CN103422889A - 一种基于m-bus总线的煤巷顶板综合监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于M-BUS总线的煤巷顶板综合监测系统，包括M-BUS总线与若干个监测子系统，所述监测子系统设有若干个监测点，所述监测点上设有传感器，同一监测子系统的所有传感器串接在所述M-BUS总线上，所述传感器的输出端与接收处理数据的数据处理器的输入端连接；所述数据处理器的输出端串接在所述M-BUS总线上与主控制器的输入端连接；所述主控器输出端与设于监测分站用于接收数据的监测器输入端连接；所述监测器通过交换机将数据传送到设置于井上监测主站的主服务器。优化布线，将各个生产矿井的监测子系统并联起来，对其进行综合分析处理、共享资源，实现了现场预警与远程实时监测的双重目的。

Description

一种基于M-BUS总线的煤巷顶板综合监测系统
技术领域
本发明涉及一种煤矿顶板监测系统，具体涉及的一种基于M-BUS总线的煤巷顶板综合监测系统。
 
背景技术
在煤矿生产中，巷道围岩由于受到外力的拉张和剪切破坏会发生离层，特别是锚杆支护巷道更易发生顶板离层。随着生产能力的提高、开采强度的增大和向深部开采转移，顶板安全问题越来越凸现，在各类煤矿事故中，顶板事故仍居前位。当顶板离层超过一定范围，即表明顶板处于非稳定状态，如果不及时采取支护措施，便会发生冒顶等恶性顶板事故，直接关系到工作人员的人生安全与生产活动能否顺利进行。
所以煤矿巷道顶板的控制尤为重要，要对巷道顶板所处的状态需要随时进行监测，并要关注以锚杆支护为主要形式的巷道稳定性、超前支承压力影响范围与回采工作面支护稳定性和安全性。其中顶板岩层的移动是采用顶板离层仪来监测，根据顶板离层仪观测到的数据分析，得出不同的地质条件、岩性变化等情况，总结出了锚杆支护巷道锚杆范围内离层量，及时采取其它有效的支护措施，防止顶板塌落事故的发生。但需人工定时观察测量顶板离层读数、建立台账；并且只有在工作区域内才能得到数据，井上调度人员无法实时得到上作区域内的离层量、变形量，增大了在工作区域内工人的危险；而由于巷道工作面回采巷道很长，观察人员不可能做到每天都能准确掌握各个顶板离层仪变化情况，即不能实现顶板离层的自动监测和数据传输，故工作人员不能及时采取相应措施来阻止顶板失稳，突发性破坏还会不可避免的发生，给煤矿的安全生产带来隐患。
另外，目前煤矿上对煤矿井下综采工作面液压支架监测系统、巷道顶板及围岩离层监测系统、煤岩超前支撑应力监测系统、巷道围岩锚杆支护应力监测系统等，其监测手段都是独立的，所以不能对监测到的数据进行综合分析处理；各现场连线的离层、变形监测装置存在井下铺设线缆困难、线缆多、维护难等诸多不足；也由于各生产矿井的独立监测，也制约了整个矿区的资源共享。
 
发明内容
本发明就是要解决上述不足，提供一种布线少、及时统一监测的煤矿巷道顶板综合监测系统，实现了整合的在线实时检测巷道项板各种状况，能及时采取相应措施来避免突发性破坏发生，并实现了整个矿区的资源共享。
为了达到上述效果，本发明提供一种基于M-BUS总线的煤巷顶板综合监测系统，包括M-BUS总线与若干个监测子系统，所述监测子系统设有若干个监测点，所述监测点上设有传感器，同一监测子系统的所有传感器串接在所述M-BUS总线上，所述传感器的输出端与接收处理数据的数据处理器的输入端连接；所述数据处理器的输出端串接在所述M-BUS总线上与主控制器的输入端连接；所述主控器输出端与设于监测分站用于接收数据的监测器输入端连接；所述监测器通过交换机将数据传送到设置于井上监测主站的主服务器。
上述方案的优选方案是，所述监测子系统包括液压支架监测子系统、巷道顶板离层监测子系统、煤岩超前支撑应力监测子系统、巷道围岩锚杆支护应力监测子系统。
