礦用液壓支架數(shù)據(jù)采集與預(yù)警系統(tǒng)的研究.pdf

1、我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費(fèi)國，煤炭作為主要能源的格局在今后50年內(nèi)不會(huì)改變。但長期以來，煤礦安全狀況一直是制約煤炭工業(yè)發(fā)展的重要因素，礦用設(shè)備特別是礦用液壓支架的安全監(jiān)測發(fā)展十分緩慢，已經(jīng)無法適應(yīng)越來越復(fù)雜的開采環(huán)境。本課題的任務(wù)就是研究一種適合井下作業(yè)環(huán)境的低成本低功耗的礦用液壓支架數(shù)據(jù)采集與預(yù)警系統(tǒng)。 本文研究的主要內(nèi)容包括井下數(shù)據(jù)采集器的軟硬件設(shè)計(jì)和井下數(shù)據(jù)傳輸器的監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)，以及利用混沌時(shí)間序列預(yù)測理論實(shí)現(xiàn)對(duì)采

2、集數(shù)據(jù)進(jìn)行短期預(yù)測，從而為礦用液壓支架數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的短期預(yù)警提供一種可行的實(shí)現(xiàn)途徑。 首先，井下數(shù)據(jù)采集器的軟硬件設(shè)計(jì)，這一部分是礦用液壓支架數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心，每個(gè)數(shù)據(jù)采集器采集兩個(gè)液壓支架的壓力和傾角數(shù)據(jù)。井下數(shù)據(jù)采集器主要包括供電模塊、壓力A/D轉(zhuǎn)換模塊、傾角RS-485通信模塊、液晶顯示模塊、FLASH存儲(chǔ)模塊、報(bào)警模塊和CAN總線通信模塊。井下數(shù)據(jù)采集器是系統(tǒng)的最底端部分，其設(shè)計(jì)是否合理，將直接影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量。

3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過對(duì)硬件及軟件的合理設(shè)計(jì)，提高了整個(gè)系統(tǒng)的兼容性，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。 然后，進(jìn)行井下數(shù)據(jù)傳輸器監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)，包括界面顯示功能和串口通信功能，良好的用戶界面設(shè)計(jì)是軟件系統(tǒng)充分發(fā)揮其功能的重要保障。監(jiān)控軟件的用戶界面包括主界面、機(jī)號(hào)支架號(hào)設(shè)置界面以及報(bào)警臨界值設(shè)置界面等。串口通信功能的實(shí)現(xiàn)是利用MSComm控件來完成的，通過設(shè)置控件的幾個(gè)屬性，然后添加控件的事件響應(yīng)代碼，從而使串口按照

4、系統(tǒng)的要求進(jìn)行工作。 最后，利用混沌時(shí)間序列預(yù)測理論實(shí)現(xiàn)對(duì)礦用液壓支架壓力值數(shù)據(jù)的短期預(yù)警。研究中以采集的原始數(shù)據(jù)為實(shí)驗(yàn)樣本，首先確定嵌入延遲τ和嵌入維數(shù)m，并對(duì)其進(jìn)行相空間重構(gòu)，然后利用局域預(yù)測法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單步預(yù)測。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明這種方法能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)采集數(shù)據(jù)的短期預(yù)警。 本研究的創(chuàng)新點(diǎn)主要包括：第一，將超低功耗單片機(jī)MSP430和CAN總線技術(shù)應(yīng)用于礦用液壓支架的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，不但降低了系統(tǒng)功耗，提高了系統(tǒng)通信的可靠性

5、、實(shí)時(shí)性和靈活性，而且非常有效地建構(gòu)起了分布式控制/實(shí)時(shí)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，從而更好地滿足了井下系統(tǒng)的運(yùn)行要求；第二，將混沌時(shí)間序列預(yù)測理論成功應(yīng)用于采集數(shù)據(jù)的短期預(yù)警，為礦用液壓支架數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的預(yù)警研究提出了一種可行方案。 本文設(shè)計(jì)的礦用液壓支架數(shù)據(jù)采集與預(yù)警系統(tǒng)具有低成本、低功耗和高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，不但解決了現(xiàn)有監(jiān)測系統(tǒng)生產(chǎn)成本高、觀測不方便、數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)性差、通信系統(tǒng)可靠性低等諸多缺點(diǎn)，還能夠進(jìn)一步提高礦用液壓支架運(yùn)行的安全性，有利