張莉婷，郭盼盼

（五礦礦業(yè)（邯鄲）礦山工程有限公司，河北 邯鄲 056000）

礦山錨桿安裝設(shè)備在運行過程中由于振動幅度較大，經(jīng)常會出現(xiàn)運行故障，一旦出現(xiàn)故障將會影響到礦山的整體施工進度，所以礦山錨桿安裝設(shè)備故障檢測系統(tǒng)是保障設(shè)備穩(wěn)定運行的關(guān)鍵手段。傳統(tǒng)系統(tǒng)由于檢測精度較差、檢測效率較低，最重要的是在光線條件不好的環(huán)境中檢測效果較差，已經(jīng)無法滿足礦山錨桿安裝設(shè)備故障檢測需求，所以此次試圖設(shè)計一種新的系統(tǒng)，為礦山錨桿安裝設(shè)備穩(wěn)定運行提供保障。

1 礦山錨桿安裝設(shè)備故障快速檢測系統(tǒng)

礦山錨桿安裝設(shè)備故障快速檢測系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成。

機械結(jié)構(gòu)主要包括驅(qū)動裝置、推力裝置以及錨桿安裝部分和其它輔助機械部件，由于機械結(jié)構(gòu)設(shè)計不是此次的主要研究內(nèi)容，此處不再做詳細(xì)說明。下文對系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計進行具體介紹。

1.1 硬件設(shè)計

圖像傳感器是此次設(shè)計的系統(tǒng)的核心設(shè)備，主要負(fù)責(zé)采集礦山錨桿安裝設(shè)備故障信號?？紤]到礦山錨桿安裝設(shè)備故障特征，以及傳感器的通信功能，選用三菱公司生產(chǎn)的GH5-98MK系列的圖像傳感器作為采集單元，其中GH5-98MK系列傳感器有CCA與CCB兩種型號，下表為兩種圖像傳感器性能對比。

表1 CCA圖像傳感器與CCB圖像傳感器性能對比

通過對比CCA傳感器與CCB傳感器，礦山錨桿安裝設(shè)備故障檢測主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理和分析的功能，在很多方面CCA傳感器要優(yōu)于CCB傳感器，綜合考慮選用CCA傳感器。將CCB圖像傳感器有效分辨率設(shè)定為2.0mm×2.0mm，工作頻率設(shè)定為5MHz，輸入電壓為6V，工作時鐘頻率為2.2MHz[1]。通過時鐘信號控制圖像傳感器采集數(shù)據(jù)速率，YGT作為復(fù)位信號，當(dāng)每個故障信號在讀取后即被復(fù)位，以此保證采集到的圖像數(shù)據(jù)對光線的等時間積分。圖像傳感器的安裝位置設(shè)定在礦山錨桿安裝設(shè)備的底部，且電源與礦山錨桿安裝設(shè)備相連，一旦礦山錨桿安裝設(shè)備開始工作，圖像傳感器就會立即對設(shè)備故障進行檢查。

電源電路作為系統(tǒng)的供電電路，保障著系統(tǒng)中各個單元能穩(wěn)定、長期的工作，在整個檢測系統(tǒng)設(shè)計中占有重要的作用。系統(tǒng)整體采用DC+220V電源供電，為了降低外部電源對系統(tǒng)運行的干擾，進入電路板的DC+220V電源首先要經(jīng)過一次濾波處理[2]。

DC+220V電源通過KM5602濾波處理后，由轉(zhuǎn)換器對+240V電源轉(zhuǎn)換得到+220V，轉(zhuǎn)換器采用HJ200型號，該轉(zhuǎn)換器內(nèi)部集成可編程電壓參考源，并采用了多級差分流水線結(jié)構(gòu)，可以保證電源電路的穩(wěn)定。以上通過圖像傳感器與電源電路的設(shè)計實現(xiàn)了系統(tǒng)的硬件設(shè)計。

1.2 軟件設(shè)計

系統(tǒng)的軟件設(shè)計需要實現(xiàn)故障信號采集、處理、故障識別三部分。通過以太網(wǎng)接口實現(xiàn)系統(tǒng)與采集單元之間的通信，由于礦山錨桿安裝設(shè)備故障檢測過程中涉及多個網(wǎng)絡(luò)，其中包括無線網(wǎng)、有線網(wǎng)等，所以以太網(wǎng)接口采用TCP協(xié)議結(jié)構(gòu)。TCP協(xié)議能夠?qū)崿F(xiàn)多個網(wǎng)絡(luò)間的穩(wěn)定通訊，它是由多個不同的協(xié)議組成的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議集合，共分為鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層[3]。

鏈路層負(fù)責(zé)以太網(wǎng)接口連接的電子特性和網(wǎng)絡(luò)特性，主要接收和發(fā)送IP數(shù)據(jù)，并進行APP地址解析；網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)系統(tǒng)主機之間的通訊，對數(shù)據(jù)接收和發(fā)送過程中路徑進行匹配；傳輸層負(fù)責(zé)系統(tǒng)各個單元之間的邏輯通信，并對數(shù)據(jù)包進行格式化；應(yīng)用層負(fù)責(zé)提供系統(tǒng)應(yīng)用程序通信過程所需要遵循的通訊協(xié)議。

由于數(shù)據(jù)采集單元采集到的圖像數(shù)據(jù)是用16位的二進制數(shù)據(jù)表示的，但是在以太網(wǎng)中數(shù)據(jù)是以比特流形式傳輸，所以需要對數(shù)據(jù)按照每6位為一個數(shù)據(jù)進行處理，為之后的故障特征識別做準(zhǔn)備。

在數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后將其儲存到數(shù)據(jù)庫中，運用大數(shù)據(jù)技術(shù)對數(shù)據(jù)進行分析，它能夠自動將傳輸過來的數(shù)據(jù)與礦山錨桿安裝設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進行對比識別，并分析出兩者之間的差異，具有較快的響應(yīng)效率。一旦傳輸過來的數(shù)據(jù)包與數(shù)據(jù)庫原始數(shù)據(jù)差異較大，數(shù)據(jù)庫會自動判斷其為故障數(shù)據(jù)，并且向系統(tǒng)發(fā)送出具體的故障信息，以此實現(xiàn)了礦山錨桿安裝設(shè)備快速檢測系統(tǒng)設(shè)計。

2 實驗

整個實驗平臺由220V-6V電源適配器、無線傳感器電路板、信號采集電路板、信號傳輸電路板以及主機組成。主機之間通過網(wǎng)絡(luò)接口與數(shù)據(jù)采集電路板相連接，信號采集電路板通過HJG接口與數(shù)據(jù)采集電路板相連接，以此完成系統(tǒng)平臺搭建。以某礦山錨桿安裝設(shè)備作為實驗對象，運用此次設(shè)計的系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)在不同光強環(huán)境下同時對設(shè)備進行5小時故障檢測，通過對比兩種系統(tǒng)采集到的有效故障數(shù)據(jù)數(shù)量，驗證此次設(shè)計系統(tǒng)的有效性。

3 結(jié)語

由于個人能力及研究時間有限，雖然此次在礦山錨桿安裝設(shè)備故障檢測系統(tǒng)研究中取得了一定的研究成果，但是還存在一些不足之處，且該系統(tǒng)未經(jīng)過大量實際應(yīng)用，今后還需要在深入研究中對其進行完善和優(yōu)化。