礦用液壓支架數(shù)據(jù)采集與預警系統(tǒng)的研究.pdf

1、我國是世界上最大的煤炭生產國和消費國，煤炭作為主要能源的格局在今后50年內不會改變。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，已經無法適應越來越復雜的開采環(huán)境。本課題的任務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)采集與預警系統(tǒng)。 本文研究的主要內容包括井下數(shù)據(jù)采集器的軟硬件設計和井下數(shù)據(jù)傳輸器的監(jiān)控軟件設計，以及利用混沌時間序列預測理論實現(xiàn)對采

2、集數(shù)據(jù)進行短期預測，從而為礦用液壓支架數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的短期預警提供一種可行的實現(xiàn)途徑。 首先，井下數(shù)據(jù)采集器的軟硬件設計，這一部分是礦用液壓支架數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心，每個數(shù)據(jù)采集器采集兩個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轉換模塊、傾角RS-485通信模塊、液晶顯示模塊、FLASH存儲模塊、報警模塊和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，其設計是否合理，將直接影響整個系統(tǒng)的運行質量。

3、實驗結果表明，通過對硬件及軟件的合理設計，提高了整個系統(tǒng)的兼容性，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集的實時性，保證了系統(tǒng)運行的可靠性。 然后，進行井下數(shù)據(jù)傳輸器監(jiān)控軟件的設計，包括界面顯示功能和串口通信功能，良好的用戶界面設計是軟件系統(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、機號支架號設置界面以及報警臨界值設置界面等。串口通信功能的實現(xiàn)是利用MSComm控件來完成的，通過設置控件的幾個屬性，然后添加控件的事件響應代碼，從而使串口按照

4、系統(tǒng)的要求進行工作。 最后，利用混沌時間序列預測理論實現(xiàn)對礦用液壓支架壓力值數(shù)據(jù)的短期預警。研究中以采集的原始數(shù)據(jù)為實驗樣本，首先確定嵌入延遲τ和嵌入維數(shù)m，并對其進行相空間重構，然后利用局域預測法對數(shù)據(jù)進行單步預測。實驗結果表明這種方法能夠有效實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的短期預警。 本研究的創(chuàng)新點主要包括：第一，將超低功耗單片機MSP430和CAN總線技術應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、、實時性和靈活性，而且非常有效地建構起了分布式控制/實時監(jiān)測網(wǎng)絡，從而更好地滿足了井下系統(tǒng)的運行要求；第二，將混沌時間序列預測理論成功應用于采集數(shù)據(jù)的短期預警，為礦用液壓支架數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的預警研究提出了一種可行方案。 本文設計的礦用液壓支架數(shù)據(jù)采集與預警系統(tǒng)具有低成本、低功耗和高可靠性等優(yōu)點，不但解決了現(xiàn)有監(jiān)測系統(tǒng)生產成本高、觀測不方便、數(shù)據(jù)采集實時性差、通信系統(tǒng)可靠性低等諸多缺點，還能夠進一步提高礦用液壓支架運行的安全性，有利