1、引言
带式输送机的火灾事故一直受到煤矿安全生产部门的高度重视，由带式输送机引起的矿井火灾事故防护是矿井火灾防护的重要部分。因此，研制一套可靠的监测系统非常必要。
目前，国内外在该领域的研究成果已有不少，主要集中在现场仪表和基于PC机的监测系统两个方面。现场仪表实时性好，但可靠性差，误报率高，尤其当仪表本身出现故障时不能马上发现。随着PC机技术和通信技术的发展，基于PC机的分布式监测系统得到广泛的应用，它不需要到井下巡检，而只需在井上通过操作PC即可实现监测。由于现有的基于PC机的监测系统都是采用逐点巡回检测，通信数据量大，实时性受到限制，虽然利用现场总线及高性能的器件也能满足系统的要求，但成本高，不利于推广普及。对此，专门设计了一套结构简单，成本低，实用性好的实时监测系统。
2、带式输送机火灾故障的监测方法
带式输送机火灾主要是胶带在运转过程中，当发生滚筒打滑、托辊卡死等情况，使之局部温度迅速升高，引起煤尘、胶带着火，由于不能马上发现并迅速采取措施而导致火灾的发生。对此，特设计了基于PC机分布式监测系统。
该监测系统对带式输送机的火灾监测是通过对现场仪表的巡回检测来实现的，它是每隔一定的时间对现场仪表进行一次巡回检测，再通过某种通讯总线从现场仪表获得数据，从而实现对现场工况的监测，由PC机负责对现场采集数据的集中管理。系统总体框图如图1所示。
由于现场仪表分布在带式输送机整个巷道，故要使PC机对其集中管理，通讯距离较远，采用了简单易用的RS485总线，以价格低廉的屏蔽双绞线传输，具有架设成本低，抗干扰能力强的特点。同时又自行设计了通讯转接器，以实现与PC机接口的数据传输。
3、监测系统的设计及实现
(1)系统硬件设计
1)现场监测仪表
监测仪表组成由如图2所示。其中温度传感器选择AD590L，它是一种电流输出型的集成温度传感器，具有很好的线性度，温度每升高1。C输出电流变化1mA。测量滚筒的滑差率采用霍尔测速传感器，它具有结构简单、性能可靠、抗干扰能力和环境适应性强等特点。多路开关选用CD4051，它由处理器控制来实现对多路数据的采集。A/D转换器采用12位的MAX191，其转换时间为60us，故可以满足实时性的要求。信号处理电路包括采样保持、信号滤波等电路。另外，还需用总线收发器以实现对RS485总线的电平转换，从而完成RS485总线的数据传输，这里采用具有隔离功能的MAX485芯片。
2)通讯转接器
通讯转接器硬件框图如图3所示。主要功能为实现RS485与RS232的转换，并完成对现场仪表的数据巡检和与PC机的通讯。其RS485收发器采用MAX485芯片，RS232收发器采用MAX232芯片，可以完成RS485和TTL、TTL和RS232的电平转换。
(2)系统软件设计
现场仪表主要完成对各前向通道的数据采集和通讯，PC机主要负责对现场仪表的巡回检测。软件设计主要包括现场仪表对前向通道的巡回检测和PC机对现场仪表的巡回检测两部分，本设计通过采用动态巡回检测方法来提高系统的实时性。
1)巡回方法的提出
动态巡回采集方式是每次巡回不一定能遍历所有的前向通道，它是根据采集数据对前向通道测点进行加权分组，并且每次巡回对那些权值大的测点进行检测，在与PC机通讯时，也只将权值大的测点数据送出，以减小采集时间和通讯时间。这样，对于监护人员来说，感兴趣的测点的实时性明显提高。
设PC机采集一个测点的数据所用时间丁，系统对N个测点进行监测，则在无故障时，采用按次序巡回方式和采用动态巡回方式巡回一次所用的时间为：
可以看出，采用动态巡回方式进行巡检，大大提高了系统的实时性。它能根据各测点的状态智能地改变系统实时性，此设计符合系统监测的思想。
