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无线通信在无极绳脱轨监测的应用

1无极绳连续牵引车系统脱轨监测的难点和方案

在无极绳连续牵引车系统运行过程中,梭车沿轨道运动,位置不断变化,在轨道的任何位置都有可能出现脱轨的情况。因而脱轨监测传感器必须安装在梭车上。脱轨监测传感器跟随梭车沿轨道运动,监测信号无法通过固定信号电缆传输至信号处理模块;另外,监测传感器安装在梭车上,无法通过电缆直接供电。基于以上两方面的原因,经过综合分析,采用无线信号传输技术解决脱轨监测传感器信号的传输问题。

2无线信号传输技术分析

2.1目前工业领域的无线网络标准。(1)Bluetooth(蓝牙):Bluetooth是一种近距离无线通讯的技术标准。蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术,支持点对点及点对多点通信。Bluetooth技术在煤矿井下瓦斯等安全监控系统中应用较广泛,但由于传输距离短,显然不适合短则几百米,长则上千米的轨道运输。(2)Wi-Fi:Wi-Fi技术成熟、传输速率高、网组能力强、覆盖范围广,但是功率高、技术复杂、实现的成本较高。Wi-Fi技术在煤矿井下人员定位系统中应用广泛。Wi-Fi工作在2.4GHz频段内,最大数据传输速率为11Mpbs,使用范围在室外为300m,在办公环境中为100m,且只允许一种标准的信号发送,显然不满足要求。(3)ZigBee:ZigBee是一种新兴的低功率、低数据速率、低成本、低复杂度的无线网络技术,是一个由多个无线数据传输模块组成的无线数据传输网络平台,十分类似于移动通信的CDMA/GSM网。每一个ZigBee网络数据传输模块类似于移动网路的一个基站,在整个网络范围内,它们之间可以进行相互通信,每个网络节点间的距离可以从标准的75m,扩展到几百米甚至几千米。主要应用领域包括无线数据采集、无线工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、家庭和楼宇自动化、医用设备控制、远程网路控制等场合。2.2ZigBee技术优势。(1)功率低:在低功率待机模式下,两节普通五号电池可使用6~24个月。(2)成本低:ZigBee数据传输速率低,协议简单,大大降低了成本。(3)网络容量大:网络最多可容纳65000个设备。(4)延时短:典型搜索设备时延为30ms,休眠激活时延为15ms,活动设备信道接入时延为15ms。(5)网络的自组织、自愈能力强,通信可靠。(6)数据安全:ZigBee提供了数据完整性检查和健全功能,采用AES-128加密算法,各个应用可灵活确定其安全属性。可见,ZigBee技术在低功率、低成本和组网能力上具有无可比拟的应用优势。通过综合分析几种工业无线通信技术,笔者认为ZigBee在低信噪比的环境下具有很强的抗干扰能力。在相同环境下,抗干扰能力远远好于Bluetooth和Wi-Fi。2.3标准选取。通过比较可以发现,ZigBee无线通信技术特别适合煤矿井下无极绳连续牵引车脱轨监测系统具有低功率、低成本、占有系统资源少、组网方便、传输距离远等优势。因此,选用ZigBee无线通信技术开发无极绳连续牵引车脱轨监测系统。

3基于ZigBee的监测系统设计

本文设计的无极绳连续牵引车脱轨监测系统如图2所示。该系统主要由检测发射模块、接收传输模块和接收报警模块组成。由安装在无极绳连续牵引车梭车上的检测发送模块检测到脱轨信号并通过ZigBee无线传输芯片发送给安置在牵引车所在巷道帮部的多个接收传输模块中的一个或多个,接收传输模块在收到脱轨报警信号后通过无线或有线通信方式把信号发送给接收报警显示模块,接收报警显示模块根据接收到的信号来进行报警显示,提示操作人员停止牵引车的运行,同时自动切断电源,停止牵引车运行并闭锁。(1)检测发射模块:模块由接近开关、无线发送装置、电池组组成(图3)。两个接近开关分别安装固定在梭车对角的两个轮子附近,感应面贴近轨道来感应轮子是否脱轨。这样不管出现什么样的脱轨总有一个接近开关能够感应到并输出信号。无线发送装置固定在梭车上,当装置接收到接近开关发送的脱轨信号并经过处理后,驱动ZigBee模块把报警信号通过无线方式发送给接收传输模块。(2)接收传输模块:模块由无线接收装置、电源模块组成(图4)。无线接收装置按照一定距离依次安装在无极绳连续牵引车轨道所在的巷道帮部,接收牵引车运行过程中可能出现的由检测发射模块发送的脱轨报警信号。装置接收到信号后通过CAN总线方式或无线方式传送给接收报警显示模块。(3)接收报警显示模块(图5):模块通过ZigBee模块或CAN总线接收由接收传输模块发送过来的数据信号,通过解析后判断脱轨情况,通过显示模块进行报警显示处理,并作出停电、闭锁反应。

4结论

将ZigBee无线通信技术应用于煤矿无极绳连续牵引车脱轨监测系统能很好地满足系统对低功耗、低成本无线通讯的需求。基于ZigBee无线通信技术组网方便、抗干扰能力强的优点,特别适合于煤矿井下轨道运输系统的监测监控。此种监测系统也可用于其他场合轨道运输的监测监控。

作者:马泉磊 陶海龙 张立 单位:临沂矿业集团菏泽煤电公司彭庄煤矿

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