CN102122159A - 一种综采工作面生产自动化系统 - Google Patents
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Abstract
一种综采工作面生产自动化系统，包括工作面中央控制中心、工作面本安型工业以太环网网络、工作面视频系统和工作面语音通讯系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种在煤矿井下综采工作面生产自动化系统，尤其涉及一种使用工业以太网为数据通道，实现综采工作面自动监视、控制的系统。
背景技术
20世纪90年代以来，世界煤矿工业向高效集约化生产迅猛发展，工作面自动化、信息化程度不断升级。我国有数百个大型煤矿，数万个中小煤矿，对高效生产设备和安全装备的需求很大。广大煤矿企业从国际国内先进矿井的经验中已经看到，走高效自动化采掘成套装备集成控制之路，是煤矿企业的必由之路。
国外，已有成熟的采煤机综采工作面控制系统，以DBT、JOY公司为代表。这两家均是国际综采设备高端供应商，提供工作面成套综采设备，并形成一套独立、完善的综采自动化控制体系。但其对软、硬件要求较高，工作原理复杂，不适合在中国的大规模应用。
国内，目前还没有成熟的综采工作面自动化控制系统，如天津贝克、天津华宁等公司虽做出过一些初步研究，但其主要是针对工作面语音通讯、三机集中控制、闭锁、保护等的分别研究，没有从整体的高度考虑综采工作面生产自动化的问题。
为了满足高产高效现代化矿井对煤矿综采工作面自动化和信息化的需要，要求可以由一种符合中国国情的煤矿井下综采工作面生产自动化系统，使其可以实现井下综采工作面生产信息在地面调度中心的实时显示和管理，及顺槽的集中自动化控制。使地面工作人员可以随时了解井下工作面的生产情况，进行科学的生产管理，最大程度地提高生产设备的开机率，实现连续高效生产。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种综采工作面生产自动化系统，包括：工作面中央控制中心、工作面本安型工业以太网网络、工作面视频系统和工作面语音通讯系统；
其中工作面中央控制中心包括控制装置、人机交互装置和多个功能模块；所述控制装置包括防爆型计算机，由计算机控制人机交互装置和各功能模块；所述人机交互装置包括操控台和监视器；所述多个功能模块包括可编程序控制器模块、视频模块、通讯模块、音频模块、交换机模块和电源模块，其中所述可编程序控制器模块连接工作面综采设备，控制工作面综采设备的启停；所述视频模块和音频模块分别控制所述工作面视频系统和工作面语音通讯系统的运行；所述交换机模块和通讯模块控制工作面本安型工业以太网网络的运行；
工作面本安型工业以太网网络包括三层交换机、内嵌交换机模块的工作面综合接入器、铠装电缆、快速插接光缆、光电转换器；所述工业以太网网络的带宽达100Mb/s；所述三层交换机通过铠装电缆或光缆连接工业以太网网络；工作面中央控制中心通过铠装电缆与三层交换机连接，实现工作面中央控制中心与以太网网络的数据连接，以实现对工作面综采设备的工作参数读写和远程监视；
所述工作面综合接入器有多个，其通过铠装电缆串联，每个工作面综合接入器包括多个电接口，其通过电接口控制工作面设备并接收工作面设备的状态信号；工作面综合接入器中包括有交换机模块，交换机模块使多个工作面综合接入器联网；所述光电转换器至少有两个，用于工业以太网网络中传输的电信号与光信号的相互转换，光电转换器中的一个通过铠装电缆连接工业以太网网络中第一个工作面综合接入器，另一个通过铠装电缆连接最后一个工作面综合接入器，两个光电转换器通过冗余光缆互连，从而组成环网；
工作面视频系统包括网络摄像头、视频监视器和视频操作台；所述网络摄像头的视频数据通过工业以太网网络传输到视频监视器显示；网络摄像头有一个或多个，由视频操作台控制视频监视器显示多个摄像头中的任意一个或任意几个传回的数据；
工作面语音通讯系统包括数字语音部分和模拟语音部分；所述数字语音部分包括无线手机和无线AP节点；模拟语音部分包括功放电路和扬声器；所述数字语音部分和模拟语音部分都由工作面综合接入器控制，数字语音信号通过工业以太网网络传输。
