采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究

田 坤，呂兆海，陳德勇，張建超

(1.陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽(yáng) 712000； 2.國(guó)家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司，寧夏 銀川 750001)

煤炭資源對(duì)人們的日常生活和社會(huì)工業(yè)生產(chǎn)有非常大的作用，煤炭資源的穩(wěn)定供應(yīng)直接關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定[1]。采煤機(jī)是煤礦開(kāi)采中關(guān)鍵的設(shè)備，其運(yùn)行狀態(tài)會(huì)對(duì)采煤效率產(chǎn)生決定性的影響[2]。隨著電子及通信技術(shù)的發(fā)展，煤炭領(lǐng)域的自動(dòng)化水平越來(lái)越高，對(duì)于采煤機(jī)同樣如此。但是煤礦開(kāi)采環(huán)境過(guò)于復(fù)雜和惡劣，導(dǎo)致煤礦開(kāi)采設(shè)備不可避免地出現(xiàn)各種故障問(wèn)題，對(duì)煤礦開(kāi)采設(shè)備的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)造成不良影響，從而降低煤礦開(kāi)采效率[3]，給煤礦企業(yè)造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。采煤機(jī)作為開(kāi)采環(huán)節(jié)最重要的設(shè)備，有必要對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行時(shí)存在的故障問(wèn)題和安全隱患，進(jìn)而及時(shí)采取措施解決問(wèn)題[4]。針對(duì)采煤機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)需求，已有技術(shù)人員和學(xué)者[5]開(kāi)展了相關(guān)的研究，但是建立的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通常為有線通信方式，此類系統(tǒng)難以適應(yīng)復(fù)雜的礦井環(huán)境、穩(wěn)定性不強(qiáng)。針對(duì)該問(wèn)題，本研究中基于無(wú)線數(shù)據(jù)通信方式構(gòu)建采煤機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并將其應(yīng)用到工程實(shí)踐中，效果良好，對(duì)于提升采煤機(jī)的自動(dòng)化水平具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

1.1 無(wú)線通信方式確定

隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展，當(dāng)前無(wú)線通信方式已經(jīng)非常穩(wěn)定，與有線傳輸相比較表現(xiàn)出了很大的優(yōu)勢(shì)。①礦井的工況環(huán)境比較復(fù)雜，給布線造成了很大難度，而無(wú)線通信方式可以規(guī)避布線的問(wèn)題；②有線通信方式信號(hào)在傳輸時(shí)不可避免地會(huì)產(chǎn)生衰減的現(xiàn)象，且容易受到外部環(huán)境影響，如大功率機(jī)電設(shè)備啟停時(shí)電流突變會(huì)在附近產(chǎn)生磁場(chǎng)，進(jìn)而影響信號(hào)的傳輸，而無(wú)線信號(hào)傳輸不存在此問(wèn)題。就當(dāng)前技術(shù)水平而言，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)線信號(hào)傳輸?shù)募夹g(shù)形式有多種，常見(jiàn)的包括藍(lán)牙、紅外、WiFi和ZigBee[6]。常用無(wú)線通信技術(shù)的比較見(jiàn)表1。從表1中可以看出，不同的無(wú)線通信技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)。但是考慮到礦井復(fù)雜的工作環(huán)境以及不同技術(shù)運(yùn)行的穩(wěn)定性，最終選用ZigBee無(wú)線通信技術(shù)。

表1 常用無(wú)線通信技術(shù)的比較分析Tab.1 Comparison and analysis of commonly used wirelesscommunication technologies

1.2 整體方案設(shè)計(jì)

采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要作用是對(duì)井下運(yùn)行中的設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[7]。結(jié)合煤礦實(shí)際情況對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了規(guī)劃設(shè)計(jì)，在充分分析有線通信和無(wú)線通信優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了整體設(shè)計(jì)。采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體方案如圖1所示。

圖1 采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體方案Fig.1 Overall scheme of monitoring system for operation state of shearer

