工矿自动化

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邓健志, 程小辉

2014, 40(7): 1-4. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.07.001

<摘要>(52) <PDF>(5)

摘要:
现有的井下无线定位系统收发机通信主要采用无线电波，由于井下巷道狭小、岩石成分复杂等因素，无线电波的通信距离、通信质量都会受到影响。针对以上问题，设计了基于可见光色分双工的井下定位系统收发机。该收发机采用LED的高速闪烁携带信息，并用光电二极管接收光信号，实现了无线可见光通信。收发机通信的上下行信道采用色分双工的方式，将2个方向上的信号分别调制在2个相互分离的不同颜色的可见光信道上，以实现数据的接收和发送。试验结果表明，该收发机功耗小, 抗电磁干扰性能好, 接收稳定，并兼有照明作用。

基于WiFi技术的矿井信号收发器设计

赵曼, 侯秀梅

2014, 40(7): 5-8. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.07.002

<摘要>(71) <PDF>(8)

摘要:
针对现有井下无线收发器信号传输距离短、功耗大、抗干扰能力差等缺陷，设计了一种基于WiFi技术的矿井信号收发器。该信号收发器采用ARM9嵌入式芯片及WinCE操作系统，与井下采煤机监控模块建立Modbus协议的数据通信，通过RS485串口接收采煤机运行参数；在WiFi网络内与井下无线接入点建立支持TCP/IP协议的无线连接，并与井上监控中心服务器通信，完成对采煤机运行状态的监控。应用表明，该信号收发器具有较高的实时传输性能，且功耗低，抗干扰能力强。

基于STM32F407的微震信息采集系统设计

余芳芳, 郭来功, 李良光

2014, 40(7): 9-12. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.07.003

<摘要>(78) <PDF>(6)

摘要:
为了能够准确地采集和传输微震监测数据，实时监控煤矿井下冲击地压情况，设计了一套基于STM32F407的微震信息采集系统。该系统通过传感器和前端采集控制模块FPGA采集煤矿井下的微震信号，并将其传送到STM32F407进行处理，同时，STM32F407根据现场数据采集需要，可向FPGA发送增益控制、同步控制等信息，实时调整采集电路参数；处理后的微震信号经以太网传送至地面服务器，服务器对采集的信息进行分析和显示，可判断出震源位置。试验结果表明，该信息采集系统可靠、高效，能满足现场微震信息实时采集与传送的要求。

基于小波变换的动态称重信号处理方法

刘亚峰, 牛昱光, 张剑勇

2014, 40(7): 13-16. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.07.004

<摘要>(50) <PDF>(4)

摘要:
针对目前动态汽车衡因货车拖磅称重而导致称重信号异常及称重不准确问题，提出采用小波变换极大值信号重构算法对拖磅称重信号进行处理：首先将拖磅称重信号逐层分解到不同频域和时域，在保持频率不变的条件下，对称重信号逐级求极大值点，得出信号逐级变化趋势；然后将多级称重信号按原离散逼近系数重构成新的称重信号，进而得到车辆称重信息。现场实测表明，采用小波变换极大值信号重构算法处理后的货车拖磅称重数据与正常过磅时称重数据的误差小于1%。

矿用IP网络广播终端硬件设计

徐炜

2014, 40(7): 16-18. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.07.005

<摘要>(72) <PDF>(5)

摘要:
针对现有矿用广播系统传输距离短、速率低、容量小等问题，提出了一种基于以太网的矿用IP网络广播终端的硬件设计，重点介绍了主控制器、语音编解码器、以太网接口、音频功放的设计选型及使用中的注意事项。测试结果表明，矿用IP网络广播终端信号最大不失真输出电压达到5.5～6 V，输出功率达到4 W，信号失真度小于5%，完全能满足煤矿广播的要求。

矿用无轨胶轮车泊车辅助装置设计

程刘胜, 吕小强, 陈亚, 单成伟, 刘冬

2014, 40(7): 19-21. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.07.006

<摘要>(53) <PDF>(6)

摘要:
针对无轨胶轮车倒车存在的安全隐患，设计了矿用无轨胶轮车泊车辅助装置，详细介绍了该装置倒车距离信号、图像信号、车辆行进方向信号和切换开关输入信号的采集原理。实际应用结果表明，该装置性能稳定可靠，能够有效监测400~2 000 mm倒车距离，倒车视频图像能够在低照度环境下清晰显示，解决了在视线受阻区域倒车的安全问题。

