CN102913278B - 基于模块化通用智能型煤矿井下皮带运输监测控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于模块化通用智能型煤矿井下皮带运输监测控制系统，包括有井下主控机及本安彩色显示器单元、多种皮带保护模块化传感器单元、地面控制计算机单元；采用总线技术集中加分布控制方式，将多个不同的皮带保护传感器分别接入各自对应的模块化传感器接口，再通过快速拔插式接口传送至井下主控机，中央处理器对信号初步处理后，通过CAN总线输出电路将皮带保护参数与控制信号传送至地面计算机分析，再通过地面控制中心监控软件实现对煤矿井下皮带运输系统远程自动化监测、控制。本发明实现了数据的远程动态监测功能，具备故障信息处理自动化、时间提示、故障智能记忆化、查询故障及系统日志事件可视化、皮带结构重构自动化。

Description

基于模块化通用智能型煤矿井下皮带运输监测控制系统

技术领域

本发明涉及矿山自动化工程领域中的煤矿井下皮带运输监测控制系统，尤其是基于模块化通用智能型煤矿井下皮带运输监测控制系统。

背景技术

大同煤业（集团）公司是一个年产2.6亿吨的大型矿井， 煤炭的生产主要靠胶带输送机运输，原有系统每个胶带输送机均独立控制开停，系统分散，控制的灵活性、可靠性差。且各胶带输送机的配置差异较大，给统一调配、事故处理造成诸多不便。原有系统每个胶带输送机设置专人专岗进行操作，生产效率、人员利用率低 。原控制系统采用传统的分立元件及继电器控制方式，仅能实现就地的简单操作，控制方式不灵活，且大量的实时数据不能由调度人员及时监测和管理，系统运行状态以及出现故障时不能及时发现并处理，严重影响了运输系统的可靠运转，进而制约了整个生产系统的运行效率。因而实施模块化通用智能型煤矿井下皮带运输监测控制系统是提高整个矿井生产效率和现代化管理水平的重要和关键环节。

随着计算机技术，通讯技术，自动化技术的飞速发展，为实现矿井运输系统的集中控制和管理提供了良好的技术保障。该系统主要有井下主控机及本安彩色显示器、多种皮带保护模块化传感器、地面控制计算机组成，所述多种皮带保护模块化传感器采用总线接口分别电连接在井下主控机上，所述有井下主控机单元与地面控制计算机通讯，在所述井下主控机单元中通过上位机固化的监控软件，在中心计算机的统一控制下， 实现地面对煤矿井下皮带运输系统远程自动化监测、控制，数据的远程动态监测功能，包括各设备运行状态及各种保护信号的采集与传输，该系统具备故障信息处理自动化、时间提示、故障智能记忆化、查询系统日志事件可视化、皮带结构重构自动化，同时又具备傻瓜式上位机搭建平台，局域网监视和故障报警短信通知功能。

发明内容

本发明提供一种基于模块化通用智能型煤矿井下皮带运输监测控制系统，以解决传统技术中系统分散，控制方式的灵活性、可靠性差；且各胶带输送机的配置差异较大，给统一调配、事故处理造成诸多不便的问题。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

基于模块化通用智能型煤矿井下皮带运输监测控制系统，其特征在于：包括有井下主控机及本安彩色显示器单元、多种皮带保护模块化传感器单元、地面控制计算机单元；所述的多种皮带保护模块化传感器单元包括有安装在井下的多种皮带保护传感器和各传感器的皮带保护模块化传感器接口，皮带保护模块化传感器接口包括有依次连接的信号输入电路、信号放大电路、信号滤波电路、以嵌入式单片机为核心的信号处理电路，所述的各传感器的信号输出端分别与各自的带保护模块化传感器接口的信号输入电路的信号输入端连接，各带保护模块化传感器接口的以嵌入式单片机为核心的信号处理电路的控制输出端共同接入一个4线式CAN总线接口的输入口，以嵌入式单片机为核心的信号处理电路还外接有地址设置模块、显示模块；所述的井下主控机及本安彩色显示器单元包括有中央处理器、本安彩色显示器，所述中央处理器通过串口与本安彩色显示器连接，中央处理器上集成电连接有两路CAN总线接口电路、语音报警电路，语音报警电路的信号输出端连接功放单元，功放单元的信号输出端连接扬声器，中央处理器还外接有RS232接口、存储器接口、键盘接口；所述的地面控制计算机单元包括有计算机，计算机中固化有监控软件；所述4线式CAN总线接口的输出口通过一路CAN总线接口电路与中央处理器电连接，所述各传感器采集的信号信息通过信号输入电路、信号放大电路、信号滤波电路及以嵌入式单片机为核心的信号处理电路处理后传送至中央处理器中，中央处理器再次分析后在本安彩色显示器中动态显示出皮带保护参数和画面，中央处理器通过另一路CAN总线接口电路与计算机通讯，中央处理器还控制连接井下抱闸电机的电磁阀。

