CN103926896A - 一种基于网络的井下隔爆电源监控系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于网络的井下隔爆电源监控方法及其系统，包括多个智能隔爆电源节点、多个分布式普通电源、多个电源参数采集器、多个带中继功能的管理节点、多个无线管理节点、多个CAN管理节点、多个通讯网关、多个矿用光纤环网交换机、矿用以太网交换机、地面监控计算机、UPS电源；各设备间可通过以太网、CAN总线和ZigBee无线通信灵活的组成三级分布式网络，实时监控井下电源的运行状态，更好地保障井下设备的供电安全，降低安全事故的发生。

Description

一种基于网络的井下隔爆电源监控系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种井下隔爆电源的管理技术，特别是涉及一种基于网络的井下隔爆电源监控系统及其方法。

背景技术

隔爆电源是煤矿井下的重要电气设备，它的安全运行是现代化煤矿其它井下各类电气设备稳定、安全、高效率、高质量运转的保证。然而，由于井下复杂的地质条件和恶劣的工作环境，电源设备极易出现各种故障，为保证安全生产，需要对煤矿井下的电源的电流，电压、温升、备用电池容量及动态运行状况进行实时监测，及时反馈电源设备的状态，而一旦出现紧急情况，更需要能够及时对故障电源发生位置进行定位，快速进行相关维护操作，以降低安全事故发生的隐患，使电源及相关电气设备更快恢复到正常工作状态。但是，由于井下电源设备数量大、种类多、独立性强、分布较散，目前在电源管理上基本上仍采用人工管理方式，工人通过定期对电源巡检，来获取电源运行状态，状态数据的时滞性较大，巡检周期过长，不能实时掌握电源的工作状态，一旦电源工作出现异常，故障点的鉴别和定位较难，直接影响了相关联设备的运行。因此，如何对井下电源运行数据进行检测，并通过网络将各分布式电源连接起来，通过远程监控的方式对电源进行监管是未来井下电源安全管理技术发展的重要方向。

专利ZL200310113505.0公开了一种采用主从工作方式，多层分布式结构设计的井下电网安全运行监控系统及方法，它通过井上中心站、与中心站相连的主站、与主站相连的n个井下分站和与每一个井下分站相连的若干个电脑综合保护监控器实现在地面上通过人机对话，对井下电网安全运行的各种参数的实时监视和智能控制。该专利所述方法提供了一种多级管理与通讯技术，但其采用MAX485、MAX232通讯方式，组网困难，监控区域小，且其主要针对井下电网馈电设备应用，不适用于更广泛分布的井下各种隔爆电源的监控。

专利ZL200610032358.8公开了一种本安型矿用井下供电监测报警系统，包括本安电源电路、主控电路、光电隔离电路、报警显示电路、键盘、实时时钟、存储器、通信电路、光电隔离器、继电器、报警器。该专利实现了多通道、高精度、操作使用方便快捷的实用目的，但其方法仅适用于现场级的监测，没有形成对分布式电源进行总体监控的系统，应用的范围较窄，监控效果低。

总体来说，目前对井下分布式隔爆电源的运行状态进行实时远程监控的方法和实例极为少见，井下电源的监测方法和数据传输方式尚有待提高，以适用矿井安全生产的要求。

发明内容

为了解决煤矿井下隔爆电源监控方法落后、井下布线复杂、电源维护和定位困难等问题，本发明提供了一种基于网路的井下隔爆电源监控系统及其方法。本发明所述方法和系统结合当前井下网络结构特点，采用多种网络通讯模式，组网灵活，数据通讯速率高，稳定性和安全性高。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种基于网络的井下隔爆电源监控系统，包括多个智能隔爆电源节点、多个分布式普通电源、多个电源参数采集器、多个带中继功能的管理节点、多个无线管理节点、多个CAN管理节点、多个通讯网关、多个矿用光纤环网交换机、矿用以太网交换机、地面监控计算机、UPS电源，每个智能隔爆电源节点与CAN管理节点或无线管理节点相连，每个分布式普通电源通过电源参数采集器与CAN管理节点或无线管理节点相连，每个CAN管理节点或无线管理节点与通讯网关相连，每个通讯网关与矿用光纤环网交换机或矿用以太网交换机相连，矿用光纤环网交换机或矿用以太网交换机与地面监控计算机相连。

