掘进机监测主机的设计

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【摘要】为了实现掘进机截割机构、行走机构、运输机构、冷却系统等关键参数的数据处理与监测报警，设计了一种掘进机监测主机，介绍了掘进机监测主机的硬件架构和软件设计。该掘进机监测主机实现了参数监测、状态自检、报警信息记录、系统通讯设置、数据存储等功能，应用表明，该掘进机监测主机操作简单，满足掘进机状态监测的现场要求。

【关键词】掘进机；状态监测；故障报警

Abstract：In order to process and monitor key parameters of cutting mechanism，travel mechanism，transportation agencies and cooling systems for boring machine，the monitor of boring machine system is designed.The hardware architecture and software design are introduced in this paper. The parameters monitoring，self-test，alarm information recording，system communication setting，data storage and other functions are achieved.The application shows that the monitor meets the needs of boring machine condition monitoring.

Keywords：boring machine；condition monitoring；fault alarm

1.引言

掘进机是巷道掘进的主要设备之一，掘进机主要采用司机手动操作，由于粉尘、水雾以及掘进过程中巨大机身振动等恶劣环境，操作人员对掘进机自身状态缺乏及时掌握，容易造成重大安全事故[1，2]。为了保证掘进机安全可靠运行，掘进机需要配备车载监测主机，监测掘进机工作环境信息（甲烷、粉尘），掘进机工作电压和电流，液压系统压力、温度、液位、流量，执行机构的位移和压力等重要参数，同时实时计算显示截割头位置、截割牵引力以及进行故障报警与数据存储。本文将介绍一种掘进机车载监测主机的设计。

2.主要监测参数

为了保证掘进机井下巷道掘进过程中，掘进机司机能及时掌握截割机构、行走机构、运输结构、冷却系统等部位关键参数变化以及截割头位置、掘进机载荷与截割牵引力与行走牵引力等受力情况，保障掘进机安全可靠运行[3，4]。同时，存储大量现场运行数据为掘进机设备厂家的结构改进和提高动态性能提供数据支持，结合掘进机的工况要求和相关安全标准，主要监测参数如下：

掘进机截割机构：截割电机电流、电压、温度、截割臂振动。

掘进机行走机构：行走左右马达压力，行走油缸泵压力。

掘进机运输机构：爬爪左右压力、流量，刮板压力与流量，装置运输泵压力。

掘进机冷却系统：内喷压力，内喷流量。

掘进机正常运行相关参量：先导压力，油箱回油压力，油箱油温、油位，粉尘浓度。

3.掘进机监测主机架构

掘进机监测主机主要实现关键参数实时显示与监测报警、截割头位置与牵引力计算、数据存储与导出、掘进机状态自检等功能。同时，显示记录各监测参数相关的报警信息，当发生报警时，通过画面和声音报警的形式提醒驾驶司机。

掘进机监测主机主要由处理器、本安电路、后备电源、显示屏、EMMC数据存储器、数据通讯接口、键盘构成。处理器为Cortex-A8内核，负责监测主机任务调度与数据处理，本安电路负责整个监测主机本安供电，后备电源负责不低于2小时的续航供电，显示屏为10.1寸液晶屏，EMMC数据存储器负责数据存储与故障记录，数据通讯接口负责接收采集器传输的监测参数。监测主机的硬件结构图如图1所示。

考虑到掘进机工况与系统稳定可靠性，车载监测主机处理器选用Cortex-A8高速处理器的IMX535核心模块，搭配1G内存与64G EMMC数据存储器，显示屏采用10.1寸液晶屏，分辨率为1024×600，能经受100g振动与冲击。监测主机具备1路RS485、1路CAN和1路以太网通信接口，且具有不低于2小时的后备电源。

4.监测主机主要功能界面

掘进机监测主机主要通过功能界面显示掘进机运行状态信息，监测主界面如图2所示，监测内容包括：截割头位置实时监测、爬爪运行状态监测报警、铲板与截割头干涉故障报警、粉尘浓度、瓦斯浓度、油箱油位监测报警、截割电流＼电压＼功率监测报警、截割牵引力与行走牵引力实时计算显示。图3为监测参数显示界面。监测内容包括电流、电压、振动、压力、流量、位移、油位、油温以及粉尘浓度等多种类型参数。当监测参数报警时，通过字体红黄绿变化进行区分，绿色表示正常，黄色表示预警，红色表示报警。图4为状态自检界面，监测主机上电运行开始则进行系统自检，从信息采集箱得到挖掘机的各项自检数据，如自检数据不正常，则在系统主界面左上角显示“自检错误”，并用红灯显示。

5.软件设计

监测主机在系统初始化过程中，对通讯接口、数据存储时间、时钟以及工作模式进行设置。监测主机获得数据采集器信号后，通过集成截割头位置与牵引力等计算方法，进行数据实时处理与显示。主程序通过按键流程控制，进行不同显示界面的切换，数据定时存入数据库中，通过u盘进行数据导出。

6.结论

掘进机车载监控主机采用Cortex-A8内核处理器+LINUX操作系统的技术方案，显示屏采用抗冲击的10.1液晶屏可满足系统图形化、动态化的显示要求。监测主机具有1GHzCPU频率、64GEMMC数据存储器、带有不低于2小时的后备电源，通讯接口丰富满足现有要求的同时，可为系统功能扩展和升级提供平台。该掘进机监测主机已在煤矿掘进机设备中应用，实践表明，该监测主机人机界面友好，操作简单，状态监测功能为掘进机维护管理提供了可靠依据。

参考文献

[1]叶仿拥，向家伟，徐晋勇.掘进机机械故障监测诊断系统设计[J].煤矿机械，2009，205-207.

[2]宁仲良，陈加胜.悬臂式掘进机智能化发展方向初探[J].煤矿机械，2006（06）：134-135.

[3]李晓豁，姜鹤.基于ARM7的悬臂式掘进机截割机构故障监测系统的研究[J].矿山机械，2009（23）：7-9.

[4]宁仲良，陈加胜.悬臂式掘进机智能化发展方向初探[J].煤矿机械，2006（06）：134-135.

基金项目：国家高技术发展计划（863计划）资助项目“煤炭智能化掘采技术与装备”子课题五“智能化超重型岩巷掘进机研制”（项目编号：2012AA06A405）。

作者简介：郝建生（1977―），男，山西太谷人，硕士，高级工程师，主要从事煤矿悬臂式掘进机研究工作，已发表文章10余篇。