所述的基于模块化通用智能型煤矿井下皮带运输监测控制系统，其特征在于：所述的皮带保护传感器包括有堆煤、沿线急停、温度、烟雾、撕裂、跑偏、速度、张力、开停、断带传感器。

所述的基于模块化通用智能型煤矿井下皮带运输监测控制系统，其特征在于：所述计算机中的监控软件包括有模块化分析控制软件单元及可扩充式皮带结构重构数据库软件单元，总线式采集软件单元建立标准、统一动态皮带结构重构自动化监控系统。

所述的基于模块化通用智能型煤矿井下皮带运输监测控制系统，其特征在于：所述中央处理器上还集成电连接有通话打点按钮信号器，中央处理器与通话打点按钮信号器之间连接有操作按钮控制电路，通话打点按钮信号器还与前台信号、话筒、后台信号、功放单元连接。

所述的基于模块化通用智能型煤矿井下皮带运输监测控制系统，其特征在于：所述中央处理器采用嵌入式单片机芯片。

所述的基于模块化通用智能型煤矿井下皮带运输监测控制系统，其特征在于：还包括有本安电源，本安电源的输入电压为127V或660V交流电压，本安电源的电压输出端经过隔离防爆电路后为井下的各皮带保护传感器、本安彩色显示器提供12V电压，为嵌入式单片机芯片提供5V电压。

本发明主要由井下主控机及本安彩色显示器单元、多种皮带保护模块化传感器、地面控制计算机组成，将多个不同的皮带保护传感器分别接入各自对应的模块化传感器接口，再通过4线式CAN总线接口传送至井下主控机及本安彩色显示器单元，中央处理器对信号初步处理后，通过CAN总线输出电路将皮带保护与控制信号传送至地面计算机分析，实现地面对煤矿井下皮带运输系统远程自动化监测、控制，数据的远程动态监测功能，具备故障信息处理自动化、时间提示、故障智能记忆化、查询系统日志事件可视化、皮带结构重构自动化，同时又具备傻瓜式上位机搭建平台，局域网监视和故障报警短信通知功能。

本发明的有益效果在于：

（1）在地面计算机控制中心对井下胶带运输系统进行可视化集中自动控制、综合保护以及生产数据的远程传输，真正实现了井下胶带输送机的无人值守。

（2）井下各主控机及各保护模块化传感器是通用装置，其硬件配置和控制软件完全相同，通过地面计算机控制中心可以对井下各主控机及各保护模块化传感器控制流程、闭锁关系进行在线配置，充分适应矿井胶带运输系统流程变更及设备移位与更新的实际工况。

（3）地面计算机控制中心监控软件采用可视化软件VC开发，编程灵活、界面友好、方便操作和易于维护,该系统在上位机、和井下各主控机分别采用了嵌入式技术和冗余技术，进一步提高系统的可靠性。

附图说明

图1是皮带保护模块化传感器接口的电路原理框图。

图2是井下主控机及本安彩色显示器单元的电路原理框图。

图3是主控机单元的程序流程图。

图4是可扩充式上位机编程软件的功能框图。

图5是系统基本型硬件组成图。

图6是系统扩展型硬件组成图。

图7是本安电源为各装置供电的示意图。

具体实施方式

 如图1、2所示，基于模块化通用智能型煤矿井下皮带运输监测控制系统，包括有井下主控机及本安彩色显示器单元、多种皮带保护模块化传感器单元、地面控制计算机单元；所述的多种皮带保护模块化传感器单元包括有安装在井下的多种皮带保护传感器1和各传感器的皮带保护模块化传感器接口2，皮带保护模块化传感器接口2包括有依次连接的信号输入电路3、信号放大电路4、信号滤波电路5、以嵌入式单片机为核心的信号处理电路6，所述的各传感器1的信号输出端分别与各自的带保护模块化传感器接口2的信号输入电路3的信号输入端连接，各带保护模块化传感器接口2的以嵌入式单片机为核心的信号处理电路6的控制输出端共同接入一个4线式CAN总线接口7的输入口，以嵌入式单片机为核心的信号处理电路6还外接有地址设置模块8、显示模块9；