所述智能隔爆电源节点与CAN管理节点连接的方式是CAN总线，所述智能隔爆电源节点与无线管理节点连接的方式是基于ZigBee协议的无线通讯。

所述分布式普通电源自身无工作状态检测功能或通讯接口，需要由所述的电源参数采集器对所述分布式普通电源的相关工作状态数据进行采集并传输，所述电源参数采集器与CAN管理节点连接的方式是CAN总线，所述电源参数采集器与无线管理节点连接的方式是基于ZigBee协议的无线通讯。

所述CAN管理节点与通讯网关的连接方式为CAN总线，所述无线管理节点与通讯网关的连接方式为CAN总线或基于ZigBee协议的无线通讯。

所述通讯网关与矿用光纤环网交换机或矿用以太网交换机连接的方式为以太网。

所述智能隔爆电源节点由单片机、与单片机相连的CAN通讯模块和ZigBee通讯模块、工作状态检测单元和本安保护输出单元构成、与工作状态检测单元相连的蓄电池充放电单元和交/直流变换单元；其中，所述蓄电池充放电单元和交/直流变换单元又与本安保护输出单元相连。所述工作状态检测单元采集的信息包括输入输出电压和电流、蓄电池电压和电源工作环境温度，并将数据传递给单片机；所述单片机将电源工作状态数据通过CAN通讯模块或ZigBee通讯模块传递出去，并接收上层系统传递来的控制信息。

所述电源参数采集器用于采集分布式普通电源的部分参数，由单片机、与单片机相连的工作状态检测单元、CAN通讯模块和ZigBee通讯模块组成。工作时，电网交流电源先接入电源参数采集器，再由电源参数采集器无变换的输出至分布式普通电源，分布式普通电源输出的直流电先接入电源参数采集器，再由电源参数采集器无变换的输出至各用电设备；在电源参数采集器内，通过工作状态检测单元非接触测量分布式普通电源的输入输出电压和电流，并将数据传递给单片机；所述单片机将电源工作状态数据通过CAN通讯模块或ZigBee通讯模块传递出去，并接收上层系统传递来的控制信息，控制本安保护输出单元的工作状态。

所述无线管理节点由单片机、与单片机相连的ZigBee通讯模块、CAN通讯模块和存储器组成，所述单片机通过ZigBee通讯模块以较小的周期不断轮询与无线管理节点相连的各智能隔爆电源节点或各电源参数采集器，获取各电源的工作状态数据，并进行数据融合，融合后的各电源工作状态数据存储于所述存储器内，并定时将数据通过CAN通讯模块传递到上层系统；同时，所述无线管理节点通过CAN通讯模块接收上层系统传递来的控制信息，再通过ZigBee通讯模块传递给各目标电源。

所述CAN管理节点由单片机、与单片机相连的1#CAN通讯模块、2#CAN通讯模块和存储器组成，所述单片机内部包含至少两个独立的CAN通讯管理器。所述单片机通过1#CAN通讯模块以较小的周期不断轮询与CAN管理节点相连的各智能隔爆电源节点或各电源参数采集器，获取各电源的工作状态数据，并进行数据融合，融合后的各电源工作状态数据存储于所述存储器内，并定时将数据通过2#CAN通讯模块传递到上层系统；同时，通过2#CAN通讯模块接收上层系统传递来的控制信息，再通过1#CAN通讯模块传递给各目标电源。

