電機車安全監控管理系統設計

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摘要：在井下主要以電動機車為主要煤炭運輸工具，因各種原因超速運行、違章運行而造成的事故時有發生，如何防范機車的超速運行，保證機車運行安全成為煤炭安全生產亟待解決的一項重要課題。為提高電機車運行安全管理水平，杜絕違章作業，同時對電機車運行質量進行不間斷監控，使煤礦機車的運行管理科學化，設計了一種電機車安全監控管理系統。該系統設計方案為礦用一般型，體積小，安裝方便，結構簡單，性能可靠，智能化程度高，是電機車管理的理想產品。礦井下環境比較惡劣，溫度、濕度等條件都比較差，本系統通過無線抄錄器從機車上獲取數據從而避免了使用有線受環境的影響，使生產安全得到了有效保障，確保了安全質量。

關鍵詞：電機車；安全監控；串行口通信；安全質量管理

1設計背景

在煤礦的現代化生產中，軌道礦車是煤礦生產運輸的主要工具。同時礦車也是井下人員的交通工具。礦車在煤礦生產中有著舉足輕重的作用，占據著特殊的地位。煤礦的開采生產追求效率和效益，這就要求加快礦車的運輸速度。但井下地理環境復雜，軌道質量不高，礦車速度過快容易引起安全事故。如何兼顧安全生產和生產效率，給我們提出了一個課題。為保證礦山電機車的安全行駛，目前有用于監測和顯示礦山架線電機車的智能超速報警記錄儀，可顯示行車瞬時速度，累計單班里程和總里程，具有超速聲光報警，速度記憶等功能。該裝置已經成功用于實際生產中有效地控制、檢測了機車的運行速度和司機違章超速行駛。提高了礦用電機車運行管理的自動化，提高了礦井運輸的安全生產水平。本方案是設計一種實時顯示礦車運行速度并實時反饋給管理人員，對礦車安全運行管理具有重要的現實意義。不僅可以使機車運行司機對機車速度有定量了解，及時調整速度，而且可以使管理人員實時了解井下礦車的運行情況，為安全生產管理做出正確的決策。

2系統設計總體方案

本方案系統總體分三部分：速度監控裝置、無線數據讀寫裝置、管理機裝置。該套機車速度監控裝置的設計共分三部分，其中與無線數據讀寫裝置之間采用無線通信方式進行數據的傳輸，無線數據讀寫裝置與管理機之間通過USB串行口方式進行數據的傳輸。車載速度監控裝置主要實現機車運行速度的檢測功能，并可以通過車載顯示器以比較直觀的方式實時顯示，同時該裝置可以對檢測到的數據與設置的速度上限進行比較，若發生超限速度即超速行駛將通過聲光方式進行報警，提醒機車駕駛員。而且機車的運行數據與日期等信息可以存儲在該裝置的自帶存儲器中，用于下一步的傳輸與進一步的處理。此外，該裝置還能實現機車的啟動控制，實現對機車駕駛的規范化，最大程度上滿足安全要求。無線數據讀寫裝置主要實現數據的采集功能，因為井下環境復雜，且潮濕、粉塵較多，若使用傳統線纜進行數據的傳輸降大大降低設備運行穩定性與數據傳輸的不間斷性，而采用無線方式進行數據的傳輸將克服這些局限。此外，井下工作區域與主控機房距離一般較遠，若二者直接進行無線通信一是對無線傳輸的功率要求較高，成本較大，二是對數據的抗干擾性有較高的要求，實現難度較大，所以，有必要在車載速度檢測裝置與管理機之間使用無線數據讀寫裝置這樣一種中介，從而既滿足了無線傳輸的可靠性，又滿足了數據處理的及時性。管理機位于控制機房，主要用于將采集的數據進行分析處理并存入機車運行監控數據庫，從而對機車運行進行科學化管理，實現自動化管理，在保證生產安全的前提下實現生產效率的最大提高。

