维普资讯 http://www.cqvip.com ２００８年第４期 中州煤炭 总第１５４期 ＹＫ．Ｉ矿用本质安全型遥控装置的研制 付玮，朱有斌 （平煤集团设备租赁公司，河南平顶山４６７０２１） 摘要：介绍了矿用本质安全型遥控装置的主要技术指标，提出了设计过程中应考虑的问题及其解决方法。 、 关键词：矿用本质安全型；遥控装置；无线电；防爆；调制方式 中图分类号：ＴＤ６７６ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００３—０５０６（２００８）０４—００１７—０２ ＹＫ．Ｉ矿用本质安全型遥控装置是为煤矿采掘 １．２接收机 机械配套的符合煤矿安全生产要求的遥控装置，用 电源由ＫＸＪ２５０／１１４０ＥＢ隔爆兼本质安全型掘 于煤矿井下对采掘机械的控制。其中，遥控发射机 进机电控箱提供。接收灵敏度≤一９０ ｄＢｍ；输出 和接收机是实现控制的关键部件，主要完成控制指 ＲＳ－４８５标准信号；防爆形式：ＥｘｉｂＩ；额定供电电压 令的可靠传输，其内部的工作原理涉及到无线电电 １２．０ Ｖ（ＤＣ）；工作电压１０．５～１２．５ Ｖ（ＤＣ）；最大工 子学、数字电路学、微计算机技术和程序设计等多个 作电流＜４０ ｍＡ（ＤＣ）；显示方式：发光二极管二进 方面，具有一定的复杂性。由于遥控装置使用于煤 制码显示。 矿井下，还需要考虑防爆问题。因此，ＹＫ．Ｉ矿用本 １．３矿灯输出本安电源 质安全型遥控装置的研究主要是针对以上几个方面 防爆形式：ＥｘｉｂＩ；最大输入电压５ Ｖ（ＤＣ）；工作 进行的。 电压３．５～５．０ Ｖ（ＤＣ）；额定输出电压（４±０．５）Ｖ １主要技术指标 （ＤＣ）；最大开路电压≤５ Ｖ（ＤＣ）；额定输出电流 １００ ｍＡ（ＤＣ）；最大短路电流≤２．５ Ａ（ＤＣ）。 无线收发调制方式：ＦＳＫ．ＦＭ；工作频率（２组频 ２控制方案的选择 率）：４３３．９２ ＭＨｚ或４３４．３３ ＭＨｚ；工作制式：８ ｈ工 作制；无线收发距离≥２０ ｍ；有线时收、发机间配用 ２．１遥控形式的确定 ， 电缆长度≤２０ ｍ；接收机、支架电控装置间电缆长 遥控操作信号传输方式大多采用无线电、红外 度１０ ｍ；外壳防护等级：ＩＰ５４；质量：发射机１．５ ｋｇ 线和超声波形式。采掘机械的遥控操作是近距离的 （不含矿灯输出本安电源），接收机２ ｋｇ。 遥控操作，操作距离一般在３０ ｍ以内。无线电与红 １．１ 发射机 外线、超声波相比有以下优点：可避免红外光被阻挡 频率容差２０×１０～；发射功率≥０．３ ｍｗ；频偏 而造成通信中断以及红外光接收距离较短（１０ ｍ左 １０ ｋＨｚ；防爆形式：ＥｘｉｂＩ；有线时，电源由ＹＫ－Ｉ－ｓ本 右）的问题；可避免使用超声波易受杂声波的干扰， 质安全型接收机提供：额定供电电压１２．０ Ｖ（ＤＣ）， 还兼有超声波全向收发的特点。但无线遥控也有其 工作电压１０．５～１２．５ Ｖ（ＤＣ），最大工作电流＜８０ 缺点，主要表现为：耗电量较大，需安装尺寸较大的 ｍＡ（ＤＣ），待机电流＜３０ ｍＡ（ＤＣ）；无线时，电源由 接收、发射天线。无线遥控耗电量大的问题，可通过 ＹＫ．Ｉ．Ｄ矿灯输出本安电源提供：额定供电电压４ 降低发射机功耗的办法，如间断发射、控制电路闲置 Ｖ（ＤＣ），工作电压３．５～５．０ Ｖ（ＤＣ），最大工作电流 时进入待机状态，使其功耗达到可以接受的程度。 ＜６０ ｍＡ（ＤＣ），待机电流＜４０ ｍＡ（ＤＣ）；蓄电池供 选用较高的发射频率，可解决天线尺寸较大的问题。 电能力：不小于１０ ｈ；显示方式：发光二极管显示。 从而最终确定高频无线电遥控的形式。 ２．２设计中的几点考虑与解决方案 收稿日期：２００８—０５—１５ （１）无线电发射频率与发射功率、发射接收天 作者简介：付 玮（１９７２一），男，河南平顶山人，工程师，１９９３年毕 线形式的确定。按照要求，有效接收距离最大为３０ 业于北京煤炭干部管理学院，长期从事煤矿设备制造维修＿Ｔ作。 ｍ，无线电信号主要以直射波形式传播。参考国外 ．１ ７． 