基于改进三棱柱体元构建三维煤层模型的实现

朱德福, 邢存恩, 乔港介

2014, 40(7): 22-24. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.07.007

<摘要>(78) <PDF>(5)

摘要:
现有三维煤层建模方法采用2次插值算法及传统三棱柱体构建煤层模型，导致误差较大。根据煤矿钻孔数据建立数据库，采用狄洛尼三角剖分算法及克里金插值法建立煤层二维曲面数据模型，形成三维煤层模型的上、下表面。结合三维钻孔模型，以改进的三棱柱体元为基本元组构建三维煤层模型，实现了三维煤层的可视化与煤层储量的自动计算。根据某煤矿的原始钻孔数据，采用基于改进三棱柱体元的三维煤层建模方法对该煤矿某工作面煤层进行建模并计算煤层储量，结果表明该方法较传统块段法的计算精度提高了4.82%。

基于ADXL345的提升机容器姿态感知系统设计

张群英

2014, 40(7): 25-28. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.07.008

<摘要>(53) <PDF>(6)

摘要:
为实时监测提升机容器垂直姿态，确保提升机容器发生倾斜时能够及时预警，设计了基于ADXL345的提升机容器姿态感知系统。该系统通过实时监测提升机容器与垂直方向的倾角值判断提升机容器当前的姿态，并将倾角值与报警阈值进行对比，如超出报警阈值则报警，且可通过RS485将报警信息上传至提升机监控中心，实现预警操作。

一种新型瞬变电磁仪发射电路设计

徐亚昆, 李国才, 赵振廷, 连崑

2014, 40(7): 28-31. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.07.009

<摘要>(56) <PDF>(6)

摘要:
为提高瞬变电磁仪测量的准确度，设计了基于FPGA的瞬变电磁仪发射电路。该电路采用EXB841模块设计驱动电路，实现对H桥路上下臂MOSFET的有效驱动；利用改进的H桥路设计及改变传统桥路的控制策略，实现对MOSFET的超短时间关断；采用RCD吸收保护电路降低尖峰电压干扰，改善发射电路输出波形。试验结果表明，该发射电路的发射信号过压仅为正常信号的1.33倍，振荡时间为500 ns，下降沿时间为700 ns，实现了发射电流的快速关断，且稳定性好。

无线输电技术及其在矿井安全监控系统中的应用

田子建, 林越, 陈健, 李玮祥, 林鹏, 王文清

2014, 40(7): 32-36. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.07.010

<摘要>(45) <PDF>(5)

摘要:
介绍了无线输电技术的概念和发展史，依据现有三大无线电能传输标准，重点阐述了电磁感应式、无线电波式、电磁谐振式3种无线电能传输方式，并认为磁耦合谐振式无线电能传输方式最具研究前景；针对煤矿井下工作环境特点和防爆要求，分析了无线输电技术在矿井中的应用前景，指出矿井安全监控系统是无线输电技术的优先发展领域，并依据《煤矿安全规程》及相关行业标准，通过实例分析了矿井安全监控系统应用无线输电技术的需求和意义；指出了矿井无线输电技术需要解决的关键问题。

矿井通风网络图自动绘制技术研究

程磊, 李建雷

2014, 40(7): 36-40. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.07.011

<摘要>(116) <PDF>(10)

摘要:
为了掌握目前矿井通风网络图自动绘制技术的研究现状以进行进一步的研究，从通风系统图网络结构信息的采集、网络通路的生成以及网络图的绘制等3个方面进行详细分析；阐述了这3个方面的研究内容和已经取得的研究成果，并且分析了目前这3个方面的研究存在的一些不足之处；最后指出了下一步的研究方向：引入人工智能，研究更高效的网络通路生成算法和怎样使网络图更简单美观。

光纤光栅传感技术在煤矿安全监测系统中的应用

汤树成, 张杰, 张恒, 周枫, 郁尚奇

2014, 40(7): 41-44. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.07.012

<摘要>(102) <PDF>(18)