由圖1可知，整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)劃分為井上部分和井下部分。其中，井上的是監(jiān)測(cè)中心，作用是對(duì)井下采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)展示，以便工作人員能夠掌握采煤機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。另外，還需要基于狀態(tài)數(shù)據(jù)信息采集結(jié)果分析采煤機(jī)的運(yùn)行情況，判斷設(shè)備是否存在故障或安全隱患。井下部分主要包括安裝在采煤機(jī)設(shè)備中的各類傳感器以及機(jī)載計(jì)算機(jī)，設(shè)備中還配置有1個(gè)ZigBee節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)與計(jì)算機(jī)之間通過(guò)串口進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。工作面附近設(shè)置有多個(gè)ZigBee節(jié)點(diǎn)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)無(wú)線通信的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，還配置有CAN總線節(jié)點(diǎn)，且與其中一個(gè)ZigBee節(jié)點(diǎn)連接。井上部分和井下部分基于CAN總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。井上監(jiān)測(cè)中心可以結(jié)合實(shí)際情況向井下設(shè)備下達(dá)控制指令，比如對(duì)調(diào)高運(yùn)動(dòng)和牽引運(yùn)動(dòng)等進(jìn)行控制。

2 硬件設(shè)施選型與設(shè)計(jì)

2.1 ZigBee無(wú)線模塊硬件設(shè)計(jì)

(1)芯片的選型。對(duì)于ZigBee無(wú)線模塊而言，芯片是最為關(guān)鍵和核心的部分，其性能好壞會(huì)對(duì)無(wú)線傳輸過(guò)程的性能與穩(wěn)定性產(chǎn)生非常重要的影響。結(jié)合實(shí)際情況，最終選用CC2530型芯片，該芯片不僅支持ZigBee通信協(xié)議，還支持2.4GIEEE802.15.4協(xié)議[8]。芯片屬于標(biāo)準(zhǔn)的51內(nèi)核，提供了多個(gè)I/O引腳，能夠與其他硬件設(shè)施實(shí)現(xiàn)連接。CC2530芯片的電路原理如圖2所示。芯片整體上主要由3大模塊構(gòu)成，以下分別對(duì)此進(jìn)行介紹。①CPU與內(nèi)存。CPU的內(nèi)核為8051系列，具有很好的兼容性，性能良好，完全能夠滿足該系統(tǒng)的使用需要，設(shè)置有3條內(nèi)存總線，分別為SFR、DATA、CODE/XDATA，不同形式的內(nèi)存總線可以實(shí)現(xiàn)與不同物理元件之間的連接。②時(shí)鐘及電源管理。該模塊利用1.8C DC穩(wěn)壓器進(jìn)行供電，此模塊的作用是對(duì)ZigBee無(wú)線模塊所有電源進(jìn)行管理，確保能夠輸出穩(wěn)定的電壓并延長(zhǎng)電池的使用壽命。③無(wú)線射頻模塊。此模塊主要包含無(wú)線收發(fā)器RF，基于該收發(fā)器可以向外發(fā)射或者接收來(lái)自外部的無(wú)線信號(hào)，實(shí)現(xiàn)不同節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸。

圖2 CC2530芯片的電路原理Fig.2 Circuit schematic diagram of CC2530 chip

(2)天線及巴倫匹配電路。對(duì)于ZigBee無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)而言，天線以及巴倫匹配電路會(huì)對(duì)通信的質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響，重點(diǎn)會(huì)影響系統(tǒng)的功率損耗、無(wú)線通信距離等。為了確保線路的穩(wěn)定運(yùn)行，需要在電纜與天線之間添加轉(zhuǎn)換器。天線類型主要有倒F天線、PCB天線和SMA接口型桿狀天線。為了確保無(wú)線信號(hào)傳輸性能，使用SMA接口型桿狀天線，天線以及巴倫匹配電路如圖3所示。

(3)電源電路。電源電路中使用HT7533型芯片實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓功能，在該芯片的作用下，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的低功耗運(yùn)行并且確保電壓穩(wěn)定。該芯片的輸入電壓達(dá)到了30 V，輸出電流為100 mA，輸出電壓可以在2.1～12.0 V，可以結(jié)合實(shí)際情況在多個(gè)電壓檔次之間調(diào)整。電源電路原理如圖4所示。

