一种新型采煤机用端头站.pdf

第 4 2 卷 第 1期 2 0 1 6年 1月 工矿 自 动化 I n dus t r y a nd M i ne Aut o ma t i on V0 1 ． 42 NO ． 1 J a n ．2 Ol 6 ． ll ’ ’ i 经验交流 ． h ⋯ I◆ 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 6 0 1 - 0 0 5 2 ～ 0 3 赵名 ， 邱锦波． 一种新型采煤机用端头站[ J ] ． DOI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 X ． 2 0 1 6 ． 0 1 ． 0 1 5 工矿 自动化 ， 2 0 1 6 ， 4 2 1 5 2 5 4 ． 一 种新型采煤机用端头站 赵 名 ， 邱锦 波 天地 科技股 份有 限公 司 上 海分公 司 ，上海2 0 0 0 3 0 摘要 针对现有采煤机用端头站大多仅有采煤机操控功能、 少数产品显示形式单一的问题 ， 设计 了一款 带真彩图形显示的新型采煤机用端头站 ， 介绍了该端头站的软 、 硬件设计方案。该端头站 已在某型号采煤机 上 试 用 ， 结果表 明其操 作 响应速度 快 ， 运行 可靠 ， 显 示 清晰 ， 画面切换 流 畅 ， 单 个端 头站 耗 电小 于 2 ． 5 W 。 关 键词 采煤机 ；端头站 ； 真 彩 图形显 示 中图分类 号 TD 6 3 2 ． 1 文献 标 志码 A 网络 出版时 间 2 0 1 5 1 2 3 1 1 5 5 9 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ ww w． 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 3 1 ． 1 5 5 9 ． 0 1 5 ． h t ml A ne w t y p e o f t e r mi na l o p e r a t i o n s t a t i o n f o r s h e a r e r Z HA0 Mi n g ， QI U J i n b o S h a n g h a i B r a n c h o f Ti a n d i S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y Co ． ，Lt d． ，S h a n g h a i 2 0 0 O 3 0，Ch i n a Ab s t r a c t Fo r pr o bl e m s o f s i ng l e s h e a r e r c o nt r o l f u nc t i o n e x i s t e d i n mo s t t e r mi na l o pe r a t i on s t a t i o ns f o r s he a r e r a nd s i ng l e d i s pl a y i ng f o r m e x i s t e d i n a f e w pr o du c t i o ns ， a ne w t yp e of t e r mi na l o p e r a t i o n s t a t i o n f o r s he a r e r wi t h t r u e c o l or gr a ph i c d i s pl a y f un c t i on wa s d e s i g ne d，a nd de s i g n s c he m e s of s o f t wa r e a nd ha r dwa r e of t h e t e r m i na l o p e r a t i o n s t a t i o n we r e i n t r o du c e d．