内容提要：采用现代计算机技术及信号处理技术对现场工况进行实时采集、分析、报警，可以提高生产的安全性、可靠性，本项目采用激光校准装置，对提升绳进行在线监测，一旦发生松绳情况，立即报警，操作司机迅速采取措施，防止发生恶性事故。
关键词：激光；控制；松绳保护
一、提出的背景
主井与副井提升采用单绳缠绕方式的矿井，松绳保护为机械式拉线开关。拉线开关长期使用，开关内拉簧容易变形，加之开关固定位置相对较高，不便日常检修维护，维修电工只能靠一根挂在拉线下面的试验拉绳做试验，造成即使提升绳松了，而拉线开关也不动作，松绳保护不起作用。由于采用检测手段原始，只能简单的测试现场情况，不利于早期发现故障隐患，采用现代计算机技术及信号处理技术对现场工况进行实时采集、分析、报警。可以提高生产的安全性、可靠性，避免重大事故的发生。因此系统的应用对安全生产管理具有重要现实意义。
二、研修过程
本项目采用激光校准装置，对提升绳进行在线监测，一旦发生松绳情况，立即报警，操作司机迅速采取措施，防止发生恶性事故，具体过程如下：
1、在提升绳安全范围内，一侧分段安装激光发射装置发射两束激光，另一侧分段安装激光接收装置接收激光；
2、光电处理器把接收的光信号转换为电信号传送至标准工业现场采集模块，并通过工业现场通讯模块进行数据通讯；
3、采集的数据信号分两路，通过RS—485总线一路传送至提升机主回路进行控制保护；一路传送至工控机，工控机的程序对接受的现场数据按设置模型进行处理、比较，实现实时监测，并定时记录现场的数据；
4、一旦发生主井卡箕斗或者副井卡罐笼松绳情况，激光接收受阻，数字信号异常，工控机立刻报警提示，提醒司机观察操作台的电压、电流、油压、提升绳等有无异常以便及时采取有效措施，避免重大事故，并写入报警日志。同时控制提升机主回路保护动作，使提升机停止运行，避免因不能及时停车而造成拉断提升绳或者坠箕斗、罐笼，发生恶性事故的情况。
三、成果主要内容
改造完成后，系统具有如下功能：
1、激光自动校准装置自动发出和接收激光信号，将实时采集的信号进行处理并反馈。
2、对异常状况进行实时控制、保护和反馈。
3、实时数据动态显示功能，司机便于及时了解；
4、根据建立的模型可以分析故障的出现点，并形成日志文件，提供完整的故障信息，便于查询管理。
（一）系统的关键技术
激光自动校准装置的关键技术主要包括激光的发射和接收、数据信号的采集、数据信号的处理、保护控制和数据监测记录。
1、激光的发射和接收
普通光源是向四面八方发光。要让发射的光朝一个方向传播，需要给光源装上一定的聚光装置，使辐射光汇集起来向一个方向射出。激光发射装置发射的激光，天生就是朝一个方向射出，光束的发散度极小，大约只有0.001弧度，接近平行。
激光有很多特性：首先，激光是单色的，或者说是单频的。有一些激光器可以同时产生不同频率的激光，但是这些激光是互相隔离的，使用时也是分开的。其次，激光是相干光。相干光的特征是其所有的光波都是同步的，整束光就好像一个“波列”。再次，激光是高度集中的，也就是说它要走很长的一段距离才会出现分散或者收敛的现象。
选用激光发射接收器就是利用激光的灵敏可靠性，保证光源在传输过程中保持高度集中且与其他光源平行不干扰。激光自动校准装置在提升绳安全范围内，一侧分段安装激光发射装置发射两束激光，另一侧分段安装激光接收装置接收激光。当提升绳在安全范围内，如俯视图1所示激光接收器能够接收到发射器发出的激光束；当发生主井卡箕斗或者副井卡罐笼松绳情况，提升绳晃动在安全范围外，如俯视图2所示，激光接收受阻，数字信号异常。
2、数据信号的采集
根据实际设备情况以及系统的组织，需要采集的工况参数有：
●设备的开、停状态
●光接收器接收的光信号状态
●光信号转换为电信号
●工作电压、电流
设备开停可通过开关量来采集直接反应设备的工作状态。
光接收器接收的光信号状态分为正常接收状态和受阻状态。
光信号经过光电处理器转换为电信号传送至标准工业现场采集模块，并通过工业现场通讯模块进行数据通讯。
工作电压、电流使用标准的电能质量分析仪（安大电子学院自主知识产权产品），采集设备的电压、电流，并对电压电流数据进行分析形成各种电能质量数据，汇总后传输。这类数据对于分析设备运行情况、判断故障等具有重要的意义，是反映设备工作状态的重要参数。
3、数据信号的处理
采集的数据信号分两路处理，一路通过RS—485总线传送至提升机主回路进行控制保护；一路传送至工控机，工控机的程序对接受的现场数据按设置模型进行处理、比较，实现实时监测，并定时记录现场的数据。
RS-485具有以下特点：
●与TTL电平兼容，可方便与TTL 电路连接
●数据最高传输速率为10Mbps
●接口采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好
●最大的通信距离约为1219M，最大传输速率为10Mb/S，最大支持32个节点
通讯网络只设有一个主机，所有通信都由他发起。网络可支持254个之多的远程从属控制器，但实际所支持的从机数要由所用通信设备决定。
RS-485协议：
此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构，而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了一控制器请求访问其它设备的过程，如何回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。
●此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成反馈信息按本协议发出。
●对于通信错误的检测分为超时检测和CRC校验检测。超时检测用户要给主设备配置一预先定义的超时时间间隔，这个时间间隔要足够长，以使任何从设备都能作为正常反应。如果从设备检测到一传输错误，消息将不会接收，也不会向主设备作出回应。这样超时事件将触发主设备来处理错误。发往不存在的从设备的地址也会产生超时。CRC检测由传输设备计算后加入到消息中。接收设备重新计算收到消息的CRC，并与接收到的CRC域中的值比较，如果两值不同，则有误，从设备对本消息不作回应。
4、保护控制和数据监测记录
提升机主回路中的保护控制电路通过RS—485总线接收到控制信号，一旦发生主井卡箕斗或者副井卡罐笼松绳情况，根据信号的状态执行自我保护动作，使提升机停止运行，避免因不能及时停车而造成拉断提升绳或者坠箕斗、罐笼，发生恶性事故的情况。同时工控机立刻报警提示，并写入报警日志。在正常状态下，工控机对接收的按设置模型进行处理、比较，实现实时监测，并定时记录现场的数据。
工控机的作用：
●对传输的参数汇总并形成数据库。
●根据数据模型对数据进行计算分析形成故障预警、阈值报警。
●提供基于角色的管理页面。
●形成各种日志并存储。
（二）、系统结构
激光自动校准装置具体结构如下：
四、效益分析
主井与副井采用激光自动校准装置来替代传统的机械式拉线开关，可以达到如下目的：
（1）、采用激光自动校准装置来代替机械松绳保护开关，能有解决传统方法难以解决的问题；
（2）、改造完成后，系统实时显示设备状态，便于司机及时了解；对异常状态及时采取有效保护措施，避免重大事故；
（3）、根据建立的模型可以分析故障的出现点，并形成日志文件，提供完整的故障信息，便于查询管理；
（4）提高管理水平、提高生产的自动化水平、降低维修成本、保障安全生产，为系统的安全经济运行提供有力保障。
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