多站工作模式的动态轻轨衡的研究与实现

　　陈 建 张克歌 郑传行

　　(贵州省贵州财经学院 贵州 贵阳 550004)

　　摘 要： 实现一种安装在煤矿出口的轨道上的衡器，主要用于称量矿车中的资源的重量。它可以将矿车的重量信号转变成电压信号，然后采用工业传输总线RS485实现信号的传输，另外创新性的提出多个信息采集点与一个数据集合点的连接，最终实现多对一的信息通信方式。

　　关键词： 动态轨道衡;RS485;多站工作模式

　　中图分类号：TD5 文献标识码：A 文章编号：1671-7597(2011)0120093-01

　　1 概述

　　与一个计量控制器的连接，其工作方式如图2所示：目前，我国经济正处在一个高速发展的时期，各行各业发展迅速，随之而来的是对能源的需求量随之增加。因此专门从事矿产开采的企业也逐渐的增多，并且它们分布于全国的不同地区。那么如何对这些企业的开采量进行监管，进而掌握全国煤炭行业的产量，就成为了一个关键问题。控制整个矿产资源的开采量有利于实现对煤矿资源的合理利用。本文基于以上的原因，参照铁路轨道衡研究和设计的一种针对矿山的开采量进行监控的动态轨道衡，实现实时的煤炭开采的计量。

　　轨道衡在铁路货运中有着广泛的应用，并且在整个铁路货运系统中占据重要的地位。但是针对矿山的轨道衡在全国并不多，只有少数几家工作在进行相关方面产品的研究。

　　矿用动态轻轨衡是一种用于矿山特殊环境下的计量设备，矿山轻轨衡的工作原理与铁路轨道衡的工作原理是相同的。就是在轨道上安装传感器，当车辆经过轨道时，传感器将受到的压力转化为电压信号，然后电压信号经过计量数据采集器。对信号进行放大、A/D转化之后，变为数字信图2 多站工作模式号，经过数据线传输到计量控制器，最终信号会在计量控制器重经过处理，上传到数据服务器中。

　　但是矿上轻轨衡还有一些自己的特征。首先铁路运输中采用的轨道是标准轨道，两根轨道之间的距离为1.435mm，而在矿山中用的轨道为窄轨，通常有三个标准600mm、762mm、900mm[1]，因此铁路中的轨道衡不能在矿山中直接应用。其次煤矿开采中会产生大量的粉尘、噪声等，这些都会影响轨道衡的计量精度，所以矿山周围的环境比铁路周围的环境复杂的多，所以铁路轨道衡根本无法在矿山中使用，亟待研究新的使用于煤矿计量的产品。

　　2 系统设计

　　全国煤矿中大多在采煤的过程中都要用到矿车，矿车通过轨道将井下开采的煤输送到地面。所以轨道衡需要安装在煤矿出口的轨道上，通常在轨道中安装重量传感器，在矿车经过传感器时，传感器采集重量信号。并将信号通过数据连线发送到数据采集器中，然后在数据采集器中进行处理，最终输出一个重量值，完成一次称重。具体采集数据的过程如图1所示：

　　在上图中可以看到，轻轨衡采用的是单点连接的工作模式，即前端由信号变送器负责采集各类传感器信号，之后将原始信号转换为电流信号并传送至远端的计量控制器，由计量控制器负责数据最终的计量运算。采用点对点的数据传输方式，即一个信息变送器对应一个计量控制器，如果一个煤矿有多个出煤口或者一个出煤口有多个轨道，就需要安装多套设备，这不仅增加了煤矿的运行成本，也增加了设计施工的难度和后期维护的工作量。

　　本产品采用的是多站工作模式的数据采集方式，实现多个数据采集器与一个计量控制器的连接，其工作方式如图2所示：

　　从上 可以看到多站工作模式主要包括计量控制器、数据线和设在各出煤点的数据采集器，各个数据采集器与一组传感器连接。

　　在产品的整个系统中，计量控制器作为系统中的通信主机为上位机，计量数据采集器作为通信从机为下位机，上下位机之间采用RS485通信方式传输数据，所以数据线也采用RS485型数据线。实际使用时，在每个出煤点部署单独的下位机，每台下位机具有唯一的设备地址，日常工作时负责采集称重传感器的原始计量信号，经放大、A/D将其转换为适合远距离传输的数字信号，并将其存储于本地。作为通信主机的计量控制器从地址1开始依次轮询每个出煤点的数据采集器4，数据采集器4接收到要求其上传数据的指令后，即将本地存储的计量原始数据上传至计量控制器1，计量控制器1接收完原始计量数据后，完成后期的运算处理，最终完成计量功能。