圖3 天線以及巴倫匹配電路Fig.3 Antenna and balun matching circuit diagram

圖4 電源電路原理Fig.4 Block diagram of power supply circuit

2.2 CAN總線通信模塊設(shè)計(jì)

從圖1所示的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體方案可以看出，CAN總線通信模塊中共包含有2個(gè)節(jié)點(diǎn)，分別分布在井上部分和井下部分。其中，井下的CAN節(jié)點(diǎn)1與ZigBee節(jié)點(diǎn)n進(jìn)行連接，井上的CAN節(jié)點(diǎn)2與地面計(jì)算機(jī)連接，2個(gè)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了井上和井下部分?jǐn)?shù)據(jù)的傳輸。

(1)主控電路設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的CAN總線模塊中使用的處理器型號(hào)為STM32F103VET6，已有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，該型號(hào)處理器具有很好的運(yùn)行穩(wěn)定性，運(yùn)行速度相對(duì)較快。CPU屬于32位處理器，運(yùn)行時(shí)頻率可以達(dá)到72 MHz，可以滿足很多場(chǎng)景的工業(yè)應(yīng)用，內(nèi)存空間可以根據(jù)實(shí)際使用需要在32～512 KB范圍內(nèi)合理調(diào)節(jié)。擁有13個(gè)不同類型的通信接口，包括常見(jiàn)的USART接口、CAN接口和USB接口等，可以滿足控制器與其他類型硬件設(shè)施的通信需要。該控制器中共包含有3個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，屬于微米級(jí)別，性能優(yōu)越，基于模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以對(duì)芯片運(yùn)行時(shí)的溫度及參考電壓值進(jìn)行讀取，以掌握芯片運(yùn)行狀態(tài)。擁有11個(gè)不同類型的定時(shí)器，可以應(yīng)用在不同的場(chǎng)合，因此芯片具有很好的環(huán)境適應(yīng)性。

系統(tǒng)供電電壓通常為5 V，但STM32F103VET6處理器正常運(yùn)行時(shí)的電壓需要3.3 V。因此要設(shè)計(jì)專門的電路，將系統(tǒng)提供的5 V電壓轉(zhuǎn)變成為3.3 V電壓，這樣處理器才能夠正常穩(wěn)定工作。電壓轉(zhuǎn)變電路原理如圖5所示。

(2)CAN總線通信電路。對(duì)于1個(gè)完備的CAN節(jié)點(diǎn)而言，內(nèi)部包含有3個(gè)主要的硬件設(shè)施，分別為CAN控制器、CAN收發(fā)器和微處理器[9]。其中，控制器主要有2種形式，分別為內(nèi)置和外置MCU，不同結(jié)構(gòu)形式有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，本系統(tǒng)結(jié)合實(shí)際情況將控制器采用內(nèi)置方法進(jìn)行配置。在外圍電路中單獨(dú)設(shè)置一個(gè)CAN收發(fā)器，具體型號(hào)為TJA1050，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以使整個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)變得更加簡(jiǎn)單，降低成本。

圖5 電壓轉(zhuǎn)變電路原理Fig.5 Schematic diagram of voltage conversion circuit

CAN總線的通信電路原理如圖6所示。

圖6 CAN總線的通信電路原理Fig.6 Schematic diagram of CAN buscommunication circuit

3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)

3.1 ZigBee模塊軟件設(shè)計(jì)

研究基于EW軟件對(duì)ZigBee模塊的軟件程序進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。以下主要對(duì)ZigBee模塊中的協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)的軟件工作流程進(jìn)行介紹。