3速度監控裝置設計方案

該監控儀的硬件結由主控CPU、傳感器、穩壓電路、液晶顯示器、“看門狗”、語音報警、鍵盤、存儲器、時鐘芯片、繼電器電路等幾部分模塊組成。硬件部分的任務是監測機車運行的速度，實時出傳遞給無線讀寫裝置，再傳遞給管理機顯示。對機車運行速度的監測，要同時兼顧數據采集的實時性和儀器環境適應性。CPU模塊采用ATMEL公司的AT89C52單片機。在眾多的單片機系列中，AT89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K可編程Flash存儲器。使用非易失性存儲器技術制造，完全兼容80C51產品指令和引腳。其中Flash存儲器可編程。單芯片上載有8位CPU和可編程Flash，可靈活、高效組建嵌入式控制應用系統解決方案。速度傳感器模塊采用霍爾傳感器。霍爾傳感器基于霍爾效應設計的一種元件，可基于磁場、電壓、電流三種物理常量實現精確的非接觸測量，廣泛地應用于工業自動化技術、檢測技術及信息處理等方面．霍爾傳感器體積較小，安裝位置靈活，可廣泛用于各種測量環境。這部分電路由高靈敏度霍爾開關元件、永久磁鐵（磁鋼）、電平轉換電路、光電隔離電路組成，其功能主要是將車輪轉動的情況轉換為電脈沖信號，并進行整形送單片機電路。高磁性永久磁鐵固定在礦機車的車軸上，霍爾開關元件固定在車身上。當礦機車開動時車軸轉動，每當霍爾開關元件與永久磁鐵由遠離到靠近，電路產生一個電平脈沖變化；經過整形、光電隔離，送到單片機AT89C52的T0。

4無線數據讀寫裝置設計方案

數據存儲器采用X24256，X24256芯片基于EEP－ROM集成電路，采用IIC接口技術，可對其內部存儲器進行方便的數據讀取寫入。該芯片的實際基于CMOS工藝，功耗低，適應寬幅電壓。此外可實現四片級連，且不消耗CPU資源。該存儲器為32kBEEPROM，存儲容量大；該存儲器存儲數據后，可保存數據至少100年，同時有一個寫保護引腳WP大大提高了存儲數據的安全性。液晶顯示模塊采用了OCMJ4×8C模塊，采用串行傳輸模式，大大節省了硬件資源，省下大量的I／O口。為128×64位，可以顯示4行8列漢字，顯示信息量大。方便了人機交互，比傳統的LED顯示器更加人性化。無線數據傳輸模塊采用NRF905，省去了插拔IC卡的麻煩，也提高了設備穩定可靠性，同時還支持遠程數據的傳輸，在空曠地帶NRF905的信號傳輸范圍能高達800～1000m，井下傳輸距離大約100米左右。

5管理機系統設計方案

為了滿足設計技術要求，管理機實現的功能是將手持抄錄器、界面、數據庫聯系起來。系統向手持抄錄器發送控制命令并從手持抄錄器取得數據顯示到界面上。數據可以保存到數據庫里，在需要時重新讀入系統，顯示到界面上。數據庫采用Access數據庫，易于上手，與日常辦公用軟件結合緊密，可以實現無縫過渡。管理系統采用分權限設計，即對不同的操作者分配不同的權限，從而在保障數據安全、管理有序的前提下實現資源的充分利用。系統運行后第一個需要的是登錄功能。設置不同的權限角色。管理員具備最高權限，包括可以對數據進行刪除，可以查詢、刪除日志。普通用戶可以進行其他操作，包括查看超速記錄，并可以進行打印。登錄管理保證了只有有密碼的管理人員才可以進入，當管理人員輸入正確的密碼后可以登錄系統，其權限可查看數據記錄、系統設置管理，可對記錄數據進行刪除，具有日志查詢權限，可篩選查看速度記錄，數據可導出并打印。查看是對于任何人都可以進入，不需要密碼。當登錄后可以查看數據記錄，可以進行打印，不可以進行系統設置更改，不可以進行數據刪除。

6結論

本設計方案能夠滿足電動機車安全監控的要求，可以通過無線通信進行數據的采集，并將數據存儲，通過串行口將數據傳入上位機。而且人性化的界面也易于工作人員的設置操作。

參考文獻

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作者:任建 馮忠彬 趙偉 單位:山東省黃河計量研究院