上述方案的优选方案是，所述主控器输出端连接有LED显示器与报警装置，所述LED显示器与报警装置固设于所述监测点处。
上述方案的优选方案是，所述LED显示器与报警装置通过光敏传感器控制。
上述方案的优选方案是，所述主控器为超低功耗16位MSP430单片机。
在煤矿巷道掘进时将每个监测子系统的传感器按通讯地址的顺序用M-BUS总线连接安装组网，其传感器的数量根据巷道的长度来设置；四个监测子系统就要设置四条M-BUS总线。主控器通过M-BUS总线与数据处理器进行通讯，接收各监测点的动态数据，按传感器的通讯地址循环定时地传输信号至井下监测分站的监测器里，监测服务器再将信号通过交换机传输至地面生产指挥中心的主服务器，实现对矿井巷道顶板综合状态的实时监测。
同时，主控器将各监测子系统信号通过M-BUS总线输送给固设在各监测点的LED显示器与报警装置连接，当现场有工作人员时，光敏传感器感应到光源即打开LED显示器与报警装置的电路，将当前的顶板数值显示在LED显示器上，LED显示器有延时关闭功能，有利于引起工作人员的注意。如当前的离层量超过超限报警值时，触动报警装置，警铃即时提醒现场工作人员要注意安全并采取相应的安全措施，从而保障了现场工作人员的生命安全。
另外，通过M-BUS总线可以设定或修改任意一个传感器的通讯地址和超限报警值，当离层量超过超限报警值时，LED显示器在显示离层数值的同时报警装置工作，给现场工作人员提醒要注意安全并采取相应的安全措施。
本发明具有以下有益效果：
1、利用M-BUS总线将煤矿巷道里各个监测点进行了串联，只需两条线就解决了几十或几百个传感器监测并传输数据的任务，节省了大量的线缆，优化了现场布线，也便于铺设与维护线缆；
2、采用MSP430超低功耗主控器，实现M-BUS总线网络为本检测系统进行通信和供电的功能，实现了各监测点顶板动态信号检测的网络化和自动化；
3、本综合检测系统将液压支架监测子系统、巷道顶板离层监测子系统、煤岩超前支撑应力监测子系统与巷道围岩锚杆支护应力监测子系统运用M-BUS总线网络统一起来成为一个整套的系统，便于管理与维护；并对各子系统监测到的数据进行综合分析处理，便于防患于未然；
4、通过M-BUS总线还可将各个生产矿井的监测子系统并联起来，反映到井上指挥中心的主服务器，统一管理、统一优化，使整个矿区的资源进行共享；
5、本发明中具有数字显示与声光报警设备，为现场工作工作人员提供即时的顶板离层量动态数据和离层超限声光报警信息，保障了现场工作人员的生命安全；并将相关顶板动态信息反馈输送到煤矿生产指挥中心，为提前预防顶提供依据，实现了现场预警与远程实时监测的双重目的。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明结构原理图；
图2是本发明巷道顶板离层监测子系统结构原理图；
具体实施方式
如图1所示煤巷顶板综合监测系统，包括M-BUS总线与液压支架监测子系统、巷道顶板离层监测子系统、煤岩超前支撑应力监测子系统、巷道围岩锚杆支护应力监测子系统，共四个监测子系统，上述四个监测子系统均设有多个液压支架监测点、巷道顶板监测点、钻孔监测点与锚杆监测点。每个液压支架监测点上均设有传感器11，所有传感器11串接在所述M-BUS总线上，其输出端与接收处理数据的数据处理器21的输入端连接；每个巷道顶板监测点上均设有传感器12，所有传感器12串接在所述M-BUS总线上，其输出端与接收处理数据的数据处理器22的输入端连接；每个钻孔监测点上均设有传感器13，所有传感器13串接在所述M-BUS总线上，其输出端与接收处理数据的数据处理器23的输入端连接；每个锚杆监测点上均设有传感器14，所有传感器14串接在所述M-BUS总线上，其输出端与接收处理数据的数据处理器24的输入端连接；所述数据处理器21、22、23与24的输出端串接在所述M-BUS总线上并与超低功耗16位MSP430单片机3的输入端连接；所述MSP430单片机3输出端与设于监测分站用于接收数据的监测器4输入端连接；所述监测器4通过交换机5将数据传送到设置于井上监测主站的主服务器6。同时，所述MSP430单片机3输出端还连接有LED显示器7与报警装置8，所述LED显示器7与报警装置8固设于所述各个监测点处通过光敏传感器9控制。