　　采用多站工作模式可以适应单个矿井有多个出煤点的计量需要，可以实现多个轨道和出煤口与一个计量控制器的连接，这样做减小设备投入成本，减小施工量，可灵活组合，减小维护工作量。同时简化设计施工阶段，提高信息传输的效率。

　　在多站工作模式的矿用动态轻轨衡中，数据采集器与计量控制器之间的数据连接采用的是工业传输总线RS485数据线。煤矿特殊的环境对信号的传输产生很大的影响，容易产生误码，所以要传输的数据线有很好的抗干扰能力。

　　RS485工业总线信号传输抗干扰性好，并且传输的是数字信号。数字信号只有“0”和“1”两个电平，数字化后的信号采用若干位二进制的两个电平表示，因而在连续处理或在传输过程中引入杂波后，只要杂波幅度不超过某一额定电平，通过数字信号处理可以将其清除，即使某一杂波电平超过额定值，造成误码，也可利用纠错编解码技术将其纠正，确保数据在传输过程中的准确性，从而保证产品的计量精度。

　　另外多站工作模式煤矿动态轻轨衡中的数据采集器安装在煤矿的出煤口，而计量控制器通常是安装在控制室内。在一些大型煤矿中，通常煤矿出口与控制室之间的距离比较远，因此信号在由数据采集器传输到计量控图制器时，需要经过一段很长的距离，传统的模拟信号的传输有效距离在150m左右，如图3所示：

　　R 485传输的是数字信号，它的有效传输距离为1200m左右，传输距离远，完全能够适应煤矿中数据传输的需要，如图4所示

　　所以在实际的应用中采用中RS485总线来完成数据的传输，并且RS485的网络拓扑结构采用终端匹配的总线型结构，不支持环形或星型网络[2]。在实际的煤矿组网过程中要依据总线型的网络拓扑结构来组建网络。

　　最后在设备焊接中，可能会受到静电的冲击而损坏。另外由于煤矿在露天的情况下运行，设备的接口芯片乃至整个系统都有可能遭到雷电的袭击.选用抗电或抗雷击的芯片可以有效的避免此类损失，其中常见的芯片有MAX485E、MAX487E等.特别是TI的SN75LBC184，它不但能抗雷电的冲击而且能承受高达15kV的人体静电放电冲击[3]。

　　3 总结

　　整个系统采用RS48将数据采集器和计量控制器相互连接，组网灵活实施方便：在矿井具有多个出煤点时，只需对应增加数据采集器，无须增加计量控制器，减少了施工量、维护量与资金投入;信号传输抗干扰性好：采用RS485数字通信数据线，具有传输距离远、抗干扰能力强的特点。数字化后的信号在连续处理或在传输过程中引入杂波后，只要杂波幅度不超过某一额定电平，通过数字信号处理即可将其清除，即使某一杂波电平超过额定值，造成误码，也可利用纠错编解码技术将其纠正，确保数据在传输过程中的准确性和产品的计量精度。

　　注：本论文由以下项目支持：贵州省教育厅项目：黔教科2010030贵州省科技厅项目：黔科合GY字【2010】3078

　　参考文献：

　　[1]李玉良、张迎第，矿山窄轨铁路车场结构及机车信号分析[J].煤炭学报，1999(05).

　　[2]程凯，RS-485总线理论的应用与分析[J].青岛海洋大学学报，2003，络。

　　[3]Texas Instruments. SN65LBC184， SN75LBC184 DifferentialTransceiver with Transient Voltage Suppression[Z]. Dallas： TexasInstruments，2002.

　　作者简介：

　　陈建(1959-)：男，硕士，贵州财经学院研究员，长期从事计算机应用技术研究;张克歌(1984-)男，在读硕士研究生，主要从事计算机控制技术研究;郑传行(1977-)男，博士，副教授，研究生导师，主要从事控制技术研究。