浅谈蓝牙装置监测采煤机供电设计构想_王磊.pdf

煤矿现代化2020 年第 3 期总第 156 期 1研究背景 煤矿采煤机械设备是综合机械、 电子、 电气、 液压 为一体的综采工作面复杂采煤系统[1]， 在采煤时， 系统 所处环境恶劣， 经常遭受煤尘、 瓦斯、 潮湿等影响[2]， 而 且还会承受来自矸石、 煤、 机械等巨大载荷冲击， 采煤 系统很容易受这些外部条件发生故障。 若采煤系统出 现供电故障， 必定影响工作面正常生产， 最终致使整 个矿井生产瘫痪。为此， 如何研发出适用煤矿井下工 作面狭窄空间、 环境恶劣的监测系统， 在多参量传感 器辅助作用下自动监测采煤机供电参数， 确保综采工 作面正常生产， 这是目前矿井工作面采煤机供电在线 监测遇见的难题[3,4]。为了解决矿井面临的困扰， 论文 提出基于自供电式蓝牙装置监控采煤机网络节点供 电， 在一定程度上提高供电安全性， 保障采煤机系统 安全、 可靠、 稳定运行， 提升矿井经济效益。 2蓝牙装置监测设计思路 随着技术不断发展，煤矿现在也在积极变革， 正 朝着煤矿智能化、 自动化、 无人化发展， 同时也对煤矿 采煤机提出了在线监控、 无线传输、 低能耗、 自供电等 新要求。 将目前较为成熟的温度、 压力、 速度、 电压、 电 流等传感器数据信息采集技术作为基础， 解决采煤机 供电及其他运行参数监测能力弱、信息传输效率低 下、 功耗严重等问题， 进一步降低监测系统所占空间， 提升监测系统综合性能， 达到信息监测的时效性和准 确性，提高采煤机供电稳定性和采煤机生产能力， 因 此， 蓝牙装置作为采煤机供电监测系统的优势就体现 了出来， 蓝牙装置所占空间小， 不需要专用的信息传 输光缆， 所耗能量小， 准确度高， 基于蓝牙装置监测采 煤机设计方案如图 1 所示。 图 1蓝牙装置在线监测采煤机 低功耗压力和温度传感器、 控制电路、 无线数据 传输等结构构成蓝牙传感系统， 各个结构模块之间的 关系以及监测原理如图 2 所示， 设计的思路是降低供 电节点损耗、 电源与负载需求相匹配、 供电系统安全 稳定运行。 电源模块为整个蓝牙监测装置提供动力[5]， 电源模块结构中有电路调控、 纳米级收发电器、 锂电 池， 电路调控负责协调控制收发电器和锂离子电池用 电供应， 为整个蓝牙装置供能； 信号采集模块指挥并 控制加速度、 压力传感器和温度传感器收集采煤机供 电信息， 该模块集成电路功能是整个蓝牙装置监测决 定性环节； 核心控制单片机是整个蓝牙装置运行的大 浅谈蓝牙装置监测采煤机供电设计构想 王磊 （山西潞安集团潞宁煤业公司 ， 山西 忻州 036000 ） 摘要 为了确保采煤机供电稳定和持续生产， 构想了在线监测采煤机供电运行参数的新思路。设计 了蓝牙装置的控制电路、无线通讯和能量采集，验证了蓝牙装置在线监测井下工作面采煤机供电性 能。通过浅谈蓝牙装置监测采煤机供电设计， 为采煤机安全开采提供了理论基础。 关键词 蓝牙装置 ； 无线通讯 ； 采煤机 ； 安全供电 中图分类号 TD265文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 03- 0180- 03 Brief Talk on Bluetooth Device Monitoring Shearer Power Supply Design Conception WANG Lei （LuningCoal IndustryCompany， Luan Group ofShanxi ， Xinzhou 036000， China ） Abstract In order to ensure the stability and continuous production of shearer power supply, a newidea of on- line monitoring shearer power supplyoperation parameters is proposed. The control circuit, wireless communication and energy acquisition ofBluetooth device are designed, and the power supply perance of underground mining face shearer is verified by online monitoring of Bluetooth device. The power supply design ofmonitoringshearer byBluetooth device is discussed, which provides a theoretical basis for safe miningofshearer. Key words Bluetooth device ; wireless communication ; shearer ; safe power supply 180 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 3 期总第 156 期 脑， 集分析、 处理和判断一体的功能； 无线发射模块是 蓝牙装置根据收集到的信息发送给上位机， 是实现与 外界交换信息的载体， 也是动态数据信息与静态数据 信息交流的一种形式。 MCU- 蓝牙装置单片机 图 2蓝牙装置监测原理 3装置监测煤机供电设计 3.1设计方案 在微弱电量供给下， 纳米发电机将收集到的能量 传输至 AD/DC 转换端，并由电源管理电路传输至下 一个环节中进行储存、 管理和分析， 经过控制电路作 用下，由无线发射结构将有用数据信息传送至上位 机。 整个蓝牙装置采集采煤机供电能量系统结构组成 和原理如图 3 所示。