ， 避 免再 次更新程序时丢失重要参数 ； 监测分站与传感器 的 无线通信采用群呼方式 ， 监测分站先 向全网进行帧 群发 ， 各传感器收到命令后触发中断， 将 自身数据发 送 至监 测分 站 。 图 5 无线压力传感器 主程序流程 4 结语 给 出了一种 井 下液压 支架 压力 在线 监测 系统 的 设计方案 ， 详细介绍 了系统组成、 无线 自组网通信模 式和无线压力传感器 的软硬件设计 。该系统在威信 云投 粤 电扎西 能源 有 限公 司 观音 山煤矿 进行 了长 时 间运行 ， 可实现对井下液压支架压力 的在线监测 ， 减 少了工作面的繁琐布线 ， 同时加大了无线组网规模 ， 延长 了数 据无 线传 输 距 离 ， 提 升 了无 线 网络 的 稳 定 性和数据的抗干扰能力 。 参考文献 E 1 3 田成金 ， 魏文艳 ， 朱小林． 基于 S A C型液压支架 电液控 制系统 的跟机 自动化技术研究 [ J ] ． 煤矿 开采 ， 2 0 1 2 ， 1 7 2 4 6 5 0 ． E 2 ] 孟 庆 勇． 煤 矿掘 进 巷道 围岩压 力 在线 监 测 预警 系统 [ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 o 1 5 ， 4 1 8 6 - 9 ． [ 3 ] 吴耀 明， 娄华 平 ， 张 国 良． 基 于 c c 2 5 3 o的矿用 无线 顶 板压力传感器 的设 计[ J ] ． 工矿 自动 化 ， 2 0 1 2 ， 3 8 1 2 7 7 7 9． [ 4 1 韩涛 ， 黄友锐 ， 曲立 国． 矿井通 风机无 线监控 系统设 计 E J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 4 ， 4 0 4 8 1 8 3 ． [ 5 ] 王璐 ， 周 中阔， 韩忠． 基 于 C AN总线的煤矿液压支架压 力监测系统设计[ J ] ． 煤炭技术 ， 2 0 1 2 ， 3 1 1 4 3 4 4 ． [ 6 3李学哲 ， 胡兴 志 ， 封 孝辉 ， 等． 基 于 Z i g B e e的煤 矿巷 道 压力 监 测 系 统 设 计 E J ] ． 工 矿 自动 化 ， 2 0 1 4 ， 4 0 4 】 9 2 2． 一 ， L 军 一 一 一 一 一