所述的井下主控机及本安彩色显示器单元包括有中央处理器10、本安彩色显示器11，所述中央处理器10通过串口与本安彩色显示器11连接，中央处理器10上集成电连接有两路CAN总线接口电路12、语音报警电路13，语音报警电路13的信号输出端连接功放单元14，功放单元14的信号输出端连接扬声器15，中央处理器10还外接有RS232接口、存储器接口、键盘接口；所述的地面控制计算机单元包括有计算机16，计算机16中固化有监控软件；所述4线式CAN总线接口7的输出口通过一路CAN总线接口电路12与中央处理器10电连接，所述各传感器1采集的信号信息通过信号输入电路3、信号放大电路4、信号滤波电路5及以嵌入式单片机为核心的信号处理电路6处理后传送至中央处理器10中，中央处理器10再次分析后在本安彩色显示器11中动态显示出皮带保护参数和画面，中央处理器10通过另一路CAN总线接口电路12与计算机16通讯，中央处理器10还控制连接井下抱闸电机的电磁阀17。

所述的皮带保护传感器1包括有堆煤、沿线急停、温度、烟雾、撕裂、跑偏、速度、张力、开停、断带传感器。

所述计算机16中的监控软件包括有模块化分析控制软件单元及可扩充式皮带结构重构数据库软件单元，总线式采集软件单元建立标准、统一动态皮带结构重构自动化监控系统。

所述中央处理器10上还集成电连接有通话打点按钮信号器18，中央处理器10与通话打点按钮信号器18之间连接有操作按钮控制电路19，通话打点按钮信号器18还与前台信号20、话筒21、后台信号22、功放单元14连接。

所述中央处理器10采用嵌入式单片机芯片，该芯片运算速度快，接口功能强，使用相对较为灵活。

还包括有本安电源23，本安电源23的输入电压为127V或660V交流电压，本安电源23的电压输出端经过隔离防爆电路24后为井下的各皮带保护传感器1、本安彩色显示器11提供12V电压，为中央处理器10的嵌入式单片机芯片提供5V电压。

系统对传感器送来的信号，经过CAN总线转换送入中央处理器进行分析，不但可以鉴别出供电回路的运行状态，还可以对负载的运行状态进行判断，同时将运行状态显示出来。一旦回路故障动作后，系统将显示其位置，并驱动语言报警电路给于声光报警。回路的故障状态存储在RAM中，可通过键盘查询其位置和故障时间。数据通讯按232标准，传输到具有对应接口的外设上供查询调阅。

系统根据不同种类的保护信号传感器和信号处理的需求，设计了不同的模块化传感器接口，如堆煤信号传感器接口、急停信号传感器接口、速度信号传感器接口、温度信号传感器接口、张力信号传感器接口等等，若需要获取更多其他信号传感器接口，可以对这种特定信号再设计两个传感器接口（开关量、模拟量），所有接口以一种统一、标准的本安盒体进行封装，输出接口采用快插式4线式CAN总线接口，可以优化设计参数，提高信号的精度，而且扩展接口方便。

供电采用127V或660V交流供电，输出隔离的二路+12V本安电源，一路供彩屏液晶显示器；一路供传感器使用；一路5V电压供嵌入式单片机及外围电路使用，通过光电隔离，提高了装置的稳定性。

 单片机经逻辑电路送出10路控制信号分别控制主、副电机、抱闸、洒水电磁阀、张紧、给煤机、破碎机、刮板机、转载机。通话打点按钮信号器分别与前、后台联机，实现语言通话、打点。其硬件原理框图如附图2所示。

    主控机单元的程序流程图单元：

主控机单元的程序流程图单元是运行在主控机单元的程序流程图单元上的程序，它和上位机软件经过通信，对每个通道输入的信号类型、采样频率、采样模式等进行用户动态配置，比如速度传感器可以配置为皮带保护速度信号，用户只要在保护监测开始时通过在上位机分析软件中的采集设置界面对相应的通道进行通道信号类型设置即可，其软件工作的流程如附图3所示。

    可扩充式上位机编程软件的功能框图：

A、软件的框架构成如下：

1)统一的数据采集与功能模板：可设定采集单元的采集模式、通道数，采样频率和采样时间等，在实现功能单元同步集成的基础上，各功能子单元也可以独立采集分析数据。

2)各子功能单元配置自主控制软件和人机接口，可作为独立的动态显示器。

3)所有功能单元的同步数据有机集成，在时频域进行对比分析和关联耦合性分析，构建融合友好的人机界面，建立皮带3D动画的综合运动模型。

 4)井下主控机单元通过中央处理器外接的以CAN总线接口或RS232接口与计算机通讯；在所述计算机中设置有模块化分析控制软件单元及可扩充式皮带结构重构数据库软件单元，通过总线式采集软件单元调取皮带3D动画图片模型建立标准、统一动态皮带结构重构自动化监控画面。为相关理论研究和应用开发提供数据平台。