(1)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)軟件程序設(shè)計(jì)。對(duì)于ZigBee無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)而言，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)發(fā)揮著非常重要的作用，屬于組織者的身份。一方面要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)建立，還要對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置與管理，另外還要接收來(lái)自終端節(jié)點(diǎn)輸送的數(shù)據(jù)信息。節(jié)點(diǎn)通電以后開(kāi)始啟動(dòng)工作，系統(tǒng)需要對(duì)節(jié)點(diǎn)內(nèi)包含的所有模塊進(jìn)行初始化處理，檢測(cè)所有硬件設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)，確保能夠穩(wěn)定工作。完成初始化工作后，開(kāi)始建立ZigBee無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)，然后進(jìn)入工作狀態(tài)。協(xié)調(diào)器直接與車載計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，并接收計(jì)算機(jī)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，將其通過(guò)無(wú)線方式傳輸給其他的路由節(jié)點(diǎn)。另外，也需要接收其他路由節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并將其輸送到車載計(jì)算機(jī)上。

(2)路由節(jié)點(diǎn)軟件程序設(shè)計(jì)。路由節(jié)點(diǎn)是整個(gè)ZigBee無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)的中轉(zhuǎn)站，作用是延長(zhǎng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的傳輸長(zhǎng)度，具體數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際情況合理確定[10]。通常相鄰路由節(jié)點(diǎn)之間的距離越近，無(wú)線傳輸過(guò)程越可靠。路由節(jié)點(diǎn)通電后即可開(kāi)始工作，工作時(shí)首先需要對(duì)路由節(jié)點(diǎn)中所有的硬件設(shè)施進(jìn)行初始化處理，確保無(wú)誤后開(kāi)始在周圍中搜索無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。搜索到網(wǎng)絡(luò)后即可向協(xié)調(diào)器發(fā)送網(wǎng)絡(luò)申請(qǐng)，待協(xié)調(diào)器同意后可以建立無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接。路由節(jié)點(diǎn)需要將協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇K端節(jié)點(diǎn)，同樣的也要將終端節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)返回到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)中。路由節(jié)點(diǎn)基本工作流程如圖7所示。

圖7 路由節(jié)點(diǎn)基本工作流程Fig.7 Basic working flow chart of routing node

(3)終端節(jié)點(diǎn)軟件程序設(shè)計(jì)。在ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，終端節(jié)點(diǎn)的作用是建立無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與CAN總線有線網(wǎng)絡(luò)之間的聯(lián)系。終端節(jié)點(diǎn)要接收無(wú)線網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息，然后將數(shù)據(jù)通過(guò)CAN總線傳輸?shù)骄系腃AN節(jié)點(diǎn)中。終端節(jié)點(diǎn)正常工作時(shí)需要用到兩個(gè)函數(shù)，分別為消息處理函數(shù)和數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)。可以利用消息處理函數(shù)對(duì)設(shè)備的類型進(jìn)行讀取，并對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行判斷。數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)的作用是將接收到的數(shù)據(jù)信息通過(guò)有線或者無(wú)線方式向外發(fā)送。終端節(jié)點(diǎn)的基本工作流程如圖8所示。由圖8可知，終端節(jié)點(diǎn)通電后開(kāi)始工作，首先需要對(duì)各項(xiàng)硬件設(shè)施和協(xié)議棧進(jìn)行初始化處理，然后需要申請(qǐng)加入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，成功入網(wǎng)后可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。

圖8 終端節(jié)點(diǎn)的基本工作流程Fig.8 Basic working flow chart of terminal node

3.2 CAN總線模塊軟件部分設(shè)計(jì)

在CAN總線網(wǎng)絡(luò)中使用的主控芯片為單片機(jī)，具體型號(hào)為STM32，所以只需要對(duì)選用的單片機(jī)進(jìn)行編程就能實(shí)現(xiàn)所有功能，使用的編程平臺(tái)為Keil MDK。對(duì)CAN總線數(shù)據(jù)傳輸模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要?jiǎng)澐譃閮刹糠诌M(jìn)行單獨(dú)考慮。①針對(duì)協(xié)議控制器的初始化設(shè)置，主要是對(duì)波特率大小、CAN模式等各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置或選擇；②對(duì)數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送子程序進(jìn)行初始化處理。需要說(shuō)明的是，以上2個(gè)步驟必須在系統(tǒng)處于復(fù)位狀態(tài)時(shí)才能進(jìn)行操作。CAN總線數(shù)據(jù)收發(fā)的基本工作流程如圖9所示。

