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[摘 要]本文介绍了矿井稳车钢丝绳拉力监控系统，规划了系统的整体结构方案和拓扑方式，配置了硬件电路的功能模块和信号流程，制定了软件编程的框图，并按照这个方案设计制作出了完整的系统样机，经过实际应用，证明系统运行稳定可靠，满足生产现场特殊需求，达到了预定的目的。
[关键词]矿井稳车 钢丝绳拉力 入井深度 监控 总线
中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）07-0035-01
引言
在建矿过程中，经常通过稳车和钢丝绳对吊盘、整体模块、中心回转抓岩机、排水管、风筒、安全梯等设备进行拉拽，但由于井下工况复杂以及个别工作人员的非正常操作，稳车运行过程中经常出现钢丝拉力超限的情况，致使钢丝绳断裂，造成重大恶性事故。
本文通过长期调研与实验，专门设计一套监控系统，在稳车运行过程中，对钢丝绳的拉力实时监控；轻微超限，进行声光报警；严重超限，立刻切断主电路，停止稳车运行；并将所有数据，如日期、时间、拉力、钢丝绳深度等进行存储，以备查校。
1 监控系统整体设计
该监控系统由上位机（主机）和下位机（监控节点）两个部分组成，系统采用总线式结构，一个系统中设置一个主机，并根据实际需要设计监控节点。原则上每根钢丝绳都配备一个监控节点，每个节点具有不同的地址号（站号），所有节点均与系统总线连接，系统总线由2根电源线和2根信号线组成，所有信号都在这2根信号线上流动。开机运行时，各个分站节点向主机回传测量的数据，而各个分站节点时刻测量并存储钢丝绳拉力和入井深度，并向总线回传测量数据，完成监控功能。总系统框图如图1所示。
2 硬件电路设计
2.1 上位机电路设计
上位机主要功能为数据处理、数据存储、显示报警、控制主回路等。主要组成如图2所示。
计算机微处理器采用PIC16F877A微控制芯片，配上晶体振荡器和RC复位电路即构成整个电路的控制核心，外接一个DMT80480C070型7寸彩色触摸液晶屏，在屏上分置多个页面。微控制芯片通过通信接口，连接2根双绞通信线，通信线引出到天轮附近，串行连接各个下位机分站，以分时巡检的方式向各个分站发布回传数据的命令，同时异步接收各个分站传来的数据，该数据经过计算处理，在液晶屏上显示出来。实时时钟芯片DS1302，外接32768HZ晶体振荡器和3V备用电池，通过SPI总线连接于微控制芯片，其日期、时间与测量数据，存储于优盘。下位机传来的数据如有超限，便会打开声光报警器，继而切断主供电回路。
2.2 下位机电路设计
下位机由多个分站（节点）组成，组成如图3所示：
计算机微控制芯片PIC16F873A作为整个电路的控制核心，具有28个引脚。它外接2路测量信号，即压力信号和深度信号。在天轮的轴承座下面安装称重传感器，传出的重量信号通过测量放大器AD620放大、再经过ADS1110十六位AD转换器，变成数字信号，通过I2C总线传入微处理器PIC16F873A中，经过内部运算，存储在芯片内部RAM区。微处理器PIC16F873A通过SSI总线外接一个AVM58型多圈绝对值旋转编码器，该旋转编码器的轴与天轮的轴连在一起，作同步旋转，轴编码器就旋转一圈，钢丝就下降一个天轮的周长距离，并存储在内部RAM区。微处理器通过一个通信接口连接到外部的通信总线上，接收上位机的命令，发送已存储的测量数据。
3 系统软件设计
3.1 上位机软件设计
上位机软件由两个分立的循环体组成，其中一个是监控循环体，包括向下位机发送测量命令、接收测量数据、数据变换处理、读取实时时钟、存储U盘、显示及报警等功能模块。另外一个是设置循环体，包括设置报警上限、设置切断主回路上限、设置钢丝线比重、设置天轮周长、设置采样速率、设置时钟等功能模块。
开机进入初始化模块，进行初始化设置。初始化之后判断是进入监控区域还是进入设置区域。一般第一次开机都要进行系统设置：点触设置键进入设置页面，在液晶屏上显示出各个预设值量原来存储的数据，点触各显示数据区域，输入新的设定值，然后点触确认键，完成相应的指标设置，所有设置参数存储在微处理器的内部EEPROM内。当所有指标设定完成之后，点触退出键，回到监控页面。