Th e t e r mi n a l o pe r a t i o n s t a t i o n ha s be e n a p pl i e d i n a s he a r e r r e s ul t i ng i n f a s t r e s p on s e ， r e l i a b l e o pe r a t i o n， c l e a r d i s p l a y i ng a n d s m o o t h p i c t ur e s wi t c h i n g a s we l l a s f e w e n e r g y c o n s u mp t i o n o f a s i n g l e t e r mi n a l o p e r a t i o n s t a t i o n o f l e s s t h a n 2 ． 5 W ． Ke y wo r d s s h e a r e r ；t e r mi n a l o p e r a t i o n s t a t i o n；t r u e c o l o r g r a p h i c d i s p l a y 0 引言 在采煤机的多种操控方式中， 端头操作控制站 简称端头站 方式因其安装与操作位置离截割滚筒 较近 、 易于 观察煤 岩截割 状况 、 采用 可靠性 较高 的有 线通信方式等， 成为重要的采煤机操控方式之一。 目前 ， 国 内外 采 煤 机配 备 的端 头 站大 多 只具 有 采煤机操控功能 ， 个别带有显示功能的产品只能显 示数 字 、 字 符等 简单 内容 。工 人 通 过端 头 站 操 控采 煤机 时 ， 主要依 靠 目测 观察 采煤机 工况 ， 操作 存在一 定盲 目性 _ 】 。 笔者针对采煤机使用环境特点 ， 设计了一款具 有友好人机交互界面的新型采煤机用端头站。其具 有传 统采 煤机 端头 站 的按 钮 操 控 功 能 ， 又 可将 采 煤 机的操作指令 和工况信息实时显示在 自带 的 T F T 真 彩液 晶显示 屏上 ， 提高 了工人 操作 的便 利性 、 准确 性 及安 全性 。 1 端 头站 总体设 计要 求 1 端 头 站软 件 既 可 控 制采 煤 机 ， 又 能将 当前 收稿 日期 2 0 1 5 - 0 9 1 0 ； 修 回日期 2 0 1 5 1 1 2 8 ； 责任编辑 李 明。 基金项 目 天地科技股份有限公司技 术创新基金资助项 目 K J 一 2 0 1 4 一 T DS H一 0 a 。 作者简介 赵名 1 9 7 8 一 ， 女 ， 黑龙江鸡 西人 ， 工程师 ， 硕士 ， 现 主要从事采煤 机电气控制及 传感器检测 装置研发工 作 ， E ma i l z mO O 7 o k 1 6 3 COm。 2 0 1 6 年 第 1期 赵 名 等 一种新 型 采煤机 用端 头站 5 3 操 作 指令 和采 煤 机各 状 态 参 数 、 提示 或 警告 信 息 等 以 图形 、 数据 、 文 字 等 形 式 显示 在 端 头 站 显 示 屏 上 。 软件 应 满足 要 求 ① 显 示 界 面基 于 G UI 图 形 用 户 界面 开 发 ， 界 面 友好 、 现代 化 _ 3 。 ] ， 工 况数据 显 示 简洁 明了 ， 适 用 于井 下 低 照 度 与 粉 尘 、 水雾 密 集 的环 境 ； ② 端头站软件 与采煤机 主控 系统软件 交互运行稳 定 可靠 ， 对 输入 、 输 出响 应 具 有 较好 的实 时性 操 作 响 应延 时小 于 1 0 0 ms 。 2 端 头站 主体 防爆 型式 为本 质安 全 型 。 3 端头站采用高速 RS 4 8 5接 口与采煤机主控 系统互 连 ， 内置 备 用 的 C AN 总 线接 口， 可 实 现 采 煤 机 紧 急停止 、 采 高 控 制 、 牵 引 方 向与 速度 控制 、 声 光 报 警 、 数据 存取 等 功能 。 4 端 头站 结 构 设 计 满 足 采 煤 机 防水 、 防 尘 需 求 ， 整体防护等级达到 I P 6 7 ] 。 