余倩倩

（榆林市榆神煤炭榆樹灣煤礦有限公司，榆林 719000）

由于煤礦井下環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)性高，運(yùn)輸設(shè)備必須滿足嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)。防爆膠輪車作為煤礦中的關(guān)鍵輔助設(shè)備，應(yīng)用優(yōu)勢明顯[1]。為進(jìn)一步提高防爆膠輪車的安全性，研究智能化安全系統(tǒng)在煤礦井下運(yùn)輸中的應(yīng)用，旨在促進(jìn)現(xiàn)代大型煤礦的安全生產(chǎn)。

1 綜合應(yīng)用防爆無軌膠輪車的安全系統(tǒng)

煤礦井下防爆無軌膠輪車的安全系統(tǒng)，可確保車輛在復(fù)雜危險(xiǎn)環(huán)境中安全運(yùn)行。系統(tǒng)整合傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)處理和控制策略，實(shí)時(shí)監(jiān)測車輛狀態(tài)，預(yù)警風(fēng)險(xiǎn)，并采取控制措施，保障人員安全和煤礦安全生產(chǎn)[2]。系統(tǒng)包括傳感器子系統(tǒng)（瓦斯、溫度等）、信號(hào)處理模塊（模數(shù)轉(zhuǎn)換、標(biāo)準(zhǔn)化）、控制器（微控制器處理信號(hào)和數(shù)據(jù)）、數(shù)據(jù)分析模塊（識(shí)別隱患）和安全響應(yīng)模塊（警報(bào)、停車、斷電）。

1.1 數(shù)據(jù)采集及轉(zhuǎn)換

數(shù)據(jù)采集及轉(zhuǎn)換是防爆無軌膠輪車安全系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[3]。傳感器子系統(tǒng)實(shí)時(shí)收集瓦斯、尾氣溫度、冷卻水溫度、柴油機(jī)體溫度、尾氣CO 濃度和尾氣NOx濃度等傳感器信號(hào)，用于監(jiān)測車輛狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)。經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器，系統(tǒng)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。隨后系統(tǒng)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行格式標(biāo)準(zhǔn)化處理，以確保數(shù)據(jù)的一致性和可比性，進(jìn)而提高數(shù)據(jù)處理效率。

1.2 控制功能

控制功能是防爆無軌膠輪車安全系統(tǒng)的核心特性之一。系統(tǒng)通過微控制器和采集處理器等核心組件實(shí)現(xiàn)多種關(guān)鍵控制功能，確保車輛在煤礦井下安全運(yùn)行。系統(tǒng)通過對(duì)傳感器信號(hào)和數(shù)據(jù)分析的對(duì)比，識(shí)別車輛潛在的安全隱患和異常情況[4]。一旦發(fā)現(xiàn)問題，系統(tǒng)將立即采取相應(yīng)措施，如發(fā)出警報(bào)、自動(dòng)停車或切斷電源，以防止發(fā)生事故或事故進(jìn)一步惡化。控制功能的快速響應(yīng)是防爆無軌膠輪車安全系統(tǒng)的關(guān)鍵。通過高效的數(shù)據(jù)處理和準(zhǔn)確的安全分析，系統(tǒng)能夠在最短時(shí)間內(nèi)做出決策，確保車輛和工作人員的安全。

1.3 結(jié)果響應(yīng)

結(jié)果響應(yīng)是防爆無軌膠輪車安全系統(tǒng)的重要階段，能夠確保對(duì)檢測到的安全隱患和異常情況給予及時(shí)有效的響應(yīng)[5]。安全系統(tǒng)會(huì)向車輛操作員發(fā)出警報(bào)信號(hào)，提醒其需要注意的問題，并自動(dòng)觸發(fā)緊急停車裝置，立即停止車輛運(yùn)動(dòng)，避免事故進(jìn)一步發(fā)展。此外，可以切斷電源或降低車速，確保車輛停在安全區(qū)域[6]。結(jié)果響應(yīng)的及時(shí)性和準(zhǔn)確性是關(guān)鍵。智能化的安全系統(tǒng)使操作員能夠快速反應(yīng)，保護(hù)工作人員的安全和煤礦生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

2 防爆無軌膠輪車安全系統(tǒng)硬件的應(yīng)用

防爆無軌膠輪車安全系統(tǒng)的硬件是確保煤礦井下運(yùn)輸安全的關(guān)鍵要素。該系統(tǒng)的硬件由多個(gè)模塊組成，如圖1 所示。為適應(yīng)復(fù)雜的煤礦井下環(huán)境，確保數(shù)據(jù)檢測、傳輸和處理的準(zhǔn)確性，系統(tǒng)中還包括抗干擾電路。

圖1 防爆無軌膠輪車安全系統(tǒng)硬件組成

2.1 控制器型號(hào)的選擇

控制器主要包括可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）、數(shù)字信號(hào)處理（Digital Signal Processing，DSP）和ARM 嵌入式微處理器。經(jīng)過仔細(xì)考慮，最終選擇型號(hào)為S3C2440A 的ARM 嵌入式微處理器作為安全系統(tǒng)的控制器[7]。ARM 嵌入式微處理器具有高性能、低功耗和強(qiáng)大的計(jì)算能力，適用于處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)和控制任務(wù)。它在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，并且在工業(yè)控制和汽車電子等領(lǐng)域有著良好的實(shí)踐。在防爆無軌膠輪車安全系統(tǒng)中，ARM 嵌入式微處理器能夠快速、可靠地處理傳感器數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制和響應(yīng)。此外，S3C2440A 是一款流行且可靠的ARM 嵌入式微處理器，具備多個(gè)外設(shè)接口和豐富的功能。