4 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用研究

為了分析設(shè)計(jì)的采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的科學(xué)性與合理性，將以上設(shè)計(jì)的系統(tǒng)方案部署到煤礦開(kāi)采工程實(shí)踐中，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了連續(xù)6個(gè)月時(shí)間的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，對(duì)相關(guān)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行記錄。重點(diǎn)對(duì)ZigBee無(wú)線通信效果進(jìn)行了測(cè)試分析，測(cè)試過(guò)程中分別將ZigBee節(jié)點(diǎn)之間的距離設(shè)置為40、50、60、70、80、90、100 m，每種距離情況下又設(shè)置2種工況，分別為中間無(wú)間隔和中間有間隔，所有情況下均發(fā)送1 000條報(bào)文，統(tǒng)計(jì)能夠正常接收到的報(bào)文數(shù)量，進(jìn)而統(tǒng)計(jì)不同距離、不同工況時(shí)的數(shù)據(jù)丟包率。

不同工況條件下的數(shù)據(jù)丟包率統(tǒng)計(jì)情況如圖10所示。從圖10中可以看出，隨著ZigBee節(jié)點(diǎn)之間距離的不斷增加，數(shù)據(jù)丟包率呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢(shì)；在相同的節(jié)點(diǎn)距離情況下，節(jié)點(diǎn)之間有間隔時(shí)的丟包率比無(wú)間隔時(shí)的丟包率要高很多。但是在ZigBee結(jié)節(jié)間距為40 m時(shí)，無(wú)論中間有無(wú)間隔，都能夠確保數(shù)據(jù)丟包率為0。因此，系統(tǒng)中將ZigBee節(jié)點(diǎn)之間的距離控制在40 m以內(nèi)，以確保無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程的可靠性與穩(wěn)定性。

圖9 CAN總線數(shù)據(jù)收發(fā)的基本工作流程Fig.9 Basic working flow chart of CAN bus data receiving and sending

圖10 不同工況條件下的數(shù)據(jù)丟包率統(tǒng)計(jì)Fig.10 Statistics of data packet loss rate under different working conditions

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體運(yùn)行穩(wěn)定，整個(gè)測(cè)試期間沒(méi)有出現(xiàn)明顯的故障問(wèn)題，各項(xiàng)功能都能夠?qū)崿F(xiàn)，可對(duì)采煤機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制，有效保障了煤礦開(kāi)采效率及安全性。與使用運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)之前的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)踐應(yīng)用，煤礦企業(yè)可以減少采煤機(jī)設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)人員3～4人，設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)成本與前期相比降低了15%左右，采煤機(jī)的運(yùn)行效率提升了10%左右。經(jīng)過(guò)專家的初步論證，認(rèn)為該系統(tǒng)的成功實(shí)踐應(yīng)用每年可以為煤礦企業(yè)創(chuàng)造200萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)效益。

綜上所述，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用不僅為煤礦企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益，還為煤礦企業(yè)創(chuàng)造了很好的安全效應(yīng)，值得其他煤礦企業(yè)借鑒。

5 結(jié)語(yǔ)

本文主要以煤礦中使用的采煤機(jī)為研究對(duì)象，對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，所得結(jié)論主要如下。

(1)設(shè)計(jì)的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)劃分為井上和井下部分，其中井下部分采用ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息傳輸，井上和井下部分之間基于CAN總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息傳輸，充分發(fā)揮了不同數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)形式的優(yōu)點(diǎn)。

(2)對(duì)ZigBee無(wú)線模塊以及CAN總線模塊中使用的硬件設(shè)施進(jìn)行了選型設(shè)計(jì)。其中，ZigBee無(wú)線模塊主要包括協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)。CAN總線模塊中使用的處理器型號(hào)為STM32F103VET6。

(3)將監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用到采煤機(jī)工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)ZigBee節(jié)點(diǎn)之間的距離設(shè)置為40 m時(shí)，可以確保無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。?duì)系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)各項(xiàng)功能都正常，為煤礦企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和安全效益。