2端 头 站硬件 设 计 端头站硬件包括 主处理电路、 按钮输入及报警 输出电路、 TF T真彩液晶显示屏 3部分 ， 如图 1所 示 。电路 全部 采用 本 质安 全型 防爆 设计 。 图 1新 型 端 头 站 硬 件 组 成 端头站采用 4 ． 7 5 ～5 ． 5 V低额定供 电电压 ， 内 部处 理器 及 3 ． 3 V 以下数 字 电路 由基 于 MP 2 1 2 8的 同步整流型单片开关降压 电路供 电， 电源转换效率 达 9 5 ， 开 关 频 率 达 3 MHz 。与 常 见 的 2 0 0～ 3 0 0 k Hz 低 开 关 频 率设 计 相 比 ， 该 电路 采 用 的 电源 回路纹波抑制 电容由上百 F减小为 l O F， 使得端 头站 电 路 能 以 较 大 安 全 裕 量 通 过 本 质 安 全 火 花 试验 。 主 处 理 电 路 以 S TM3 2 F 4 2 9单 片 机 为 核 心 。 S T M3 2 F 4 2 9 采 用带 浮点 运算单 元 的 AR M C o r t e x M4 F内核 ， 其 内部 集 成 了 TF T 液 晶屏 控 制 器 以及 专 用 的 2 D 图 形 加 速 D MA 控 制 器 ， 可 直 接 连 接 TF T真 彩液 晶显 示屏 ； 运 行 于 1 6 8 MHz主频 时 ， 其 耗 电小 于 0 ． 4 W 。S T M3 2 F 4 2 9以数 百 k b i t ／ s的速 率与采煤机主控系统进行数据交互， 并处理端头站 控制信号。 TF T 真 彩 液 晶 显 示 屏 选 用 带 L E D 背 光 的 1 0 ． 9 2 2 c m 2 4位 显 示 屏 ， 分 辨 率 为 4 8 0 2 7 2 ， 可 实 现 较 精 美 的交 互 显示 输 出 。低 电压 串联 的 L E D背 光灯 ， 配合可软件调节 的 P WM 背光 电路 ， 实现了屏 幕亮度与功耗的优化 ， 有助于降低端头站总功耗 。 为 了便 于 端 头 站 硬 件 结 构 分 层 以及 I O 扩 展 ， 将 按钮 输入 及报 警 输 出部 分 设 计 成 单独 电路 板 ， 由 超 低 功 耗 单 片 机 S TM3 2 L 1 5 1控 制 。S T M3 2 L 1 5 1 与 主处 理 电路 中 S T M3 2 F 4 2 9之 间通 过 S C I S e r i a l C o mmu n i c a t i o n I n t e r f a c e ， 串行通信接 口 实现高速 互 连 ， 简 化 了 内 部 电 气 连 接 ， 有 利 于 量 产 时 组 装 调 试 。 3端 头 站软件 设计 端 头站 软 件包 含 底 层 驱动 程 序 ， 中间层 开 源实 时操作 系统 R TO S， 上层各类通信 、 信号处理 、 控制 逻辑分析 、 GUI 图形显示及辅助程序等模块 ， 如图 2 所 示 。 图 2端 头 站 软 件组 成 端 头 站软件 以 占用 系统 资源极 低 的轻量级 开源 实时操 作 系统 R TOS为基 础 平 台 ， 利 用 ARM 处 理 器和嵌入式 G UI 图形库进行开发 ， 最大程度地发挥 了单片机的处理效率 ， 实现流畅的 GUI图形显示 ， 保 证端 头站 操作 的实 时性 与稳定 性 。 5 4 工矿 自动化 2 0 1 6年 第 4 2卷 显示 功 能 基 于 嵌 入 式 GUI图 形 接 口 软 件 库 e mWi n开发 。显示 界面分 为 时 间显 示 区 有 操作提示或报警信息时切换为提示 区或报警区 和 主显示区 以图标 、 图像 、 文字、 数字编辑框 、 进度条 等形式显示采煤机操作 指令、 采煤机采高 、 牵引速 度 、 位 置 、 电动机参 数等 ， 如 图 3所示 。 图 3显 不 界 面 端头 站软件 设计 时需要 注意 的关键 问题 1 各 功能模 块优 先级 的合 理设 定 。