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００８年第４期 中州煤炭 总第１５４期 同类产品的技术数据，确定发射频率在甚高频或超 高频（Ｖ—Ｕ）波段，发射功率在１０ ｍＷ以内，可以避 免与其他无线电设备互相干扰。发射天线选用全向 螺旋天线，可以满足操作者位置不断变化的要求。 （２）信号调制。调频（ＦＭ）方式有较强的抗干 扰能力，因而在一定的发射功率下，有效接收距离较 大。因此，载波采用ＦＭ方式，调制方式采用二次调 制。即首先将数字信号脉冲转换为模拟信号（选用 移频键控ＦＳＫ方式），然后对载波ＦＭ调制，可降低 解调电路的复杂性，提高系统的抗干扰能力。 （３）供电问题。由于接收机安装于采掘机械 上，所以可由采掘机械电控箱供电，不存在任何困 难。发射机是便携式，它的供电电源也必须是便携 的、符合煤矿特殊要求的，并有足够的容量。考虑到 操作者已携带照明用矿灯，若再增加一个发射机用 蓄电池，势必增加操作者的负担，因而决定使用操作 者携带的矿灯蓄电池为发射机供电。由于发射机不 可避免地要消耗部分电能，因此，应选用较大容量的 蓄电池。为此，对各矿灯厂家进行了调研，与国内目 前广泛使用的４ Ｖ，８ Ａｈ蓄电池相比，容量更大的如 ４ Ｖ，ｌ０ Ａｈ蓄电池虽有生产，但均不够可靠，表现为 寿命短、故障率高。针对这种情况，只能使用目前已 在使用的４ Ｖ，８ Ａｈ蓄电池，同时尽可能降低发射机 的耗电量，以满足照明的需要。 （４）控制信号传输的可靠性问题。在发射机正 常工作状态下，其发射的无线电信号在煤矿井下的 传输信道与地面相比有一定特殊性，主要是煤壁对 无线电信号的吸收与物体对信号的阻隔，可能大大 降低接收的有效距离；当发射机发射部分出现故障， 如电源电压过低、功率元件损坏时，将造成控制失 效。为避免在这些特殊情况下造成掘进机失控，采 用无线信号传输为主、有线信号传输（由接收机供 电）为辅的互为备份的解决方案，以实现既可有线 遥控，也可无线遥控。 ３ 电路设计、软件编制与机械结构设计 根据煤矿的特殊要求，遥控发射机和接收机的 防爆型式为本质安全型。电路设计中尽可能地采用 集成电路，以提高集成度，从而提高可靠性。 ３．１低频部分 低频部分主要指数字逻辑控制电路。综合市场 供应、现有设备等状况，接收机、发射机中采用了 ８０３１系列单片计算机为核心控制芯片。有线通信 ・１ ８・ 采用符合ＲＳ４８５标准的芯片，接口简单方便，传输 距离大（低速数据传输可达数千米）。无线遥控时， 由矿灯输出本安电源供电。有线遥控时，发射机由 接收机供电，内部使用线性集成稳压器。 为避免井下多台掘进机无线信号的干扰，区分 不同的受控对象，采用码分多址方式（每一台掘进 机有的设备号）。 ３．２高频部分 由于控制信号是低速脉冲串，应用于工业干扰 严重的煤矿井下，调制后的信号应是窄带高频信号， 这要求接收机和发射机有较好的频率容差。为此， 采用集成数字锁相环电路来满足这一要求。同时， 使用该技术，可有效克服高频（数百兆赫）声表面滤 波器、晶体滤波器规格不易满足特定频率点的使用 要求所造成的困难。由于市场上可采购到４３４．３３ ＭＨｚ的晶体滤波器，因而确定了载波频率。 ３．３调制方式 由于采用便携式无线电遥控时，发射机位置不 断改变，发射信号还将受到人体感应等多种因素的 影响，因此调制采用ＦＭ方式。这种方式与幅度调 制方式相比，具有抗干扰能力强的特点，虽然其费用 较高，但从整体可靠性的角度出发，这是值得的。 控制指令以数字脉冲串的形式发出，含有丰富 的高次谐波分量。为了避免与高频电路产生耦合、 互调，设计中首先将串行脉冲通过专用移频键控电 路（ＦＳＫ），将其转换为双音频的ＦＳＫ信号。实际上 调制方式可认为是ＦＳＫ．ＦＭ方式。 ３．４防护外壳 矿用本质安全型电器外壳防护等级应为ＩＰ５４， 但实际设计按ＩＰ６５进行，因为要保证装置有更高的 可靠性。 ３．５ 电路设计与软件编制 在电路设计与软件编制过程中，充分考虑操作 和维护、维修的方便性，使一般的操作、维护人员能 够方便地操作和较快地判断故障原因。由于遥控装 置是集微机技术与无线电技术为一体的较为复杂的 设备，其操作和维护、维修方便是一个重要问题。