所述工作面本安型工业以太网网络中的冗余光缆由多条具有快速插接接头的光缆段连接而成。
所述工作面综合接入器还具有多个用于系统扩展的备用电接口。
工业以太网网络具有全工作面无线覆盖。
工作面视频系统通过设置网络摄像头实现工作面全数字视频覆盖。
任意两个相邻工作面综合接入器之间可以设置两个光电转换器，上述两个工作面综合接入器中的每个通过铠装电缆连接一个光电转换器，两个光电转换器之间通过光缆连接。
本发明的优点在于：
1、首次提出工作面中央调度指挥中心的概念，将工作面的设备、人员和工作环境进行综合考虑；
2、在综采工作面中应用冗余工业以太环网，提高系统可靠性；
3、解决工作面视频采集、网络传输及顺槽集中显示；
4、实现“三网合一”，将控制信号、音频、视频同时在以太网上传输；
5、区分数据的优先级，保证关键设备、关键工作的正常运行。
附图说明
附图1为本发明所述综采工作面生产自动化系统的结构示意图；
附图2为本发明所述综采工作面生产自动化系统中工作面中央控制中心的结构示意图；
附图3为附图1综采工作面生产自动化系统中本安型工业以太环网网络的一个优选实施方式的示意图。
具体实施方式
如附图1所示，一种综采工作面生产自动化系统，包括：工作面中央控制中心、工作面本安型工业以太网网络、工作面视频系统和工作面语音通讯系统；工作面中央控制中心控制综采设备的启停，并通过工作面本安型工业以太网网络读取和写入综采设备的工作参数；另外，工作面中央控制中心还通过工作面本安型工业以太网网络控制工作面视频系统和工作面语音通讯系统的工作，同时通过工作面本安型工业以太网网络接收工作面视频系统和工作面语音通讯系统的数据，根据情况执行显示、播放、储存等处理动作。
参见附图2，工作面中央控制中心包括控制装置、人机交互装置和多个功能模块；所述控制装置包括防爆型计算机，由计算机控制人机交互装置和各功能模块；所述人机交互装置包括操控台和监视器；所述多个功能模块包括可编程序控制器模块、视频模块、通讯模块、音频模块、交换机模块和电源模块，其中所述可编程序控制器模块连接破碎机、转载机、刮板运输机和泵站等工作面综采设备，控制破碎机、转载机、刮板运输机和泵站等工作面综采设备的启停；所述视频模块和音频模块分别控制所述工作面视频系统和工作面语音通讯系统的运行；所述交换机模块和通讯模块控制工作面本安型工业以太网网络的运行；
参见附图3，工作面本安型工业以太网网络包括三层交换机、内嵌交换机模块的工作面综合接入器、铠装电缆、快速插接光缆、光电转换器；所述工业以太网网络的带宽达100Mb/s；所述三层交换机通过铠装电缆或光缆连接工业以太网网络；工作面中央控制中心通过铠装电缆与三层交换机连接，实现工作面中央控制中心与以太网网络的数据连接，以实现对综采工作面综采设备的工作参数读写和远程监视；
所述工作面综合接入器有多个，其通过铠装电缆串联，每个工作面综合接入器包括多个电接口，其通过电接口控制工作面设备并接收工作面设备的状态信号；工作面综合接入器中包括有交换机模块，交换机模块使多个工作面综合接入器联网；所述光电转换器至少有两个，用于工业以太网网络中传输的电信号与光信号的相互转换，光电转换器中的一个通过铠装电缆连接工业以太网网络中第一个工作面综合接入器，另一个通过铠装电缆连接最后一个工作面综合接入器，两个光电转换器通过冗余光缆互连，从而组成环网；
工作面视频系统包括网络摄像头、视频监视器和视频操作台；所述网络摄像头的视频数据通过工业以太网网络传输到视频监视器显示；网络摄像头有一个或多个，由视频操作台控制视频监视器显示多个摄像头中的任意一个或任意几个传回的数据；
工作面语音通讯系统包括数字语音部分和模拟语音部分；所述数字语音部分包括无线手机和无线AP节点；模拟语音部分包括功放电路和扬声器；无线AP节点和模拟语音部分可以设置在工作面综合接入器中，也可以单独设置，在系统工作时，数字语音通过无线手机传输到无线AP节点，并通过工作面综合接入器的控制经工业以太网网络传输到工作面中央控制中心，模拟语音可以通过话筒经功放电路处理，由工作面综合接入器控制在任意扬声器处输出语音。