摘要:
分析了光纤光栅传感技术原理及其优势，并介绍了其在煤矿安全监测系统中的典型应用。基于光纤光栅传感原理研制的各类矿用传感器可以实现对顶板压力、顶板离层、渗漏、采空区温度、竖井安全度、滑坡位移等的监测。

两阶段法在矿井通风系统评价中的应用研究

李基隆, 刘炳锋, 林吉飞, 董娟, 夏建波

2014, 40(7): 45-47. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.07.013

<摘要>(35) <PDF>(2)

摘要:
分析了两阶段法的原理，并以某矿通风系统优化指标体系为研究对象，采用两阶段法计算其指标权重。将两阶段法与层次分析法进行对比分析，结果表明，采用2种方法确定的指标权重重要性序列相同，两阶段法的计算结果可靠性高，且计算过程简捷。

有源电力滤波器的鲁棒重复电流控制策略研究

荣相

2014, 40(7): 48-51. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.07.014

<摘要>(45) <PDF>(4)

摘要:
针对传统的电流环PI控制存在稳态误差和相角偏移等问题，提出了一种有源电力滤波器的鲁棒重复电流控制策略，详细分析了鲁棒重复控制策略的具体实现方法。仿真和试验结果表明，该控制策略在实现有源电力滤波器输出补偿电流准确跟踪指令电流的同时，提高了有源电力滤波器的抗干扰性能，显著改善了有源电力滤波器的动静态性能。

永磁同步直线电动机自抗扰控制算法研究

包广清, 党超亮

2014, 40(7): 52-56. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.07.015

<摘要>(31) <PDF>(2)

摘要:
针对永磁同步直线电动机对于外界扰动以及系统参数变化敏感的特点，在传统自抗扰控制技术的基础上，结合前馈和反馈控制，提出一种改进型自抗扰控制算法，利用该算法可有效观测并补偿永磁同步直线电动机速度及位置控制系统中的动态耦合扰动。仿真结果表明，与经典PID控制及传统自抗扰控制算法相比，改进型自抗扰控制算法具有更好的动静态特性。

一种适用于矿山设备振动监测的WSNs改进时间同步算法

李菲菲, 张然, 张申, 韩丽娜

2014, 40(7): 56-60. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.07.016

<摘要>(35) <PDF>(3)

摘要:
结合矿山设备振动监测的实际情况，给出了矿山设备振动监测的无线传感器网络模型；针对TPSN时间同步算法能耗大、DMTS时间同步算法精度低的问题，提出一种改进的无线传感器网络时间同步算法——TPDM算法。该算法采用动态簇首选择算法选出簇首节点，簇首节点之间的同步采用TPSN算法以保证同步精度，簇内节点之间的同步采用DMTS算法以降低能耗，并采用基于最小平方线性回归方法的时钟漂移补偿技术对同步时钟进行时间补偿。仿真结果表明，与TPSN算法和DMTS算法相比，TPDM算法在能耗和精度方面得到了折中，能更好地满足矿山设备振动监测的要求。

煤矿谐振接地系统暂态脉冲特征研究

王晋宏

2014, 40(7): 61-67. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.07.017

<摘要>(26) <PDF>(2)

摘要:
通过推导煤矿单变电所和多变电所模式下谐振接地系统发生单相接地故障时各支路故障时刻的零序电流表达式，分析了故障线路与非故障线路的暂态脉冲极性关系，以及暂态脉冲的幅度及脉冲宽度与接地电阻、线路对地分布电容和故障时刻之间的关系，并给出了相应的表达式。故障线路的暂态脉冲幅度最大且极性与非故障线路的暂态脉冲极性相反；故障时刻暂态脉冲的幅度与接地电阻成反比，与故障时刻故障相的相位角正弦值成正比；所有非故障线路的暂态脉冲宽度一致，且小于故障线路的暂态脉冲宽度，暂态脉冲宽度与接地电阻成正比。Matlab/Simulink仿真实验验证了理论分析的正确性。

改进型有源滤波器滞环电流控制方法

杨凌霄, 和志威

2014, 40(7): 67-71. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.07.018

<摘要>(53) <PDF>(2)