如图2所示是本发明中顶板离层监测子系统，巷道顶板监测点A、巷道顶板监测点B、巷道顶板监测点C、巷道顶板监测点D等各设有传感器12A、12B、12C、12D，传感器12A、12B、12C、12D串接在M-BUS总线上，其输出端与接收处理数据的数据处理器22的输入端连接。
其他各个监测子系统的原理同上。然后将各个监测子系统的数据处理器串接到M-BUS总线上，将其处理的数据传输到MSP430单片机进行分析、转换，最后传送到井上指挥中心的主服务器上，将这些监测子系统的数据进行统一共享，对煤矿巷道的各监测点进行实时监测、统一管理。
本发明的综合监测系统的MSP430单片机通过M-BUS总线将四个监测子系统监测的数据经处理后统一合并到一起，共享了各个矿井资源，并减少了线缆；其各个监测子系统通过M-BUS总线将各个监测点处传感器按通讯地址的顺序进行连接组网，其传感器的数量根据巷道的长度或需要来设置，达到几十个或几百个不等，这么多的传感器只需要两根主线将其串联即可达到数据传输；并将传感器监测数据传送到数据处理器进行处理成MSP430单片机接收的频率信号。MSP430单片机将采集到的各监测子系统的顶板离层值，并转换为相应的离层量频率信号，按各传感器的通讯地址循环定时地传输离层量频率信号至井下监测分站的监测器，监测服务器再将信号通过交换机传输至地面生产指挥中心的主服务器，实现对矿井巷道顶板综合状态的实时监测。
同时，主控器将各监测子系统信号通过M-BUS总线输送给固设在各监测点的LED显示器与报警装置连接，当现场有工作人员时，光敏传感器感应到光源即打开LED显示器与报警装置的电路，将当前的顶板数值显示在LED显示器上，LED显示器有延时关闭功能，有利于引起工作人员的注意。如当前的离层量超过超限报警值时，触动报警装置，警铃即时提醒现场工作人员要注意安全并采取相应的安全措施，从而保障了现场工作人员的生命安全。
以上实施例并非仅限于本发明的保护范围，所有基于本发明的基本思想而进行修改或变动的都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于M-BUS总线的煤巷顶板综合监测系统，包括M-BUS总线与若干个监测子系统，其特征在于：所述监测子系统设有若干个监测点，所述监测点上设有传感器，同一监测子系统的所有传感器串接在所述M-BUS总线上，所述传感器的输出端与接收、处理数据的数据处理器的输入端连接；所述数据处理器的输出端串接在所述M-BUS总线上与主控制器的输入端连接；所述主控器输出端与设于监测分站用于接收数据的监测器输入端连接；所述监测器通过交换机将数据传送到设置于井上监测主站的主服务器。
2.根据权利要求1所述的基于M-BUS总线的煤巷顶板综合监测系统，其特征在于：所述监测子系统包括液压支架监测子系统、巷道顶板离层监测子系统、煤岩超前支撑应力监测子系统、巷道围岩锚杆支护应力监测子系统。
3.根据权利要求1所述的基于M-BUS总线的煤巷顶板综合监测系统，其特征在于：所述主控器输出端连接有LED显示器与报警装置，所述LED显示器与报警装置固设于所述监测点处。
4.根据权利要求3所述的基于M-BUS总线的煤巷顶板综合监测系统，其特征在于：所述LED显示器与报警装置通过光敏传感器控制。
5.根据权利要求1所述的基于M-BUS总路线的煤巷顶板离层监测系统，其特征在于：所述主控器为超低功耗16位MSP430单片机。
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