能量采集系统包含纳米发电机、 管理电路、 控制电路和数据采集以及信息发射端[6]， 蓝 牙装置中的管理电路由转换器、信息综合处理器、 输 入 / 输出电压管理、 功率调控以及备用锂电池和监测 装置保护模块。 DPPM- 计算端 DC/DC- 转换器 AC/DC- 转换器 图 3蓝牙装置系统能量采集原理 3.2无线通信 蓝牙装置将采煤机供电监测到的信息传输至上 位机， 其利用的通讯方式是无线 WiFi， 本质是跳频传 输数据信息， 可以理解为扩频通讯， 蓝牙装置监测信 息通讯替代了矿井传统的线缆， 降低了成本， 也为采 煤机作业空间提供便利。 采用有线传输采煤机供电监 测信息， 一旦发生故障， 信息就会被中断， 而无线蓝牙 装置可以改变此种状态， 能够实时保障将采集到的采 煤机供电信息传输给上位机， 时刻监控采煤机供电状 态。一般的无线通讯容易受电磁波干扰， 但是蓝牙装 置却克服此缺陷， 蓝牙装置具有抗干扰， 在煤矿井下 工作面采集采煤机供电参数具有明显的优势。而且， 蓝牙装置无线通讯是以工业环网为基础传输信息， 可 以有效保护信息的准确性和及时性。蓝牙装置采用 5.0 高集成电路， 具有体积较小， 传输速度快， 非常适 合井下采煤机供电信息监测。 3.3控制电路设计 井下工作面条件十分恶劣， 采煤机在工作期间周 围被各种力场和电场干扰， 环境相当复杂， 要求监测 采煤机供电的装置必须拥有抗干扰能力， 这样才能有 效保障采集电路信号不失真， 避免外界环境信号数据 对供电参数的影响。 蓝牙装置控制电路设计以单片机 为控制电路， A/D 转换单元、 储存器、 其他外围电路为 辅助， 相互协作， 共同完成对采煤机供电参数监测， 并 给上位机提供有效数据， 例如， 蓝牙装置采集供电状 态下采煤机运行压力如图 4 所示。 89C51- 控制电路中的单片机 图 4蓝牙装置采集采煤机运行压力 蓝牙装置核心控制电路选择主控芯片， 信号由传 感器收集， 通过转换器将电压、 电流等信号转换为蓝 牙装置控制端数字信号，通过无线通讯传至上位机。 数据信号输入与采集电路是相互对应的， 既可以采用 同步电路采集采煤机供电数据， 也可以采用异步电路 采集供电参数。 设计的控制电路是针对采煤机供电在 线监测的， 传感器采集的信号为电压、 电流、 温度、 加 速度、 压力等形式， 而输入给蓝牙装置控制电路需要 数字信号，转换器就在整个装置系统体现其功能， 将 参数信息转换为所需的数字信息， 蓝牙装置内部电路 体积微弱、 重量小， 设置的硬件设施简单、 稳定、 可靠， 而且调控方便， 大多数在监测采煤机供电状态下使用 的是多通道的无线通讯。 4试验研究 为了验证蓝牙装置在线监测井下工作面采煤机 供电情况， 对设计的蓝牙装置进行了试验， 现场采集 工作中采煤机供电运行参数如图 5。 为了测试无线通讯效果， 采用有线传输和无线传 输， 对比二者上传给上位机的信息， 对比发现， 在长时 181 ChaoXing （上接第 179 页） 参考文献 [1] 杜良玉.静态胀裂剂破岩机理试验研究[D].北京中国矿 业大学,2008. 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[4] 王光金.静态破碎技术在桥梁施工中的应用[J].安徽建筑, 2007, （2） 46- 47. 作者简介 曾一鸣 （1984.08-） ， 男， 山西省长治人， 工程师， 硕士， 2017 年毕业于中国矿业大学电气工程专业，现在从事煤矿 生产技术管理工作。（收稿日期 2019- 5- 29） 煤矿现代化2020 年第 3 期总第 156 期 间工作下， 有线传输受机械割伤或者崩断影响， 其是 传输的信息出现缺失， 而蓝牙装置传输的信息准确率 较高， 受环境影响较小。在试验期间蓝牙装置监测供 电节点处信息从未出现过间断，具有连续性和稳定 性，良好的确保了调度中心实时掌握采煤机供电情 况， 从而也给采煤机提供了足够动力。 图 5现场采集工作中采煤机供电运行参数 为了确保传感器采集性能， 对蓝牙装置的传感器 数据采集也进行了实验， 例如， 测试了温度传感器采 集效果。 模拟实验将供电终端节点放置在高温和低温 箱中， 设置不同的温度， 使用蓝牙装置温度传感器收 集节点温度变化，温度现场采集对比实验如图 6 所 示。通过温度实验对比发现， 蓝牙装置温度传感器监 测的温度数据误差较小， 均处于合理范围内， 可以认 为蓝牙装置信息收集具有可靠性。 图 6设置温度现场采集温度对比 为了验证蓝牙装置整体性能， 分别还对采煤机在 供电状态下的其他参数和供电参数进行了在线监测 试验， 试验表明蓝牙采集信息准确， 蓝牙装置处理信 息快速， 受外界干扰较小， 满足矿井采煤机供电信息 监测需求，为采煤机持续供电奠定了良好的基础， 提 高了矿井生产能力和经济效益。 5结论 为了确保采煤机供电稳定， 采用蓝牙装置实时监 测采煤机供电参数。 通过对蓝牙装置监测采煤机供电 设计构想， 主要得出以下结论 1 ）叙述了利用先进的无线传输的蓝牙技术， 构 想了在线监测煤矿井下采煤机供电运行参数新思路。 2 ）针对采煤机供电监测需求，分别对蓝牙装置 监测采煤机供电设计了蓝牙装置的控制电路、 无线通 讯和技术方案。 3 ） 为了验证蓝牙装置在线监测井下工作面采煤 机供电效果，分别在井下和实验室对蓝牙装置的采 集、 处理和传输性能进行了测试， 试验表明蓝牙装置 监测采煤机供电效果理想，为矿井安全开采奠定了 理论基础。 参考文献 [1]樊明, 孟庆林. 煤矿机械设备的使用维修和故障诊断[J]. 煤矿机械,2013,34 （1） 280- 282. 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