摘要:
并联有源滤波器的变环宽滞环电流控制方法可根据电流幅值的变化实时调整滞环宽度，在保证参考电流跟踪精度的前提下，有效控制了逆变器的开关频率。对传统的变环宽滞环电流控制方法进行改进：增加环宽微调环节，当逆变器开关频率较低时，给已计算出的环宽值加入一个负的微调量，使环宽值减小。Matlab仿真结果表明，采用改进型变环宽滞环电流控制方法对并联有源滤波器谐波电流进行跟踪补偿时，系统总谐波畸变率为1.80%，小于采用传统变环宽滞环电流控制方法时的总谐波畸变率，且逆变器实际开关频率更加接近设定值。

一种有源滤波器的数字单周期控制方法

郑峰, 李岚

2014, 40(7): 72-75. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.07.019

<摘要>(37) <PDF>(2)

摘要:
分析了有源滤波器的工作原理，推导了三相三线制有源滤波器单周期控制的数学模型；将数字单周期控制与ip-iq谐波电流检测法相结合，实现了对有源滤波器的控制。与传统单周期控制方法相比较，该方法保留了实时性好、鲁棒性好等优点，又取消了积分器，降低了单周期控制电路的复杂性。使用Matlab/Simulink软件对该方法进行了仿真，并在以DSP为核心的试验平台上进行了验证，仿真和试验结果都证明了该方法的可行性与有效性。

矿用级联型高压变频器母线电容控制策略

郭睿东, 张晶晶, 熊万启, 金磊, 郑杰

2014, 40(7): 76-79. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.07.020

<摘要>(34) <PDF>(4)

摘要:
针对H桥逆变器级联型高压变频器母线电容体积大的问题，提出了一种在基波调制信号中注入三次谐波以减小母线电容容量的控制策略。在总调制比不变的情况下，三次谐波注入等价于将母线电容电流的低次谐波部分转化为高次谐波，从而减小了母线电压纹波。推导了母线电容电流谐波含量与三次谐波注入量的关系，并给出了不同功率因数下三次谐波最大注入量的表达式。Matlab/Simulink仿真结果表明，在功率因数为0.85的典型负载下，采用本文控制策略可将母线电容容量降低24.2%，验证了该控制策略的可行性和有效性。

基于激光测距的矿井机车防撞测距系统研究

王登贵, 杨艳

2014, 40(7): 80-83. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.07.021

<摘要>(30) <PDF>(3)

摘要:
针对现有矿井机车防撞系统易受干扰而测距不准确或成本高等问题，采用STC90C516RD+单片机、TDC-GP1高精度计时芯片设计了一种基于激光测距的矿井机车防撞测距系统，介绍了系统测距原理及软、硬件设计方案；在20~100 m范围内对该系统进行测距试验，所得原始测距误差在0.22 m以内，在Matlab中经最小二乘法对数据进行线性拟和修正后误差降低到0.03 m以内，符合机车运行时的测距要求。

煤炭企业设备点检管理系统的设计及应用

谭章禄, 韩茜

2014, 40(7): 84-87. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.07.022

<摘要>(45) <PDF>(3)

摘要:
针对目前煤炭企业设备点检管理制度不够规范完善、记录工具落后、不能实时获取点检信息等问题，结合某煤矿实际情况，设计了煤炭企业设备点检管理系统，详细介绍了该系统的总体应用架构模型和业务流程，阐述了系统各业务功能模块的作用。该系统的实施完善了煤炭企业设备点检制度，规范了点检业务流程，提高了企业的设备管理水平。

煤矿井下运输智能调度指挥系统

王保德

2014, 40(7): 87-89. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.07.023

<摘要>(46) <PDF>(4)

摘要:
介绍了一种煤矿井下运输智能调度指挥系统的组成及工作原理。该系统实现了机车位置监测、行驶方向识别、道岔控制、信号指引、语音通话、安全预警、移动视频监控、运营调度管理等功能，其应用有效预防了煤矿井下运输事故的发生，提高了井下轨道运输管理水平，并减轻了工人的劳动强度。

重大危险源动态监管系统的设计与实现

许金

2014, 40(7): 90-93. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.07.024

<摘要>(49) <PDF>(3)

