防爆无轨胶轮车安全保护系统的研究

刘光军

国能神东布尔台煤矿

单位省市：内蒙古鄂尔多斯市

单位邮编：017215

摘要：防爆无轨胶轮车作为在煤矿井下高危环境中使用的特殊类机动车辆，已成为现代煤矿运输中重要的辅助运输设备，得到广泛应用。但由于煤矿工作环境中存在一定的爆炸性气体，防爆无轨胶轮车的安全保护系统的安装十分必要。安全保护系统能够确保防爆无轨胶轮车在爆炸性气体环境中安全工作，车辆保护系统的应用消除了潜在的安全隐患，并提供了安全的工作环境，煤炭辅助运输效率也得到提高。

关键词：防爆无轨胶轮车；安全保护系统；系统设计

1防爆无轨胶轮车安全系统总体设计

为保障防爆无轨胶轮车安全，需对其运行状态数据信息进行实时检测。要检测的数据类型较多，不同数据类型格式存在差异。因此，需将不同格式的数据信息进行转换，实施标准化处理，再输入到控制系统中进行对比分析，进而实现防爆无轨胶轮车的安全控制。如图1所示为防爆无轨胶轮车安全系统总体框架图。

图1防爆无轨胶轮车安全系统总体框架图

①数据采集及转换。数据采集是系统判断防爆无轨胶轮车运行状态的根本和前提。数据采集模块的作用就是对防爆无轨胶轮车的运行状态、井内瓦斯浓度等信息进行采集，需要采集数据信息具体见图1。可以看出，需采集的数据信息种类非常多，对每种数据信号都需要采用对应的专业传感器进行检测收集。因此，最终得到的数据信息格式也存在差异。传感器可以分成为模拟信号、数字信号传感器两类。由于控制器只能识别数字量信号。所以，模拟信号传感器采集得到的数据信息需要通过A/D转换器将其转换成数字信号才能够输入到控制器中进行分析和处理。数字信号传感器采集得到的就是数字信号，能够直接输入到控制器中进行处理，不需要对其进行格式转换。

②控制功能。控制器的功能就是对各个专业传感器采集得到的信号数据进行分析处理。对每个需要检测的数据信号，可根据煤矿井下具体情况，提前在控制器内设置一个安全阈值。控制器将传感器检测收集的信号数据与系统设置的安全阈值进行比较分析。检测信号如果在安全阈值范围内认为是安全的，如果检测信号超过了安全阈值就认为存在危险。控制器根据处理分析结果输出对应的控制量，以达到控制的目的。控制器通过防爆无轨胶轮车蓄电池直接进行供电。

2防爆无轨胶轮车安全系统的硬件设计

①硬件架构。硬件系统由传感器、S3C2440A模块和响应模块构成，传感器将采集到的瓦斯浓度、柴油机身温度、机油压力、一氧化碳浓度、氮氧化物浓度、净化水液位、转速信号经过模数转换后发送给处理器，将胶轮车运行信息显示在人机界面，处理器将采集到的信号进行分析，控制柴油机的启动与转速，并发出声光报警信号。为了对胶轮车运行状态进行分析还需要配置存储器模块，可以为后续的车辆故障处理和维护提供便利，通信模块是将处理器与上位机进行数据交互，具体框架结构见图2所示。

图2安全保护系统硬件框架图

②处理器。安全保护系统采用S3C2400A芯片，是具有指令集的32位处理器，指令高速缓存和数据缓存都分别为16kB，内核采用1.25V供电，外部I/O接口为3.3V，该芯片具有很好的抗电磁干扰能力，可以在严酷的环境下稳定运行，满足胶轮车安全保护系统的设计需要。处理器还具有模数转换功能，可以减少外围电路设计的工作量，芯片购置成本低，配套硬件驱动丰富，可以缩短开发周期。

③最小系统电路。安全保护系统运行需要时钟信号，根据S3C2440A芯片数据资料中要求的工作频率和锁相环PLL电路，需要为系统配置12MHz无源晶振，通过芯片内倍频和整形处理后，可形成533MHz工作频率，可以保证CPU的正常运行，还可以为USB接口提供48MHz的频率。芯片PLL电路可以对频率进行放大，并具备信号提纯处理功能，可以在外部较低的时钟信号条件得到更高的工作频率，这对减小高频噪声干扰十分有利。

3防爆无轨胶轮车安全系统的软件设计

①安全系统主程序的设计。安全系统软件开发在ADS1.2编译软件中进行。软件采用模块化设计，系统程序主要包含三大部分，分别为启动程序、数据分析程序、响应控制程序。为了达到模块化的效果，对每个程序单独进行编译，方便日后的维护。安全系统正式运行时首先执行启动程序，主要对整个系统进行自检，自检过程中如果发现安全系统存在问题则系统无法正常启动。启动程序中还要实现各个模块的初始化。启动程序执行完成后开始执行数据分析程序。数据分析程序又主要由三大部分构成，分别为DS18B20程序、A/D程序和ADCO809程序。其中，DS18B20程序的作用是接受来自传感器的信号数据，A/D程序则是对数据信号进行转换。数据分析程序的作用是将传感器检测得到的实际数据信息与系统中设置的安全阈值进行比较分析。如果实际运行状态数据超过了安全阈值，安全系统会输出控制量，调用报警系统子程序。一方面对防爆无轨胶轮车进行控制，避免车辆发生危险；另一方面通过报警系统发出报警声响和灯光信号。而如果检测信号在正常范围内时，则将结果显示在显示器中，响应控制软件程序由三部分构成，分别为液晶显示、声光报警和控制程序。通过液晶显示程序可以将防爆无轨胶轮车运行状态数据信息显示在液晶显示器中，通过声光报警程序可以驱动声光报警系统发生警告声音和灯光，通过控制程序可以对防爆无轨胶轮车的发动机进行控制。如图3所示为防爆无轨胶轮车安全系统软件程序流程图。

图3防爆无轨胶轮车安全系统软件程序流程图

②数据显示程序的设计。本安全系统中，选用的是LRO43JC211型显示器显示防爆无轨胶轮车运行状态数据信息。显示器中的图像由多个像素构成，每个像素可通过多个二进制数来进行表达。本系统选用的显示器每个像素通过16个二进制数进行表达。显示器的分辨率为480×272，即总共有272行像素，每行像素包含480个像素点，利用像素点可以组成不同的汉字进行显示。

结语：

综上所述，防爆无轨胶轮车因其自身优势，在矿井开采中应用范围不断扩大。但必须要注意的是，在实际应用中还存在一些安全影响因素。因此，加强防爆无轨胶轮车的安全系统保护研究，确保其能够安全、稳定地用于矿井开采。

参考文献：

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[2]张伟.矿用无轨胶轮车安全性能检测新技术应用与研究[J].中国新技术新产品,2015,04:189.

[3]谢帅,张海斌.浅谈井下无轨胶轮车的管理与维护[J].科技风,2015,22:49.