CN101907887B - 矿用液压支架控制器、支架控制系统及通信方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的矿用液压支架控制器，包括：处理器模块、第一信号调理模块、第二信号调理模块、第一通信接口，第二通信接口；处理器模块生成数据帧信号或处理数据帧信号；第一信号调理模块与第一通信接口和处理器模块连接，接收第一邻矿用液压支架控制器的数据帧信号，对数据帧信号进行整形和滤波处理，并发送给处理器模块处理；第二信号调理模块与第二通信接口和处理器模块连接；接收处理器模块发送的数据帧信号，对数据帧信号进行滤波和放大处理，并发送给第二邻矿用液压支架控制器。本发明还提供了由多个矿用液压支架控制器构成的支架控制器系统以及相应的通信方法，通过本发明无须中继器即可实现远距离传输，同时无需网络终端器，节省部件和成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于煤矿综采工作面液压支架的矿用液压支架控制器、由矿用液压支架控制器构成的支架控制系统及其通信方法。
背景技术
申请号为200710118488.8的申请文件中公开了一种由单线CAN总线构成的矿用液压支架控制器，如图1所示：该矿用液压支架控制器通过一个单片机模块和四个由单线CAN收发器和CAN控制器构成的CAN通信电路连接，单片机模块发送的数据信息通过CAN收发器和CAN控制器进行协议解析后生成符合CAN协议的数据帧信号与邻支架或电液控制系统监控主机进行通信。
但是，由于CAN通信协议的标准并不是针对采煤行业而设定的，由于CAN通信协议本身属性的局限性，总线往往有最大节点数的限制，因此在无中继器的情况下，现有技术无法实现长距离高速率的数据传输，因此网络节点受到数量上的限制；对于总线形式的通信协议，需要在主干线的两端增加网络终端器。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种矿用液压支架控制器及支架控制系统及相应的通信方法，无须中继器即可实现远距离传输，同时无需网络终端器，节省部件和成本。
本发明一种矿用液压支架控制器，包括：处理器模块、第一信号调理模块、第二信号调理模块、第一通信接口，第二通信接口；
所述处理器模块用于生成数据帧信号或处理第一邻矿用液压支架控制器的数据帧信号；
所述第一信号调理模块一端与所述第一通信接口连接，另一端与所述处理器模块连接，用于通过所述第一通信接口接收所述第一邻矿用液压支架控制器的数据帧信号，对所述数据帧信号进行整形和滤波处理，并发送给所述处理器模块处理；
所述第二信号调理模块一端与所述第二通信接口连接，另一端与所述处理器模块连接；用于接收所述处理器模块发送的数据帧信号，对所述数据帧信号进行滤波和放大处理，并通过所述第二通信接口发送给第二邻矿用液压支架控制器。
本发明还提供一种由上述矿用液压支架控制器构成的支架控制系统，包括多个矿用液压支架控制器，每个所述矿用液压支架控制器包括：处理器模块、第一信号调理模块、第二信号调理模块、第一通信接口，第二通信接口；
所述处理器模块用于生成数据帧信号或处理第一邻矿用液压支架控制器的数据帧信号；
所述第一信号调理模块一端与所述第一通信接口连接，另一端与所述处理器模块连接，用于通过所述第一通信接口接收所述第一邻矿用液压支架控制器的数据帧信号，对所述数据帧信号进行整形和滤波处理，并发送给所述处理器模块处理；
所述第二信号调理模块一端与所述第二通信接口连接，另一端与所述处理器模块连接；用于接收所述处理器模块发送的数据帧信号，对所述数据帧信号进行滤波和放大处理，并通过所述第二通信接口发送给第二邻矿用液压支架控制器。
另外，本发明还提供一种上述矿用液压支架控制系统的通信方法，包括步骤：
第一邻矿用液压支架控制器的处理器模块生成数据帧信号，所述第一信号调理模块通过所述第一通信接口接收所述第一邻矿用液压支架控制器的数据帧信号，对所述数据帧信号进行整形和滤波处理，并发送给所述处理器模块处理；
所述处理器模块对所述第一邻矿用液压支架控制器的数据帧信号进行处理或转发所述数据帧信号；