摘要:
针对现有危险源管理系统缺乏分类评价机制以及灾变评估和应急预案管理功能的问题，以某市安全生产监督管理局对危险源的管理要求为背景，设计并实现了一种新的重大危险源动态监管系统。该系统基于.Net平台构建，采用分层架构设计，支持微软消息队列、关系数据库等数据源，并提供Web Service来实现异构系统的互联互通，同时采用GIS技术实现灾害事故覆盖区域模拟，实现了重大危险源网上申报管理、有效辨识、分类分级、控制水平评估、灾变模拟分析和应急救援等功能。现场工业试验表明，该系统可完整实现对各种危险源的在线管理和动态监管。

一种嵌入式串口共享服务器的设计

谢国军

2014, 40(7): 93-95. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.07.025

<摘要>(30) <PDF>(5)

摘要:
针对目前大多数串口服务器仅支持主副机而不支持多主机、不支持Modbus TCP转Modbus RTU等问题，设计了一种嵌入式串口共享服务器。该串口共享服务器采用Cortex-M3内核的LM3S9B92芯片设计，实现了单芯片以太网到3个串口的转换功能。测试结果表明，该串口共享服务器收发数据准确，通信速率高，且具有Modbus TCP转Modbus RTU功能。

煤矿综采工作面输送设备嵌入式监控平台设计

杜岩, 孟国营, 张瀚文, 张妙恬, 冯禹

2014, 40(7): 96-98. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.07.026

<摘要>(42) <PDF>(2)

摘要:
针对目前国内煤矿综采工作面输送设备监控系统存在的硬件结构复杂、成本过高、尺寸过大及散热不理想等问题，提出了一种基于嵌入式技术的煤矿综采工作面输送设备监控平台设计方案。该平台以嵌入式微控制器STM32为核心，通过集成RS485和以太网等接口实现监控数据传输。基于嵌入式实时操作系统μC/OS-II开发了平台多任务应用软件，并采用图形用户界面软件μC/GUI设计人机交互界面。该平台可实现对各输送设备工况和启停状态的集中监控，具有性价比高、集成度高、功耗低等优点。

一种矿井通风中精确测定风速的方法

萨贤春, 曹娟, 王宁

2014, 40(7): 99-103. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.07.027

<摘要>(64) <PDF>(2)

摘要:
针对超声波传感器接收超声波脉冲信号时由于存在起振过程，导致脉冲到达接收传感器的时间难以精确测定的问题，提出一种矿井通风中精确测定风速的方法，即通过拟合接收传感器接收到的正弦信号曲线及其包络线，计算出超声波脉冲信号到达传感器的时刻。对模拟采样数据的计算及分析结果表明，该方法能够达到较高的测时精度，从而能够保证矿井巷道测风精度。

矿井提升机群远程智能测控系统研究

付贵祥, 周红军, 何莉

2014, 40(7): 103-105. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.07.028

<摘要>(44) <PDF>(6)

摘要:
介绍了矿井提升机群远程智能测控系统的总体设计、硬件结构设计及主要功能。该系统将物联网技术与通信技术相结合，采用M2M网关技术来完成异构数据的转换，实现了提升机群远程监测与系统维护、故障诊断等功能，提高了矿井提升能力，降低了生产成本。

基于PLC的全岩巷道智能连续排矸控制系统设计

符如康

2014, 40(7): 106-108. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.07.029

<摘要>(34) <PDF>(2)

摘要:
为了提高排矸效率，针对“挖掘机+带式输送机+连续分矸装置+矿车”的排矸工艺，设计了一种基于PLC的全岩巷道智能连续排矸控制系统，介绍了该系统的功能要求，详细分析了该系统的总体控制方案和控制流程。现场应用结果表明，该系统运行安全稳定，排矸效率提高了20%。

基于多Agent和网格技术的煤炭企业项目组合信息管理平台研究

杨彬, 李默

2014, 40(7): 109-112. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.07.030

<摘要>(47) <PDF>(2)

摘要:
为了解决煤炭企业项目组合各参与方信息平台的异构问题，提出了一种基于多Agent和网格技术的煤炭企业项目组合信息管理平台，给出了该平台的框架、各Agent实体的功能设计及平台运行流程。该平台采用网格技术实现了各异构平台的集成，使得项目组合各参与方可协作工作，并采用多Agent系统将网格环境融合到各异构平台中，实现了各参与方信息平台的统一配置和管理。该平台在某煤炭企业的应用验证了其有效性。

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