5)提供数据打印接口、标准文本数据导入接口，供备案使用，获取采集的数据进行分析。

6) 查询功能：地面监控室可以在计算机屏幕上查询所有分站的历史故障信息和用户登录信息。

7) 局域网浏览功能：地面监控室同一局域网的计算机可以通过网页的方式浏览其皮带运行的有关信息，只能监视，不能控制。

B、软件在对多源数据进行融合分析时，主要采取的一些算法：

1)在逻辑控制方面，构造多输入多输出模糊控制分类器进行自动识别；

2) 地面控制中心监控软件采用可视化软件VC开发，编程灵活、界面友好、方便操作和易于维护，可扩充式上位机编程软件的功能框图如图4所示。

    系统基本型硬件组成图：

整个控制系统主要有多种皮带保护模块化传感器单元、井下主控机及本安彩色显示器单元、地面控制计算机单元三部分组成，采用总线技术集中加分布控制方式，将多个不同的皮带保护传感器分别接入各自对应的模块化传感器接口，再通过快速拔插式接口传送至井下主控机及本安彩色显示器单元，中央处理器对信号初步处理后，通过CAN总线输出电路将皮带保护参数与控制信号传送至地面计算机分析，再通过地面控制中心监控软件实现对煤矿井下皮带运输系统远程自动化监测、控制，数据的远程动态监测功能，具备故障信息处理自动化、时间提示、故障智能记忆化、查询故障及系统日志事件可视化、皮带结构重构自动化，同时又具备傻瓜式上位机搭建平台，局域网监视和故障报警短信通知功能。

控制网络采用PROFIBUS现场总线连接地面控制计算机和井下主控机，实现控制及数据和信息的交互。接入PROFIBUS网的所有设备称为节点，每个节点分配一个地址，通过各自地址相互通信。地面控制中心，与矿计算机局域网连接，将胶带运输系统工作状况在网上发布，使联网的调度及有权限的计算机可以随时查看胶带运输系统的运行状态。

Claims (1)

1.基于模块化通用智能型煤矿井下皮带运输监测控制系统，其特征在于：包括有井下主控机及本安彩色显示器单元、多种护皮带保模块化传感器单元、地面控制计算机单元；所述的多种皮带保护模块化传感器单元包括有安装在井下的多种皮带保护传感器和各传感器的皮带保护模块化传感器接口，皮带保护模块化传感器接口包括有依次连接的信号输入电路、信号放大电路、信号滤波电路、以嵌入式单片机为核心的信号处理电路，所述的各传感器的信号输出端分别与各自的带保护模块化传感器接口的信号输入电路的信号输入端连接，各带保护模块化传感器接口的以嵌入式单片机为核心的信号处理电路的控制输出端共同接入一个4线式CAN总线接口的输入口，以嵌入式单片机为核心的信号处理电路还外接有地址设置模块、显示模块；所述的井下主控机及本安彩色显示器单元包括有中央处理器、本安彩色显示器，所述中央处理器通过串口与本安彩色显示器连接，中央处理器上集成电连接有两路CAN总线接口电路、语音报警电路，语音报警电路的信号输出端连接功放单元，功放单元的信号输出端连接扬声器；所述的地面控制计算机单元包括有计算机，计算机中固化有监控软件；所述4线式CAN总线接口的输出口通过一路CAN总线接口电路与中央处理器电连接，所述各传感器采集的信号信息通过信号输入电路、信号放大电路、信号滤波电路及以嵌入式单片机为核心的信号处理电路处理后传送至中央处理器中，中央处理器再次分析后在本安彩色显示器中动态显示出皮带保护参数和画面，中央处理器通过另一路CAN总线接口电路与计算机通讯，中央处理器还控制连接井下抱闸电机的电磁阀；

    所述的皮带保护传感器包括有堆煤、沿线急停、温度、烟雾、撕裂、跑偏、速度、张力、开停、断带传感器；

所述计算机中的监控软件包括有模块化分析控制软件单元及可扩充式皮带结构重构数据库软件单元，总线式采集软件单元建立标准、统一动态皮带结构重构自动化监控系统；

所述中央处理器上还集成电连接有通话打点按钮信号器，中央处理器与通话打点按钮信号器之间连接有操作按钮控制电路，通话打点按钮信号器还与前台信号、话筒、后台信号、功放单元连接；该控制系统还包括有本安电源，本安电源的输入电压为127V或660V交流电压，本安电源的电压输出端经过隔离防爆电路后为井下的各皮带保护传感器、本安彩色显示器提供12V电压，为嵌入式单片机芯片提供5V电压；所述的中央处理器还外接有RS232接口、存储器接口、键盘接口，该中央处理器采用嵌入式单片机芯片。