2.2 電源模塊的應(yīng)用

電路應(yīng)用中使用調(diào)壓器LM1117 來降低輸出電壓，確保穩(wěn)定供電。選用LM1117 型號(hào)時(shí)，需根據(jù)系統(tǒng)電流大小限制，確保所選型號(hào)能滿足需求。LM1117具有熱保護(hù)功能，可避免過載和過熱問題，同時(shí)輸出電壓誤差較小，在合理控制范圍內(nèi)。為增強(qiáng)穩(wěn)定性，使用鉭電容等多種類型的電容進(jìn)行濾波。根據(jù)系統(tǒng)需求，可選用LM1117-5.0、LM1117-3.3 或LM1117-ADJ型號(hào)，實(shí)現(xiàn)12 V →5.0 V、5.0 V →3.3 V 或3.3 V →1.25 V 的電壓轉(zhuǎn)變。這樣可確保防爆無軌膠輪車安全系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下穩(wěn)定可靠供電，保障煤礦井下運(yùn)輸?shù)陌踩?/p>

2.3 報(bào)警器硬件模塊的應(yīng)用

報(bào)警器硬件模塊是無軌膠輪車安全系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，包括分蜂鳴器和發(fā)光二極管（Light-Emitting Diode，LED）燈電路。蜂鳴器電路響應(yīng)快速，可發(fā)出清晰警報(bào)；驅(qū)動(dòng)電路與控制器模塊確保系統(tǒng)正常工作。LED 燈電路可以發(fā)出視覺警告，驅(qū)動(dòng)電路確保高亮度、穩(wěn)定，同時(shí)可添加控制模塊增加靈活性。實(shí)際應(yīng)用時(shí)需考慮實(shí)時(shí)、可靠性要求，保護(hù)元件安全，預(yù)防電路故障，合理布局印制電路板（Printed Circuit Board，PCB），以減少干擾。蜂鳴器參數(shù)需精選，并利用續(xù)流二極管和濾波電容防干擾。三極管用于控制開關(guān)，而繼電器可實(shí)現(xiàn)弱電控制強(qiáng)電的功能[8]。例如，正常時(shí)LED 發(fā)光，AB 端導(dǎo)通時(shí)，蜂鳴器響。整體設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)精確控制與可靠運(yùn)作。

3 防爆無軌膠輪車安全系統(tǒng)軟件的應(yīng)用

3.1 安全系統(tǒng)主程序的應(yīng)用

防爆無軌膠輪車安全系統(tǒng)的軟件是確保系統(tǒng)高效運(yùn)行的關(guān)鍵部分。軟件開發(fā)使用ADS1.2 編譯軟件，采用模塊化應(yīng)用方法，將主程序劃分為多個(gè)模塊，以提高代碼的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。主程序包括啟動(dòng)程序、數(shù)據(jù)分析程序、響應(yīng)控制程序、DS18B20 程序、模數(shù)（Analog/Digital，A/D）轉(zhuǎn)換程序、ADCO809程序等，如圖2 所示。啟動(dòng)程序是指系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)進(jìn)行自檢和初始化操作，確保各模塊正常工作。數(shù)據(jù)分析程序負(fù)責(zé)接收傳感器數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換和處理。通過數(shù)據(jù)分析，判斷車輛狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)是否超過安全閾值。響應(yīng)控制程序根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，實(shí)施相應(yīng)的安全控制措施。如果檢測到安全隱患或異常情況，該程序會(huì)觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)，包括顯示器、聲光報(bào)警和音頻警告。DS18B20 程序、A/D 轉(zhuǎn)換程序、ADCO809程序分別對(duì)DS18B20 傳感器、A/D 轉(zhuǎn)換器和ADCO809傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取和處理，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。根據(jù)控制量控制發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行，確保車輛在安全范圍內(nèi)運(yùn)行。

圖2 防爆無軌膠輪車安全系統(tǒng)軟件程序

3.2 數(shù)據(jù)顯示程序的應(yīng)用

數(shù)據(jù)顯示程序在防爆無軌膠輪車安全系統(tǒng)中至關(guān)重要。采用LRO43JC211 顯示器，確保準(zhǔn)確有效展示數(shù)據(jù)。程序應(yīng)最大限度利用分辨率和像素，保證數(shù)據(jù)清晰展示。漢字顯示支持使操作員能夠直觀理解。程序需實(shí)時(shí)采集傳感器數(shù)據(jù)，如瓦斯?jié)舛?，確保實(shí)時(shí)性。兼容性保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理確保一致性和可靠性。程序綜合研判數(shù)據(jù)，分析安全狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)隱患。發(fā)生異常時(shí)，通過聲音和燈光警示操作員。

4 結(jié)語

應(yīng)用煤礦井下防爆膠輪車安全運(yùn)行智能化系統(tǒng)，可強(qiáng)化安全措施。利用ARM 處理器和實(shí)時(shí)傳感器分析等先進(jìn)技術(shù)，系統(tǒng)能夠及時(shí)應(yīng)對(duì)潛在危險(xiǎn)，大幅降低事故風(fēng)險(xiǎn)。該系統(tǒng)的整合標(biāo)志著煤礦安全邁出重要步伐，不僅提高了運(yùn)行效率，也有助于行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，為防爆無軌膠輪車提供了可靠的安全保障。