所述第二信号接收所述处理器模块发送的所述数据帧信号，对所述数据帧信号进行滤波和放大处理，并通过所述第二通信接口发送给第二邻矿用液压支架控制器。
由以上方案可以看出，本发明中的数据帧信号经过信号调理电路的驱动放大后，在提升传输速率和抗扰能力的同时，保证了满足要求的传输距离，无需中继器，网络节点数量不受限制；另外，处理器模块根据既定通信协议完成数据帧信号的生成过程，无需网络终端器，节省了部件和成本，简化系统结构，减少可能的故障点。
附图说明
图1为现有技术中由单线CAN总线构成的支架控制器的结构示意图；
图2为本发明的矿用液压支架控制器的结构示意图；
图3为本发明的4芯通信电缆及接头组件的结构图；
图4为本发明的支架控制系统通信方法的流程图；
图5为本发明的一优选实例中矿用液压支架控制器的结构示意图；
图6为一个实施例中信号调理模块的结构示意图。
具体实施方式
图2为本发明的矿用液压支架控制器的结构示意图，如图所示，包括一个作为中央处理器的处理器模块，处理器模块与两个信号调理模块连接，即图中的第一信号调理模块、第二信号调理模块(任何一个信号调理模块在接收数据帧信号时充当第一信号调理模块的角色，转发数据帧信号时充当第二信号调理模块的角色)；每个信号调理模块和一个通信接口连接，即图中的第一通信接口，第二通信接口。在本发明中，当矿用液压支架控制器作为数据信号的源发送端时，处理器模块负责按照预定的通信协议规则生成数据帧信号；当矿用液压支架控制器作为数据信号的目的接收端时，处理器模块负责处理所接收到的数据帧信号；当矿用液压支架控制器作为数据信号的中转设备时，处理器模块负责将接收到的数据帧信号转发到下一个矿用液压支架控制器。
两个信号调理模块均可以用来进行接收或发送数据帧信号，当接收邻矿用液压支架控制器的数据帧信号时，对接收到的数据帧信号进行整形和滤波处理，并发送给处理器模块处理；当需要转发邻矿用液压支架控制器的数据帧信号时，对所述数据帧信号进行滤波和放大处理，并通过所连接的通信接口发送给下一个邻矿用液压支架控制器。
本发明针对于目前CAN通信协议的CAN总线通信方式同样适用，但是由于使用CAN通信协议的矿用液压支架控制器受到CAN通信协议本身属性的限制，例如，CAN协议通信采用轮询方式以及半双工通信的方式，降低了通信速度，并且CAN总线方式不能在同一时刻多个节点进行数据传输等，作为本发明的进一步改进，在一个优选实施例中，本发明采用全双工通信，例如，通用异步接收/发送信号UART方式，以实现不同网络节点之间可在同一时刻进行数据传输，实现数据的并行处理。另外，本发明还提供了专门为矿用液压支架控制器设计的通信协议，并提供了相应的通信协议机制，在满足井下通信电缆为4芯电缆的要求的前提下，实现全双工的通信方式。如图3所示，所使用的4根通信线缆分别是一路UART发送线缆，一路UART接收线缆，一路电源线缆，一路地线线缆，信号线缆根据实际接口功能不同，具有不同的功能定义。本发明的通信协议采用全双工的通信方式，控制器间通信的数据帧信号具有固定的字节数，包括不同的字段：起始字段、序号字段和数据字段。
起始字段标定数据帧信号的起始位置，根据起始位置可以获悉数据帧信息开始的位置。
序号字段标示数据帧信号的发送顺序，便于作为目的接收端的矿用液压支架控制器在对所接收到的数据帧信号处理时进行排序。
数据字段为实际要发送的数据信息，包含进行逻辑控制的所有信息。通过数据字段可以实现与邻支架的点对点的通信，通信协议按照一定的规则为网络中的每个节点分配唯一的定义了每个节点的ID，数据字段中可以还包含承载了矿用液压支架控制器的标识信息；每个节点发送数据帧信号时，发送的数据帧信号中包含发送节点的标识信息，在整个支架控制系统中，位于源发送端和目的接收端间的所有节点都会收到源发送端发出的数据帧信号，当判断标识信息后决定是否进行转发或接收处理此数据帧信息。通过该字段不仅可以实现邻支架控制，还可以实现各支架的成组控制，只需在标识信息中写入需要控制的矿用液压支架控制器的起始和结束ID即可。另外，还可以满足远程监控主机对数据传输的要求。并且，在数据信息中写入广播字段也可以实现各矿用液压支架控制器之间以及远端主机与矿用液压支架控制器的点对面的广播通信。