在监控循环体中，按照下位机各分站的站号，依次向总线发送“测量传数”的命令。各分站节点同时接收命令数据，不是该分站的地址站号，就不予理睬，是该站号的地址命令，就立刻将测量的数据回传。
上位机设定一个回传期限，超过这个时间，主机就认为该节点出现故障，标记出“无应答”错误。如果有数据回传，进行校验并将该数据进行量值变换，转换成实际的拉力和深度，在液晶屏上显示，通过对上限比较，进行声光报警或切断主回路。在实时时钟芯片DS1302中读取时间数据，并一同存储在U盘中。如此不断循环，连续工作。
3.2 下位机软件设计
每个下位机硬件、软件都是一样的，只是地址开关在使用中要拨出不同的编码来。下位机软件主要包括测量拉力、测量深度、数据传送等功能模块。
开机进入初始化模块，进行初始化设置。对所有用到的变量、微处理器的端口和内部各个功能模块进行初始化设置。进入主程序循环体内后，不断地测量钢丝绳拉力及入井深度，一旦得到上位机的命令，立刻检测命令的合法性和地址码，如果不合法或不是针对本站的地址就不予理睬，如果合法并且是针对本站的命令，就立即将上一次测量的数据发送回去，尽量减少时间耽误，提高整个系统的反应速度。
在测量拉力的模块中，对数据进行运算，得到实际的拉力值，存入RAM。在测量深度模块中，读取旋转编码器AVM58的数据，只取其中一部分数据位就够了，按照天轮一圈的周长，计算出实际入井深度。
4 结束语
本监控系统在思山岭项目部竖井（最深可达1600米），吊盘超大超重，进行试验。通结果显示实时显示静载荷，匀速运行载荷，上提下放过程中突然停车时的载荷，遇有超限拉力，及时报警，及时切断稳车供电回路，自动停止系统的冒险运行。所有数据按时间顺序存入U盘，为今后的建井设计提供有益的参考。
参考文献
[1] 迪文DGUS屏开发指南Ver3.2，2013
[2] 无纸记录仪解决方案-U 盘数据转存
[3] DS1302 涓流充电时钟保持芯片的原理与应用
[4] AVM58绝对值编码器接线说明书，德国P+F集团，2002
作者简介
邹峰（1971-），江苏徐州人，助理工程师，1993年毕业于淮阴工业专科学校，主要从事矿山电控设备的开发与研究工作。
[关键词]矿井稳车 钢丝绳拉力 入井深度 监控 总线
中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）07-0035-01
引言
在建矿过程中，经常通过稳车和钢丝绳对吊盘、整体模块、中心回转抓岩机、排水管、风筒、安全梯等设备进行拉拽，但由于井下工况复杂以及个别工作人员的非正常操作，稳车运行过程中经常出现钢丝拉力超限的情况，致使钢丝绳断裂，造成重大恶性事故。
本文通过长期调研与实验，专门设计一套监控系统，在稳车运行过程中，对钢丝绳的拉力实时监控；轻微超限，进行声光报警；严重超限，立刻切断主电路，停止稳车运行；并将所有数据，如日期、时间、拉力、钢丝绳深度等进行存储，以备查校。
1 监控系统整体设计
该监控系统由上位机（主机）和下位机（监控节点）两个部分组成，系统采用总线式结构，一个系统中设置一个主机，并根据实际需要设计监控节点。原则上每根钢丝绳都配备一个监控节点，每个节点具有不同的地址号（站号），所有节点均与系统总线连接，系统总线由2根电源线和2根信号线组成，所有信号都在这2根信号线上流动。开机运行时，各个分站节点向主机回传测量的数据，而各个分站节点时刻测量并存储钢丝绳拉力和入井深度，并向总线回传测量数据，完成监控功能。总系统框图如图1所示。
2 硬件电路设计
2.1 上位机电路设计
上位机主要功能为数据处理、数据存储、显示报警、控制主回路等。主要组成如图2所示。
计算机微处理器采用PIC16F877A微控制芯片，配上晶体振荡器和RC复位电路即构成整个电路的控制核心，外接一个DMT80480C070型7寸彩色触摸液晶屏，在屏上分置多个页面。微控制芯片通过通信接口，连接2根双绞通信线，通信线引出到天轮附近，串行连接各个下位机分站，以分时巡检的方式向各个分站发布回传数据的命令，同时异步接收各个分站传来的数据，该数据经过计算处理，在液晶屏上显示出来。实时时钟芯片DS1302，外接32768HZ晶体振荡器和3V备用电池，通过SPI总线连接于微控制芯片，其日期、时间与测量数据，存储于优盘。下位机传来的数据如有超限，便会打开声光报警器，继而切断主供电回路。
