1、引言
帶式輸送機的火災事故一直受到煤礦安全生產部門的高度重視，由帶式輸送機引起的礦井火災事故防護是礦井火災防護的重要部分。因此，研制一套可靠的監測系統非常必要。
目前，國內外在該領域的研究成果已有不少，主要集中在現場儀表和基于PC機的監測系統兩個方面。現場儀表實時性好，但可靠性差，誤報率高，尤其當儀表本身出現故障時不能馬上發現。隨著PC機技術和通信技術的發展，基于PC機的分布式監測系統得到廣泛的應用，它不需要到井下巡檢，而只需在井上通過操作PC即可實現監測。由于現有的基于PC機的監測系統都是采用逐點巡回檢測，通信數據量大，實時性受到限制，雖然利用現場總線及高性能的器件也能滿足系統的要求，但成本高，不利于推廣普及。對此，專門設計了一套結構簡單，成本低，實用性好的實時監測系統。
2、帶式輸送機火災故障的監測方法
帶式輸送機火災主要是膠帶在運轉過程中，當發生滾筒打滑、托輥卡死等情況，使之局部溫度迅速升高，引起煤塵、膠帶著火，由于不能馬上發現并迅速采取措施而導致火災的發生。對此，特設計了基于PC機分布式監測系統。
該監測系統對帶式輸送機的火災監測是通過對現場儀表的巡回檢測來實現的，它是每隔一定的時間對現場儀表進行一次巡回檢測，再通過某種通訊總線從現場儀表獲得數據，從而實現對現場工況的監測，由PC機負責對現場采集數據的集中管理。系統總體框圖如圖1所示。
由于現場儀表分布在帶式輸送機整個巷道，故要使PC機對其集中管理，通訊距離較遠，采用了簡單易用的RS485總線，以價格低廉的屏蔽雙絞線傳輸，具有架設成本低，抗干擾能力強的特點。同時又自行設計了通訊轉接器，以實現與PC機接口的數據傳輸。
3、監測系統的設計及實現
(1)系統硬件設計
1)現場監測儀表
監測儀表組成由如圖2所示。其中溫度傳感器選擇AD590L，它是一種電流輸出型的集成溫度傳感器，具有很好的線性度，溫度每升高1。C輸出電流變化1mA。測量滾筒的滑差率采用霍爾測速傳感器，它具有結構簡單、性能可靠、抗干擾能力和環境適應性強等特點。多路開關選用CD4051，它由處理器控制來實現對多路數據的采集。A/D轉換器采用12位的MAX191，其轉換時間為60us，故可以滿足實時性的要求。信號處理電路包括采樣保持、信號濾波等電路。另外，還需用總線收發器以實現對RS485總線的電平轉換，從而完成RS485總線的數據傳輸，這里采用具有隔離功能的MAX485芯片。
2)通訊轉接器
通訊轉接器硬件框圖如圖3所示。主要功能為實現RS485與RS232的轉換，并完成對現場儀表的數據巡檢和與PC機的通訊。其RS485收發器采用MAX485芯片，RS232收發器采用MAX232芯片，可以完成RS485和TTL、TTL和RS232的電平轉換。
(2)系統軟件設計
現場儀表主要完成對各前向通道的數據采集和通訊，PC機主要負責對現場儀表的巡回檢測。軟件設計主要包括現場儀表對前向通道的巡回檢測和PC機對現場儀表的巡回檢測兩部分，本設計通過采用動態巡回檢測方法來提高系統的實時性。
1)巡回方法的提出
動態巡回采集方式是每次巡回不一定能遍歷所有的前向通道，它是根據采集數據對前向通道測點進行加權分組，并且每次巡回對那些權值大的測點進行檢測，在與PC機通訊時，也只將權值大的測點數據送出，以減小采集時間和通訊時間。這樣，對于監護人員來說，感興趣的測點的實時性明顯提高。
設PC機采集一個測點的數據所用時間丁，系統對N個測點進行監測，則在無故障時，采用按次序巡回方式和采用動態巡回方式巡回一次所用的時間為：
可以看出，采用動態巡回方式進行巡檢，大大提高了系統的實時性。它能根據各測點的狀態智能地改變系統實時性，此設計符合系統監測的思想。