RT OS采 用基于优先级的抢 占式任务调度方式 ， 为了使端头 站能够迅速可靠地对急停、 调高等按钮操作进行反 应 ， 将按 钮输 入功 能 和 与采 煤 机 主控 系 统通 信 功 能 置于高 优先 级 。考 虑到 GUI 图 形 显示 程 序 运 算 量 大 、 耗 时较长 、 不确 定 性 高 ， 且 显示 信 息 大 多源 于按 钮输入及采煤机主控系统传来 的数据 ， 将 GUI 图形 显示 功能置 于较低 优先 级 。 2 图 像 处 理 。e mWi n支 持 显 示 B MP， P NG 格式 的 图像 。B MP格 式 图像 显示快 ， 且 屏 幕刷 新 时 仅刷新有像素变化的最小矩形区域 ， 直接输出 占用 内存少 ， 缺点是只能以矩形显示 ， 无法对背景进行透 明处 理 。P NG格 式 图像 的背 景可 进行 透 明处 理 ， 美 观 性好 ， 缺点 是调取 时需 刷新整 个窗 口区域 ， 且 每个 像素输出时会额外 占用 4 B内存用于计算同背景像 素值， 图像显示较慢 ， 当内存不足时会出现“ 死机” 现 象。为了获得美观的图像显示效果 ， 端头站软件显 示图像采用 P NG格式 ， 将含有 P NG格式图像的部 分 单 独 建 立 小 窗 口，浮 于 主 显 示 窗 口 上 。 S T M3 2 F 4 2 9内存有限， 可分配给 GUI 显示计算 用 的内存空间只有 1 7 6 k B。测试表 明， 当 P NG格 式 图像 显示 占用 内存不 超过 1 0 0 k B时 ， 软件运 行 比较 可靠 。由于 P NG格 式 图像 每个 像 素输 出 时额 外 占 用 4 B内存 ， 所 以设 置含 P NG格 式 图像 的 窗 口像 素 不超 过2 5 k B。 3 文字 处理 。井 下光线 暗 ， 有煤 尘 和 喷雾 ， 可 视度较低 ， 因此要选择醒 目的字体和颜色搭配。经 反复试验， 选取宋体 2 4号字 为主字体， 在特定情况 下采用少量黑体和 1 9号宋体字 ； 考 虑到红光在黑 暗 、 粉尘 、 水雾 环境 中 的穿透 性 强 ， 关 键 文 字采 用 红 色显示 。 4 窗 口创 建 、 删 除 。显 示 屏可 显示 时 间 窗 口、 默认 窗 口、 指令窗 口、 提示 窗 口、 报 警窗 口、 整 机 图形 化窗 口等 。端头站软件根据逻辑分析 ， 判断何时创 建、 何时删除哪些 窗口， 使句柄始终指 向正确位 置， 否则会 导致 “ 死机 ” 。 4 结语 新型采煤机用端头站 已在某型号采煤机上试 用 ， 其操作 响应 速度快 ， 运 行可靠 ， 显 示清 晰 ， 人机 界 面友 好 ， 画 面 切 换 流 畅 ， 单 个 端 头 站 耗 电 小 于 2． 5 W 。 参 考 文献 E 1 3 孙继 平． 煤矿信息化 与 自动化 发展 趋势 E J ] ． 工矿 自动 化 ， 2 0 1 5 ， 4 1 4 1 - 5 ． [ 2 ] 张申． 煤矿 自动化发展趋势E J ] ． 工矿 自动化， 2 0 1 3 ， 3 9 2 2 7 - 3 3 ． t- 3 3 曾莹． 图形用 户界面和谐 设计 与发展趋 势 E J 3 ． 中国新 技术新产 品， 2 0 1 0 1 7 5 0 ． [ 4 ] 陈芳 ， 索 佳佳． 手 机软 件界 面设计 的原 则及 发展 趋 势 [ J ] ． 大众文艺 ， 2 0 1 2 2 3 6 7 6 8 ． [ 5 ] 陈满儒 ，张大伟． 基 于人机 界 面发 展模 式 的研 究及 其 应用分析E J ] ． 包装工程 ， 2 O 0 7 ， 2 8 4 1 1 3 1 1 5 ． ]- 6 3 焦姣． 手机用 户界面 设计 UD及 发展 趋势E D3 ． 西安 西 北 大 学 ， 2 O l 3 ． E 7 3 顾炎辉 ， 石莹． 手机人机交互界 面设计 趋势探究 E J ] ． 淮 阴工学院学报 ， 2 0 1 0 ， 1 9 1 5 4 5 7 ． E 8 5 何文， 朱淑君． 手机外壳注射模设计[ j ] ．模具制造， 2 00 9 3 5 7 5 9 ．