无极绳绞车无线视频监控功能的实现

张 冬

（西山煤电屯兰矿， 山西 古交 030206）

引言

无极绳绞车为综采工作面必不可少的运输设备，其主要承担着材料、设备等运输任务，多应用于长距离、大倾角、坡度起伏较大的工作面。由于无极绳绞车所应用工作面的距离较长，致使对于绞车的监控往往不到位[1]。为解决上述问题，将无线视频监控技术、RFID 技术以及PLC 控制技术应用于无极绳绞车的无线视频监控设备中，进而能够实时掌握设备的运行状况和故障信息，为后续故障排除、提高工作面的安全性和自动化程度奠定基础。

1 无极绳绞车无线视频监控系统的总体设计

为进一步提升无极绳绞车在综采工作面运行的可靠性，提升其自动化水平，基于无极绳绞车无线视频监控系统实现如下功能：对上位机实时提供无极绳绞车的视频画面；对工作面现场车辆位置的实时定位；Wincc 组态监控等。

为此，在无极绳原监控系统的基础上增设上述功能，并设计如图1 所示的无线视频监控系统总体结构框图。

图1 无线视频监控系统总体结构框图

结合无线视频监控系统的总体结构框图，其应具备的功能要求具体描述如下：

1）在工作面巷道适当位置安装高清摄像头，对于绞车相关的轨道、绞车绳张紧状态以及工作面内巷道的情况进行监测；

2）基于无线射频技术、以太网通信技术和现场总线技术，在对现场作业人员位置信息共享的基础上，为绞车司机控制绞车的运行与停止提供依据，做到“行车不行人，行人不行车”的要求[2]；

3）在对绞车车辆负载情况监测的基础上，基于变频调速技术实现对绞车运行速度的合理控制，并根据需求对绞车进行停车、启动等控制。

除此之外，基于无线视频监控系统还能够对与绞车相关设备的运行状态进行监控，并对故障信息及时报警[3]。

2 无极绳无线视频监控功能的实现

2.1 视频监控功能的实现

在无极绳绞车牵引梭车的前后各安装一套本安型防爆摄像头，并在巷道适当位置安装无线网络交换仪。此外，还需为其配置一些辅助设备包括有照射灯、移动电源以及无线发射设备等。根据功能需求按要求组装上述无线视频监控的硬件设备，并基于数字化视频技术、工业以太环网冗余技术、WLAN 技术、隔爆技术、不断间断供电技术以及嵌入式技术等实现上述硬件设备的功能互连[4]。在此基础上，设计如下页图2 所示的无线视频监控网络拓扑图。

结合工作面情况，为实现无线视频监控功能配置的关键硬件的型号及参数如下页表1 所示。

2.2 车辆定位功能的实现

无极绳绞车车辆定位功能的核心技术为无线射频技术以及工业以太网技术、现场总线技术等通信技术。车辆定位功能的主要目的是在定位绞车车辆位置的同时，对现场作业人员的位置信息进行共享，避免人员伤亡等事故的发生，对提高无极绳绞车信息化水平和运输效率具有显著意义。

图2 无线视频监控网络拓扑图

表1 无线视频监控功能硬件配置

绞车车辆定位功能的实现由上位机、射频阅读器、无线射频电子标签等的定位装置完成。具体实现过程如下：将射频电子标签安装于绞车的车辆上，并根据不同车辆标注不同的ID，在巷道多处位置安装射频阅读器；当装有射频标签的车辆经过射频阅读器时，将阅读器所读取的信息通过RS485 总线上传于上位机，进而判断出当前绞车运行的方向和所处的位置。

本方案中射频阅读器选用的具体型号为nRF2401，其可在2.4 GHz 的频段下采集信息；为射频阅读器和电子标签配置美国TI 公司所研发的MSP430F147 低功耗微控制器，主要完成对射频阅读器和电子标签之间的通信。

2.3 无极绳绞车控制功能的实现

本文所设计的无线视频监控系统除了满足视频监控、车辆定位功能外，还需根据绞车车辆的负载情况对其运行状态进行实时控制。为满足无极绳绞车的控制功能，选用PLC 控制器为绞车控制的核心硬件。具体控制思路如下：为无极绳绞车工作现场配置相应传感器，对绞车电机的电流、电压、温度等参数，变频器的运行参数，绞车运行的速度、加速度等信号以及制动油温、油压等参数进行监测；由PLC 控制器对所监测到的数据进行分析处理对比后，对绞车电机、变频器等进行实时控制，以确保无极绳绞车的最佳状态运行，在保证正常运输需求的同时达到节能的效果[5]。

结合无极绳绞车现场控制点数的统计结果，为其配置S7-200 系列的PLC 控制器，配置具有24 个输入点、16 个输出点的CPU226。另外，CPU226 还可将模块数量扩展至7 个、数字量点数扩展至248 个、模拟量点数扩展至35 个。

根据无极绳绞车的控制需求，为其设计如图3所示的程序流程图。

图3 无极绳绞车程序控制流程图

如图3 所示，无极绳绞车在运行之前需对巷道内人的数量以及货物的重量进行检测，判断其是否在规定范围之内；其次，对与绞车相关的钢丝绳、挂钩等连接设备的可靠性进行检查；最后，对与绞车相关的控制系统、各种信号灯的可靠性进行检查。

3 结语

无极绳绞车为综采工作面的主要运输设备之一，其主要适用于工作面距离长、坡度起伏较大等相对复杂的巷道。为了完善传统视频监控系统避免绞车机电事故的发生，基于数字化视频技术、工业以太环网冗余技术、WLAN 技术、隔爆技术、不断间断供电技术以及嵌入式技术实现无线视频监控功能，基于射频技术、现场总线技术实现车辆定位功能，基于PLC 控制技术实现绞车控制功能，提升了无极绳绞车运行的可靠性和安全性。