矿山锚杆安装设备故障快速检测系统

张莉婷，郭盼盼

（五矿矿业（邯郸）矿山工程有限公司，河北 邯郸 056000）

矿山锚杆安装设备在运行过程中由于振动幅度较大，经常会出现运行故障，一旦出现故障将会影响到矿山的整体施工进度，所以矿山锚杆安装设备故障检测系统是保障设备稳定运行的关键手段。传统系统由于检测精度较差、检测效率较低，最重要的是在光线条件不好的环境中检测效果较差，已经无法满足矿山锚杆安装设备故障检测需求，所以此次试图设计一种新的系统，为矿山锚杆安装设备稳定运行提供保障。

1 矿山锚杆安装设备故障快速检测系统

矿山锚杆安装设备故障快速检测系统由硬件和软件两大部分组成。

机械结构主要包括驱动装置、推力装置以及锚杆安装部分和其它辅助机械部件，由于机械结构设计不是此次的主要研究内容，此处不再做详细说明。下文对系统的硬件和软件设计进行具体介绍。

1.1 硬件设计

图像传感器是此次设计的系统的核心设备，主要负责采集矿山锚杆安装设备故障信号。考虑到矿山锚杆安装设备故障特征，以及传感器的通信功能，选用三菱公司生产的GH5-98MK系列的图像传感器作为采集单元，其中GH5-98MK系列传感器有CCA与CCB两种型号，下表为两种图像传感器性能对比。

表1 CCA图像传感器与CCB图像传感器性能对比

通过对比CCA传感器与CCB传感器，矿山锚杆安装设备故障检测主要实现数据采集、处理和分析的功能，在很多方面CCA传感器要优于CCB传感器，综合考虑选用CCA传感器。将CCB图像传感器有效分辨率设定为2.0mm×2.0mm，工作频率设定为5MHz，输入电压为6V，工作时钟频率为2.2MHz[1]。通过时钟信号控制图像传感器采集数据速率，YGT作为复位信号，当每个故障信号在读取后即被复位，以此保证采集到的图像数据对光线的等时间积分。图像传感器的安装位置设定在矿山锚杆安装设备的底部，且电源与矿山锚杆安装设备相连，一旦矿山锚杆安装设备开始工作，图像传感器就会立即对设备故障进行检查。

电源电路作为系统的供电电路，保障着系统中各个单元能稳定、长期的工作，在整个检测系统设计中占有重要的作用。系统整体采用DC+220V电源供电，为了降低外部电源对系统运行的干扰，进入电路板的DC+220V电源首先要经过一次滤波处理[2]。

DC+220V电源通过KM5602滤波处理后，由转换器对+240V电源转换得到+220V，转换器采用HJ200型号，该转换器内部集成可编程电压参考源，并采用了多级差分流水线结构，可以保证电源电路的稳定。以上通过图像传感器与电源电路的设计实现了系统的硬件设计。

1.2 软件设计

系统的软件设计需要实现故障信号采集、处理、故障识别三部分。通过以太网接口实现系统与采集单元之间的通信，由于矿山锚杆安装设备故障检测过程中涉及多个网络，其中包括无线网、有线网等，所以以太网接口采用TCP协议结构。TCP协议能够实现多个网络间的稳定通讯，它是由多个不同的协议组成的网络协议集合，共分为链路层、网络层、传输层、应用层[3]。

链路层负责以太网接口连接的电子特性和网络特性，主要接收和发送IP数据，并进行APP地址解析；网络层负责系统主机之间的通讯，对数据接收和发送过程中路径进行匹配；传输层负责系统各个单元之间的逻辑通信，并对数据包进行格式化；应用层负责提供系统应用程序通信过程所需要遵循的通讯协议。

由于数据采集单元采集到的图像数据是用16位的二进制数据表示的，但是在以太网中数据是以比特流形式传输，所以需要对数据按照每6位为一个数据进行处理，为之后的故障特征识别做准备。

在数据经过处理后将其储存到数据库中，运用大数据技术对数据进行分析，它能够自动将传输过来的数据与矿山锚杆安装设备标准数据进行对比识别，并分析出两者之间的差异，具有较快的响应效率。一旦传输过来的数据包与数据库原始数据差异较大，数据库会自动判断其为故障数据，并且向系统发送出具体的故障信息，以此实现了矿山锚杆安装设备快速检测系统设计。

2 实验

整个实验平台由220V-6V电源适配器、无线传感器电路板、信号采集电路板、信号传输电路板以及主机组成。主机之间通过网络接口与数据采集电路板相连接，信号采集电路板通过HJG接口与数据采集电路板相连接，以此完成系统平台搭建。以某矿山锚杆安装设备作为实验对象，运用此次设计的系统与传统系统在不同光强环境下同时对设备进行5小时故障检测，通过对比两种系统采集到的有效故障数据数量，验证此次设计系统的有效性。

3 结语

由于个人能力及研究时间有限，虽然此次在矿山锚杆安装设备故障检测系统研究中取得了一定的研究成果，但是还存在一些不足之处，且该系统未经过大量实际应用，今后还需要在深入研究中对其进行完善和优化。