動態巡回采集的實現過程如下：根據系統監測的要求，設置一系列的閾值，儀表進行巡回采集時根據這些閾值對前向通道測點分組，對每一組數據賦一個權值，下次采集時只對那些權值大的分組內的測點進行巡回采集，再根據閾值對前向通道測點分組，以此作為下次采集的依據。如此巡回直到當所有測點權值相同時，才對所有的通道進行巡檢。當PC機巡檢時，儀表也只將權值大的數據送出。
2)巡回方法的實現及軟件設計
要實現動態的巡回采集，需要先根據監測參數，設置相應的閾值。由前面的設計可知，滾筒打滑是通過確定膠帶與滾筒之間的滑差率來判斷；通過對托輥溫度的監測來判斷托輥是否卡死；通過在膠帶機巷道全程上安裝溫度傳感器來監測環境溫度情況。研究表明，一般情況下，膠帶與滾筒之間的滑差率不大于2%，最大允許滑差率為10%；根據膠帶的冒煙溫度和機械油的閃點溫度，設定托輥表面溫度不能超過150℃；環境溫度最大允許溫度為80℃。
根據以上數據，設定相應的閾值。為便于儀器的軟件設計，對儀器的數據存儲區進行分區，分為A、B、C三個區，其中A區權值最大，C區權值最小。A區內存放檢測參數大于參數最大允許的測點編號，C區內存在正常范圍內的測點編號，B區內存放介于A和C之間的測點編號。相應的開辟三個區來存放與A、B、C區內測點編號對應的測量數據。在儀器巡檢時，先對A區的測點編號進行巡檢，再對B、C區的進行巡檢，其軟件流程如圖4所示。若定時器中斷時，系統將對所有測點巡檢一次，然后仍按測點權值進行巡檢。通訊時，儀器將只送出A區測點編號對應的數據和編號，最后以00信號結束通訊。
(3) PC機監控軟件設計
該監測軟件采用VB6.0編寫，VB6.0是一種可視化的面向對象的采用事件驅動的結構化高級程序設計語言，可高效、快速地開發出WINDOWS環境下的功能強大、圖形界面豐富的應用軟件系統。VB6.0提供的MSCOMM32。OCX控件是專門用于串行通訊的控件，通過它可以很方便地設計PC機的通訊程序，利用NI公司的控件可以很容易的實現數據的曲線顯示。本監測軟件的具體功能包括串行通訊，數據和曲線的實時顯示，數據和曲線的保存及打印，越限報警等功能。
4、實驗調試
(1)實驗方法
在實驗室布置10個現場檢測儀表，每個檢測儀表有8個前向測量通道，將傳感器安裝在類似托輥的鋼筒內，用加熱電阻絲加熱鋼筒，模擬托輥的溫度變化，實驗裝置如圖5示。在實驗中，各連接電纜采用雙絞線，以實現可靠的通訊。一般情況下，現場儀表按設定的時間間隔對各測量通道進行巡檢，通訊轉接器也按設定的時間間隔對現場儀表進行巡回通訊。當有超溫測點時，即認為可能有故障發生。現場儀表將對故障點不停的掃描，通訊轉接器也對現場儀表不停的進行通訊，并將采集數據發送到上位機。在設計中，串口中斷設為最高優先級，以保證每次都能夠及時的通訊。上位機的通訊采用中斷方式，以便及時得到下位機傳送來的超溫數據。圖6為現場儀表串口中斷程序示意流程。
(2)實驗結果
根據設計的實驗方法，依次對1、2、3點故障和無故障情況進行了模擬實驗。在模擬系統中，取通訊波特率為9600bps，考慮到測點數和轉換及數據傳輸速度，設定巡檢時間間隔為30s。由實驗可知故障點的檢測周期并不是和故障點數成嚴格的正比關系，這是由于采用動態巡檢時，通訊數據傳送沒有固定的格式，故系統在通訊時還必須發送每個測量數據對應的測點編號，從而實現測點與測量數據的對應，便于對故障點的定位。
4、結論
本系統通過對數據的分組大大縮短了巡檢時間，同時通過對數據的逐級處理和層層過濾減小了通信流量，使整個系統的實時性大大提高，有利于監護人員作出正確的決策，大大提高了可靠性。本監測系統成本低，實用性，易于推廣普及。
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