根据上述本发明的通信机制，本发明提供了相应的矿用液压支架控制器系统的通信方法，如图4所示，当多个矿用液压支架控制器进行通信时，第一邻矿用液压支架控制器作为源发送端，其处理器模块按照通信协议生成数据帧信号，接收第一邻矿用液压支架控制器的数据帧信号的矿用液压支架控制器的第一信号调理模块通过第一通信接口接收数据帧信号，对数据帧信号进行整形和滤波处理，并发送给它的处理器模块处理(S1)；处理器模块对所述第一邻矿用液压支架控制器的数据帧信号进行处理或转发数据帧信号(S2)；第二信号调理模块接收处理器模块发送的数据帧信号，对数据帧信号进行滤波和放大处理，并通过第二通信接口发送给第二邻矿用液压支架控制器(S3)。
作为对上述通信协议机制的进一步改进，本发明根据各类数据的重要性和对实时性的不同要求，在数据链路层设置了应答和错误重发机制，提高了抗干扰性和错误检验方面的性能。在组成数据帧信号的字段中还可以包含类型字段和校验字段。
类型字段用于判断数据帧信号的优先级，高优先级的数据帧信号优先发送，同时接收节点也可以根据类型字段的不同，判断是否对所接收到的数据帧信号进行应答。另外还可以设置故障策略，例如，根据类型字段需要被应答的数据帧信号，如果在规定时间内未得到应答，则重发此数据帧，当出现规定的重发次数后仍无应答的情况，则标定通信故障。进一步，为了减轻线路通信的压力，作为本发明的进一步改进，对于重要的数据，如无应答就宣布发生错误，并且多次重发，直到发送成功才算一次发送任务；对于一些数据量大但是允许少量丢失的数据，发送数据后就完成一次发送任务。从而保证了重要数据的可靠传输，又最大限度的降低了通信总线的负荷。
校验字段通过和校验的方式校验数据帧信号传输的正确性。
为了更加清晰的理解本发明，以下产生一个本发明的应用实例，如图5所示，矿用液压支架控制器的处理器模块使用的是具有高性能的内核和大量的外设接口的单片机；处理器模块与两个信号调理模块连接，信号调理模块与一个通信接口连接，处理器模块与一个显示模块连接，处理器模块与一个按键控制模块连接，单片机与一个AD转换模块连接，AD转换模块连接7路模拟量输入接口，此AD转换模块可以将不同输出形式的行程传感器和压力传感器的模拟信号转换为数字信号。处理器模块与两个RS485收发器连接，RS485收发器连接一个RS485接口，矿用液压支架控制器通过此接口与电磁阀驱动器进行连接。处理器模块与一个数字接口连接，矿用液压支架控制器通过此接口与红外接收器连接。
本实施例中所述的信号调理模块由第一信号调理模块和第二信号调理模块组成，同时具备两种信号调理模块的功能，以实现双向通信。如图6所示，本实施例中第二信号调理模块包括功率放大电路和滤波电路，作为一个优选实例，可以通过高速开关管驱动器完成TTL电平信号与连接线缆上幅值为12V的信号之间的转换。第一信号调理模块包括滤波电路和整形电路，作为一个优选实例，可以通过施密特触发反相器完成连接线缆上幅值为12V的信号与TTL电平信号之间的转换，本信号调理模块用于实现左右邻控制器之间的数据通信。以下阐述一个两个相邻矿用液压支架控制器进行点对点通信的过程：第一矿用液压支架控制器的处理器模块输出的UART信号经驱动放大电路提升为12V电平信号，经通信电缆降压传输后发送至第二矿用液压支架控制器，经信号调理模块中的整形电路后，由第二矿用液压支架控制器的处理器模块进行处理。同样，第二矿用液压支架控制器的处理器模块输出的UART信号也可以经同样的另一途径到达第一矿用液压支架控制器的处理器模块，从而实现两台相邻控制器之间的数据通信。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (14)
1.一种矿用液压支架控制器，其特征在于，包括：处理器模块、第一信号调理模块、第二信号调理模块、第一通信接口，第二通信接口；
所述处理器模块用于生成数据帧信号或处理第一邻矿用液压支架控制器的数据帧信号；