工作面本安型工业以太网网络中的冗余光缆可以由多条具有快速插接接头的光缆段连接而成，快速插接接头可以选择现有的产品，也可以根据需要自己设计结构，所述光缆段的长度根据需要在允许的范围内自由选取，如为便于更换，可以将光缆段的长度尽量取小，只要衰减满足传输需要即可。
工作面综合接入器作为网络中的节点，承担控制、传输、预处理等多项功能，因此，其上可以设多个备用电接口，以用于系统的扩展。
工作面视频系统通过设置网络摄像头实现工作面全数字视频覆盖。
工作面本安型工业以太网网络中，如两工作面综合接入器之间的距离过长，则铠装电缆因为衰减的原因无法满足信号传输的需要，这时可以在两个工作面综合接入器之间设置两个光电转换器，两个工作面综合接入器中的每个各通过铠装电缆连接一个光电转换器，两个光电转换器之间通过光缆连接(参见附图3)，以这种方式实现信号在两个工作面综合接入器之间的远距离传输。
以上所述，仅为本发明专利较佳的具体实施方式，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明专利的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种综采工作面生产自动化系统，包括：工作面中央控制中心、工作面本安型工业以太网网络、工作面视频系统和工作面语音通讯系统；
其中工作面中央控制中心包括控制装置、人机交互装置和多个功能模块；所述控制装置包括防爆型计算机，由计算机控制人机交互装置和各功能模块；所述人机交互装置包括操控台和监视器；所述多个功能模块包括可编程序控制器模块、视频模块、通讯模块、音频模块、交换机模块和电源模块，其中所述可编程序控制器模块连接工作面综采设备，控制工作面综采设备的启停；所述视频模块和音频模块分别控制所述工作面视频系统和工作面语音通讯系统的运行；所述交换机模块和通讯模块控制工作面本安型工业以太网网络的运行；
工作面本安型工业以太网网络包括三层交换机、内嵌交换机模块的工作面综合接入器、铠装电缆、快速插接光缆、光电转换器；所述工业以太网网络的带宽达100Mb/s；所述三层交换机通过铠装电缆或光缆连接工业以太网网络；工作面中央控制中心通过铠装电缆与三层交换机连接，实现工作面中央控制中心与以太网网络的数据连接，以实现对工作面综采设备的工作参数读写和远程监控；
所述工作面综合接入器有多个，其通过铠装电缆串联，每个工作面综合接入器包括多个电接口，其通过电接口控制工作面设备并接收工作面设备的状态信号；工作面综合接入器中包括有交换机模块，交换机模块使多个工作面综合接入器联网；所述光电转换器至少有两个，用于工业以太网网络中传输的电信号与光信号的相互转换，光电转换器中的一个通过铠装电缆连接工业以太网网络中第一个工作面综合接入器，另一个通过铠装电缆连接最后一个工作面综合接入器，两个光电转换器通过光缆互连，从而组成环网；
工作面视频系统包括网络摄像头、视频监视器和视频操作台；所述网络摄像头的视频数据通过工业以太网网络传输到视频监视器显示；网络摄像头有一个或多个，由视频操作台控制视频监视器显示多个摄像头中的任意一个或任意几个传回的数据；
工作面语音通讯系统包括数字语音部分和模拟语音部分；所述数字语音部分包括无线手机和无线AP节点；模拟语音部分包括功放电路和扬声器；所述数字语音部分和模拟语音部分都由工作面综合接入器控制，数字语音信号通过工业以太网网络传输。
2.如权利要求1所述的综采工作面生产自动化系统，其中所述工作面本安型工业以太网网络中的冗余光缆由多条具有快速插接接头的光缆段连接而成。
3.如权利要求1或2所述的综采工作面生产自动化系统，其中所述工作面综合接入器还具有多个用于系统扩展的备用电接口。
4.如权利要求1所述的系统，其中工业以太网网络具有全工作面无线覆盖。
5.如权利要求1所述的系统，其中工作面视频系统通过设置网络摄像头实现工作面全数字视频覆盖。
6.如权利要求1所述的系统，其中任意两个相邻工作面综合接入器之间设置两个光电转换器，上述两个工作面综合接入器中的每一个通过铠装电缆连接一个光电转换器，两个光电转换器之间通过光缆连接。
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