动态巡回采集的实现过程如下：根据系统监测的要求，设置一系列的阈值，仪表进行巡回采集时根据这些阈值对前向通道测点分组，对每一组数据赋一个权值，下次采集时只对那些权值大的分组内的测点进行巡回采集，再根据阈值对前向通道测点分组，以此作为下次采集的依据。如此巡回直到当所有测点权值相同时，才对所有的通道进行巡检。当PC机巡检时，仪表也只将权值大的数据送出。
2)巡回方法的实现及软件设计
要实现动态的巡回采集，需要先根据监测参数，设置相应的阈值。由前面的设计可知，滚筒打滑是通过确定胶带与滚筒之间的滑差率来判断；通过对托辊温度的监测来判断托辊是否卡死；通过在胶带机巷道全程上安装温度传感器来监测环境温度情况。研究表明，一般情况下，胶带与滚筒之间的滑差率不大于2%，最大允许滑差率为10%；根据胶带的冒烟温度和机械油的闪点温度，设定托辊表面温度不能超过150℃；环境温度最大允许温度为80℃。
根据以上数据，设定相应的阈值。为便于仪器的软件设计，对仪器的数据存储区进行分区，分为A、B、C三个区，其中A区权值最大，C区权值最小。A区内存放检测参数大于参数最大允许的测点编号，C区内存在正常范围内的测点编号，B区内存放介于A和C之间的测点编号。相应的开辟三个区来存放与A、B、C区内测点编号对应的测量数据。在仪器巡检时，先对A区的测点编号进行巡检，再对B、C区的进行巡检，其软件流程如图4所示。若定时器中断时，系统将对所有测点巡检一次，然后仍按测点权值进行巡检。通讯时，仪器将只送出A区测点编号对应的数据和编号，最后以00信号结束通讯。
(3) PC机监控软件设计
该监测软件采用VB6.0编写，VB6.0是一种可视化的面向对象的采用事件驱动的结构化高级程序设计语言，可高效、快速地开发出WINDOWS环境下的功能强大、图形界面丰富的应用软件系统。VB6.0提供的MSCOMM32。OCX控件是专门用于串行通讯的控件，通过它可以很方便地设计PC机的通讯程序，利用NI公司的控件可以很容易的实现数据的曲线显示。本监测软件的具体功能包括串行通讯，数据和曲线的实时显示，数据和曲线的保存及打印，越限报警等功能。
4、实验调试
(1)实验方法
在实验室布置10个现场检测仪表，每个检测仪表有8个前向测量通道，将传感器安装在类似托辊的钢筒内，用加热电阻丝加热钢筒，模拟托辊的温度变化，实验装置如图5示。在实验中，各连接电缆采用双绞线，以实现可靠的通讯。一般情况下，现场仪表按设定的时间间隔对各测量通道进行巡检，通讯转接器也按设定的时间间隔对现场仪表进行巡回通讯。当有超温测点时，即认为可能有故障发生。现场仪表将对故障点不停的扫描，通讯转接器也对现场仪表不停的进行通讯，并将采集数据发送到上位机。在设计中，串口中断设为最高优先级，以保证每次都能够及时的通讯。上位机的通讯采用中断方式，以便及时得到下位机传送来的超温数据。图6为现场仪表串口中断程序示意流程。
(2)实验结果
根据设计的实验方法，依次对1、2、3点故障和无故障情况进行了模拟实验。在模拟系统中，取通讯波特率为9600bps，考虑到测点数和转换及数据传输速度，设定巡检时间间隔为30s。由实验可知故障点的检测周期并不是和故障点数成严格的正比关系，这是由于采用动态巡检时，通讯数据传送没有固定的格式，故系统在通讯时还必须发送每个测量数据对应的测点编号，从而实现测点与测量数据的对应，便于对故障点的定位。
4、结论
本系统通过对数据的分组大大缩短了巡检时间，同时通过对数据的逐级处理和层层过滤减小了通信流量，使整个系统的实时性大大提高，有利于监护人员作出正确的决策，大大提高了可靠性。本监测系统成本低，实用性，易于推广普及。
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