所述第一信号调理模块一端与所述第一通信接口连接，另一端与所述处理器模块连接，用于通过所述第一通信接口接收所述第一邻矿用液压支架控制器的数据帧信号，对所述数据帧信号进行整形和滤波处理，并发送给所述处理器模块处理；
所述第二信号调理模块一端与所述第二通信接口连接，另一端与所述处理器模块连接；用于接收所述处理器模块发送的数据帧信号，对所述数据帧信号进行滤波和放大处理，并通过所述第二通信接口发送给第二邻矿用液压支架控制器。
2.根据权利要求1所述的矿用液压支架控制器，其特征在于：还包括与所述处理器模块连接的RS485收发器，与所述RS485收发器连接的RS485接口，以及与所述RS485接口连接的电磁阀驱动器。
3.根据权利要求1所述的矿用液压支架控制器，其特征在于：所述数据帧信号为全双工信号，所述全双工信号包括通用异步接收/发送信号。
4.根据权利要求3所述的矿用液压支架控制器，其特征在于：所述数据帧信号的帧结构包括：
起始字段，用于标定所述数据帧信号的起始位置；
序号字段，用于标示所述数据帧信号的发送顺序；
数据字段，用于承载数据信息。
5.根据权利要求4所述的矿用液压支架控制器，其特征在于：所述数据帧信号的帧结构还包括：
类型字段，用于设置所述数据帧的优先级以及应答条件；所述处理器模块根据所述优先级发送所述数据帧信号，根据所述应答条件判断是否需要应答以及标定通信故障；
校验字段，用于通过和校验的方式校验所述数据帧信号传输的正确性。
6.一种支架控制系统，包括多个矿用液压支架控制器，其特征在于，每个所述矿用液压支架控制器包括：处理器模块、第一信号调理模块、第二信号调理模块、第一通信接口，第二通信接口；
所述处理器模块用于生成数据帧信号或处理第一邻矿用液压支架控制器的数据帧信号；
所述第一信号调理模块一端与所述第一通信接口连接，另一端与所述处理器模块连接，用于通过所述第一通信接口接收所述第一邻矿用液压支架控制器的数据帧信号，对所述数据帧信号进行整形和滤波处理，并发送给所述处理器模块处理；
所述第二信号调理模块一端与所述第二通信接口连接，另一端与所述处理器模块连接；用于接收所述处理器模块发送的数据帧信号，对所述数据帧信号进行滤波和放大处理，并通过所述第二通信接口发送给第二邻矿用液压支架控制器。
7.根据权利要求6所述的支架控制系统，其特征在于：还包括与所述处理器模块连接的RS485收发器，与所述RS485收发器连接的RS485接口，以及与所述RS485接口连接的电磁阀驱动器。
8.根据权利要求6所述的支架控制系统，其特征在于：所述数据帧信号为全双工信号，所述全双工信号包括通用异步接收/发送信号。
9.根据权利要求8所述的支架控制系统，其特征在于：所述数据帧信号的帧结构包括：
起始字段，用于标定所述数据帧信号的起始位置；
序号字段，用于标示所述数据帧信号的发送顺序；
数据字段，用于承载数据信息。
10.根据权利要求9所述的支架控制系统，其特征在于：所述数据帧信号的帧结构还包括：
类型字段，用于设置所述数据帧的优先级以及应答条件；所述处理器模块根据所述优先级发送所述数据帧信号，根据所述应答条件判断是否需要应答以及标定通信故障；
校验字段，用于通过和校验的方式校验所述数据帧信号传输的正确性。
11.一种如权利要求6所述的支架控制系统的通信方法，其特征在于，包括步骤：
第一邻矿用液压支架控制器的处理器模块生成数据帧信号，所述第一信号调理模块通过所述第一通信接口接收所述第一邻矿用液压支架控制器的数据帧信号，对所述数据帧信号进行整形和滤波处理，并发送给所述处理器模块处理；
所述处理器模块对所述第一邻矿用液压支架控制器的数据帧信号进行处理或转发所述数据帧信号；
所述第二信号接收所述处理器模块发送的所述数据帧信号，对所述数据帧信号进行滤波和放大处理，并通过所述第二通信接口发送给第二邻矿用液压支架控制器。
12.根据权利要求11所述的支架控制系统的通信方法，其特征在于：所述数据帧信号为全双工信号，所述全双工信号包括通用异步接收/发送信号。
13.根据权利要求12所述的支架控制系统的通信方法，其特征在于：所述数据帧信号包括：所述数据帧信号的起始位置、所述数据帧信号的发送顺序信息、以及数据信息；
