基于无线传输的采煤机运行状态监测系统研究

高玉喜

（阳泉煤业集团翼城华泓煤业有限公司， 山西 阳泉 045000）

引言

目前，多数煤矿采用的采煤机监测系统为基于CAN总线的有线监测系统，虽具有传输效率高、信号稳定性强的优点，但由于采煤机在工作时是随着巷道不断移动，同时运动机构不断旋转，极易造成通讯电缆的缠绕、折断，且有线传输系统在安装时不仅需要考虑布线还要考虑线缆对井下恶劣环境的适应情况，投入成本大、施工周期长，所以这种监测系统无法满足对采煤机运行状态灵活、流动、智能、可靠性的要求[1]。因此迫切需要开发一种能够适应井下狭小环境的低功耗、多参量传感的无线传输监测控制系统，以提高采煤机运行状态监测系统的可靠性与稳定性。

1 采煤机运行状态无线监测系统的总体结构

在分析现有采煤机有线监测系统缺点的基础上，综合考虑煤矿井下负杂的工作条件和恶劣的工作环境，提出了一种基于无线传感器网络的采煤机运行状态监测系统，其采用了数据采集和监测分离的设计思想，主要包括采煤机运行状态数据采集系统、无线传输系统及控制中心三大模块[2]，其总体结构设计如图1所示。

图1 采煤机无线状态监测系统结构示意图

采煤机运行状态数据采集系统主要是由设置在采煤机关键监测位置处的各类传感器设备组成，用于对采煤机在工作过程中的各类数据信号进行收集、汇总和传输，将收集的的各类数据信息传送到监测控制中心，使采煤机的各种运行信息以图表、曲线、图画等直观的形式在控制中心进行显示。

采煤机的运行状态监测系统可以根据监测要求实现对采煤机在某一位置或者多个位置的运行状态信号进行不间断监测，本文采用了多点监测方案，在采煤机上设置了多个数据采集传感器，实现对采煤机运转过程的实时监测，这些传感器分别设置在采煤机待测区域的特定的点位上，在各传感器设备的汇集点利用标准接口实现与PC机的互联互通，各传输节点根据不同的功能实现对数据信息的采集、分析、传输及处理，将监测到的采煤机的运行状态信号传送到汇集点，并最终传输给监测中心内的上位机系统进行数据的显示、储存及分析处理。

图2 采煤机无线监测硬件结构组成示意图

2 采煤机无线监测硬件结构组成

ZigBee[3]技术是实现无线传输的一项关键技术，具有功耗小、成本低、信息传输率高、安全性强的特点。为确保煤矿井下无线信号的传输，采用ZigBee无线传感器的星型拓扑结构，该结构中包括协调器及终端设备构成，其整体的结构框架集节点结构如图2所，采煤机在运行过程中的各类运行状态信号，由位于采煤机上的各类传感器设备进行收集，利用无线传输方式发送给协调器，再由协调器利用数字标准化接口将数据信息传递给PC机上的显示平台，便于控制人员进行实时监测控制。

协调器主要用于创建一个新的无线网络系统，对各类传输数据进行无线的接收和发送，同时还具有一些辅助性的串口控制机按键控制功能，用于对无线监控系统的功能完善，其节点功能框架如图3所示。

图3 协调器功能框图

终端设备的硬件结构组成主要包括微处理器模块、传感器模块、电源模块机无线通信模块，其硬件结构布局如图4所示，主要用于将设备传感器收集到的采煤机在运行过程中的运行状态信号传输到上位机系统上，通过上位机控制软件对各信息进行汇总处理后，直观的显示在监测屏幕上，从而实现对采煤机运行状态的实时监测。

3 采煤机监测系统无线通信程序设计

采煤机的终端设备监测点是用于对采煤机的工作状态进行实时监测并将监测到的数据信息以无线信号进行发送的关键设备，该功能实现的核心在于软件控制程序。各监测传感器在通电后首先对其数据信息进行初始化，删除上一工作段所储存的信息，然后在工作区域范围内寻找并连接无线网络，建立起与协调器之间的连接关系，使监测传感器所监测的采煤机的运行状态数据能够实时传输给协调器，采煤机终端监测传感器的通信流程如图5所示[4]。

采煤机终端监测传感器和协调器之间的数据信息传输主要包括主动数据发送方式及当协调器下达传输命令后再发送数据的被动传输方式。主动数据传输方式数据更新速度快，及时，但存在着数据流量小，能耗高的缺点，根据采煤机运行状态监测系统的设计要求及采煤机的运行规律，本系统采用被动式的数据信息传输方案。

图4 终端设备硬件结构示意图

图5 监测系统通信程序

4 结论

基于无线网络的采煤机运行状态监测系统，运行安全、可靠，能够有效克服传统有线监测网络布线困难、投入成本高、出现故障难以快速修复的难题，为确保采煤机的安全、可靠的运行提供了保障。