为 此，设计了自检硬件电路和与之相应的软件。接收 机、发射机除上电时自检，并给出指示外，还具有自 检工作状态。当工作于自检工作状态时，可较方便 地读出接收机向主控制器传送的控制指令。考虑到 井下照明条件较差，遥控时观察采掘机械的动作情 况有困难，因此，在遥控操作面 （下转第２０页） 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００８年第４期 中州煤炭 总第１５４期 （２）在切眼中铺设轨道，切眼上口安装一部绞 梁背平，升紧支架，确保支架平、直、稳。 车运输支架到安装位置，切眼下安装一部ＪＨ．２０型 （６）支架全部安装后，清理支架推杆至煤壁侧， 回柱绞车磨架。随支架向上安装，不断拆除轨道和 净高在２．５ ｍ以上；拆除胶带，在支架前梁下重新铺 上移绞车，轨道下端头距待安支架位置不少于１５ 设轨道，将转载机运至运输巷，并由下而上安装采面 ｍ，并在卸架位置安装一道挡车装置。运输支架及 输送机。输送机安装完成后，在切眼上端安装采煤 提升空车时都要闭合挡车装置。 机。 （３）支架进入切眼前，在开切眼Ｕ型钢支架两 帮用３．８ ｍ ｎ型钢梁配合ＤＺ．２．８单体柱架棚，其上 ５ 劳动组织 按０．８ ｍ的间距架设规格ｆ２ｊ １８０ ｍｍ×２ ８００ ｍｍ的 （１）统一规划、统一协调，使各工作环节衔接有 圆木，然后再用方木绞架刹实接顶。 序。开切眼设计前，矿上既对切眼围岩特性进行观 （４）支架进入切眼距安装位置１５ ｍ时卸车，用 测、研究、分析，对支架形式、开切眼扩切眼支护方式 回柱绞车拖至安装位置。安装前在扩切眼采空区侧 进行统筹计划，力求方案科学合理。方案执行前，矿 支架下用３．８ ｍ ｎ型梁配合ＤＺ．２．８单体柱打抬棚， 成立领导小组，以生产副矿长为组长，抽调专业队伍 摘掉抬棚梁下２９Ｕ型可缩棚腿和单体柱腿，然后磨 分别进行开、扩切眼，支架检修组装，支架运输，支架 入支架，调正接顶升紧。兀型梁抬棚下全部安装支 安装，从而保证方案落实。 架后，依次降架抽出ｎ型梁，进入下一轮次打抬棚 （２）严格落实施工安全技术措施。开切眼破碎 磨架工作。下一轮次打抬棚时，可直接将２根ｎ型 顶板控制、扩切眼与支架安装轮次安排、破碎顶板段 梁下头插入已安支架前梁２００ ｍｍ，托起顶梁，２根 开切眼２９Ｕ型可缩支架与扩切眼木棚对接处顶板 ｎ型梁间距１．０—１．２ ｍ，上面仍打单体柱（图２）。 控制、切眼运输支架及大件安全防护等工序都有严 格的技术措施和检查制度，施工期间生产、采煤、开 方木 掘、机电等业务科室都进行现场盯岗把关，保证工程 质量，保证支架安装工作顺利进行。 ６ 结语 ｆｆ开切跟３ ８ｍ Ｉ Ｉ ＋ ； 随着综采支架吨位的不断增大，支架外形尺寸 ，盥 、ｌ ＩＩ｛ 要求综采工作面切眼断面越来越大，顶板不稳定工 ３ｏ０ ２０。 ｊ 作面的支架安装已成为一大难题。复合破碎顶板切 图２开、扩切眼支护示意 眼综采支架边扩边安新工艺，较好解决了破碎顶板 条件下的支架安装问题，安装期间没有发生安全事 （５）一组支架安装到位后，要调正方向，与已安 故，提前完成工作面接替，并顺利投产。 装支架沿走向成一直线，并接通各种高低压管，将顶 （责任编辑：泰爱新） （上接第１８页） 板上安装了与动作相对应的发光 指示灯，以便操作者能够及时了解采掘机械的工作 ４ 结语 状态。 在设计初始阶段，对接收机、发射机的使用环 另外，还充分考虑了信号传输的可靠性，采用了 境、可能出现的问题以及国外同类产品做了深入细 软件陷阱、多控制代码冗余发射、奇偶校验等方法。 致的调查和分析；在设计过程中，充分利用调查和分 在接收机中，编制了当其在规定的时间内不能收到 析结果，并使其在产品样机中得以体现。因此，在地 有效的控制信号时，自动停机并闭锁，以此来进一步 面试验、工业性试验的整个过程中，接收机、发射机 提高控制的可靠性和安全性。为了降低功耗，软件 工作始终正常，表现出较高的可靠性。实测表明，该 编程尽可能使发射机处于待机状态，以延长蓄电池 接收机、发射机有效遥控距离大于５０ ｍ。 的供电时间。 （责任编辑：郭海霞） ．２０．