所述处理器模块对所述第一邻矿用液压支架控制器的数据帧信号进行处理的过程包括：所述处理器模块转发或接收处理所述数据帧信号；当接收处理所述数据帧信号时，根据所述数据帧信号的起始位置接收所述数据帧信号，并根据所述发送顺序信息对所接收的数据帧信号进行排序。
14.根据权利要求13所述的支架控制系统的通信方法，其特征在于：所述数据帧信号还包括：所述数据帧的优先级信息、应答条件以及校验条件；
所述处理器模块对所述第一邻矿用液压支架控制器的数据帧信号进行处理的过程还包括：
所述矿用液压支架控制器根据所述优先级信息发送所述数据帧信号；
根据所述应答条件判断是否需要应答；
通过和校验的方式校验所述数据帧信号传输的正确性。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20101208 Assignee: Shanxi Pingyang Guangri Electromechanical Co., Ltd. Assignor: Guangzhou Ropente Science and Technology Development Co., Ltd. Contract record no.: 2012990000583 Denomination of invention: Mineral hydraulic bracket controller, bracket control system and communication method Granted publication date: 20120704 License type: Exclusive License Record date: 20120808 |
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20101208 Assignee: Shanxi Pingyang Guangri Electromechanical Co., Ltd. Assignor: Guangzhou Ropente Science and Technology Development Co., Ltd. Contract record no.: 2012990000583 Denomination of invention: Mineral hydraulic bracket controller, bracket control system and communication method Granted publication date: 20120704 License type: Exclusive License Record date: 20120808 |
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| LICC | Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model | ||
| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: Nanxiang three road, Science City high tech Industrial Development Zone, Guangzhou city of Guangdong Province, No. 2 510660 Patentee after: Hitachi building technologies (Guangzhou) Co. Ltd. Address before: 510660 Guangdong province Guangzhou Science City, Guangzhou hi tech Industrial Development Zone No. 1 Ke Lin Lu Patentee before: Guangzhou Ropente Science and Technology Development Co., Ltd. |