2.2 下位机电路设计
下位机由多个分站（节点）组成，组成如图3所示：
计算机微控制芯片PIC16F873A作为整个电路的控制核心，具有28个引脚。它外接2路测量信号，即压力信号和深度信号。在天轮的轴承座下面安装称重传感器，传出的重量信号通过测量放大器AD620放大、再经过ADS1110十六位AD转换器，变成数字信号，通过I2C总线传入微处理器PIC16F873A中，经过内部运算，存储在芯片内部RAM区。微处理器PIC16F873A通过SSI总线外接一个AVM58型多圈绝对值旋转编码器，该旋转编码器的轴与天轮的轴连在一起，作同步旋转，轴编码器就旋转一圈，钢丝就下降一个天轮的周长距离，并存储在内部RAM区。微处理器通过一个通信接口连接到外部的通信总线上，接收上位机的命令，发送已存储的测量数据。
3 系统软件设计
3.1 上位机软件设计
上位机软件由两个分立的循环体组成，其中一个是监控循环体，包括向下位机发送测量命令、接收测量数据、数据变换处理、读取实时时钟、存储U盘、显示及报警等功能模块。另外一个是设置循环体，包括设置报警上限、设置切断主回路上限、设置钢丝线比重、设置天轮周长、设置采样速率、设置时钟等功能模块。
开机进入初始化模块，进行初始化设置。初始化之后判断是进入监控区域还是进入设置区域。一般第一次开机都要进行系统设置：点触设置键进入设置页面，在液晶屏上显示出各个预设值量原来存储的数据，点触各显示数据区域，输入新的设定值，然后点触确认键，完成相应的指标设置，所有设置参数存储在微处理器的内部EEPROM内。当所有指标设定完成之后，点触退出键，回到监控页面。
在监控循环体中，按照下位机各分站的站号，依次向总线发送“测量传数”的命令。各分站节点同时接收命令数据，不是该分站的地址站号，就不予理睬，是该站号的地址命令，就立刻将测量的数据回传。
上位机设定一个回传期限，超过这个时间，主机就认为该节点出现故障，标记出“无应答”错误。如果有数据回传，进行校验并将该数据进行量值变换，转换成实际的拉力和深度，在液晶屏上显示，通过对上限比较，进行声光报警或切断主回路。在实时时钟芯片DS1302中读取时间数据，并一同存储在U盘中。如此不断循环，连续工作。
3.2 下位机软件设计
每个下位机硬件、软件都是一样的，只是地址开关在使用中要拨出不同的编码来。下位机软件主要包括测量拉力、测量深度、数据传送等功能模块。
开机进入初始化模块，进行初始化设置。对所有用到的变量、微处理器的端口和内部各个功能模块进行初始化设置。进入主程序循环体内后，不断地测量钢丝绳拉力及入井深度，一旦得到上位机的命令，立刻检测命令的合法性和地址码，如果不合法或不是针对本站的地址就不予理睬，如果合法并且是针对本站的命令，就立即将上一次测量的数据发送回去，尽量减少时间耽误，提高整个系统的反应速度。
在测量拉力的模块中，对数据进行运算，得到实际的拉力值，存入RAM。在测量深度模块中，读取旋转编码器AVM58的数据，只取其中一部分数据位就够了，按照天轮一圈的周长，计算出实际入井深度。
4 结束语
本监控系统在思山岭项目部竖井（最深可达1600米），吊盘超大超重，进行试验。通结果显示实时显示静载荷，匀速运行载荷，上提下放过程中突然停车时的载荷，遇有超限拉力，及时报警，及时切断稳车供电回路，自动停止系统的冒险运行。所有数据按时间顺序存入U盘，为今后的建井设计提供有益的参考。
参考文献
[1] 迪文DGUS屏开发指南Ver3.2，2013
[2] 无纸记录仪解决方案-U 盘数据转存
[3] DS1302 涓流充电时钟保持芯片的原理与应用
[4] AVM58绝对值编码器接线说明书，德国P+F集团，2002
作者简介
邹峰（1971-），江苏徐州人，助理工程师，1993年毕业于淮阴工业专科学校，主要从事矿山电控设备的开发与研究工作。