所述通讯网关由单片机、与单片机相连的CAN通讯模块、ZigBee通讯模块、以太网通讯模块、与以太网通讯模块相连的以太网收发器和光纤收发器构成；所述单片机通过CAN通讯模块或ZigBee通讯模块接收各CAN管理节点或无线管理节点发送来的电源工作状态数据，并对数据进行协议转换，再通过所述以太网通讯模块传递给所连接的上级设备；同时，通过以太网通讯模块接收上级设备发来的控制信息，对数据进行协议转换后，通过CAN通讯模块或ZigBee通讯模块传递给下级接收设备。所述以太网通讯模块与上级设备相连的物理接口可以为由以太网收发器构成的电接口，也可为由光纤收发器构成的光通讯接口。

所述地面监控计算机为两台互为备份的数据服务器，一台做地面监控主机、另一台为备份监控计算机。

所述UPS电源为地面监控计算机的备用电源。

一种基于网络的井下隔爆电源监控系统，其网络结构为三级分布式结构：第一级是电源节点网络，由井下智能隔爆电源或分布式普通电源与电源参数采集器组成，给相关设备供电和采集电源工作状态信息；第二级是井下数据通讯主传输网络，由CAN管理节点、无线管理节点、中继器、通讯网关、井下矿用光纤环网交换机或矿用以太网交换机组成，作为通讯数据流的主干道，将CAN通讯网络、ZigBee通讯网络和井下以太网连接起来形成一个较大的数据传输网；第三级是井上网，由井上以太网交换机、矿用光纤环网交换机和地面监控相关设备组成，通过以太网将电源工作状态数据传送至地面监控主机的数据库服务器，由地面监控主机提供数据收发、储存、分析、发布等服务，并提供WEB服务，将本地监控与各远程监控终端连接起来实现井下电源实时信息的共享。

一种基于以上所述网络结构，对井下隔爆电源进行监控的方法，包括以下步骤：

第1步：系统上电后，系统各组成设备进行初始化；

第2步：各智能隔爆电源和各电源参数采集器开始实时监测各分布式电源工作时的各种参数，储存于各自的数据存储器中，以待上层设备获取，并接收上层设备传递来的控制命令；

第3步：各CAN管理节点和各无线管理节点向与其相连的各智能隔爆电源或各电源参数采集器以轮询的方式发送数据获取命令，接收返回的应答数据，并对各电源的状态数据进行融合，存储于各电源参数寄存器中，以待其上层设备获取；

第4步：地面监控计算机以轮询的方式向各CAN管理节点和各无线管理节点发送数据获取命令，各CAN管理节点和各无线管理节点收到命令后，将其管理的各电源状态数据打包后依次（或经过CAN中继器）发送至其所连通讯网关，通讯网关将数据进行打包，加上IP地址等信息后再发送给地面监控计算机，地面监控计算机对返回的应答数据进行解包，存储于数据服务器中，并对数据进行分析、判断和显示，绘制数据表格、历史曲线和实时状态图等图表，并根据电源的状态或操作员的要求对个电源下发单个或批量开启或关闭命令；

第5步：如地面监控计算机发出控制命令，则该命令将被各CAN管理节点和各无线管理节点同时接收，由各CAN管理节点和各无线管理节点对命令内的IP地址进行解析，以决定是否继续下传至各目标智能隔爆电源和电源参数采集器，各目标智能隔爆电源和电源参数采集器对命令进行解析后，决定是否执行相应命令操作。

本发明的有益效果是提供了一种基于网络的井下隔爆电源监控系统及其方法，采用多种网络通讯模式，将井下各种分布式电源通过网络连接起来，实时获取电源的运行状态数据，并通过远程监控中心对数据的处理，判断电源的健康状况，及时处理，可以有效减少因电源断电、故障等影响给其它用电设备造成的巨大损失，有效地保障井下设备的供电安全。

附图说明

图1为本发明实施例1的网络结构图；

图2为本发明实施例2的网络结构图；

图3为本发明井下组网的第3种方式的网络结构图；

图4为本发明智能隔爆电源节点系统结构示意框图；

图5为本发明电源参数采集器系统结构示意框图；

图6为本发明CAN管理节点系统结构示意框图；

图7为本发明无线管理节点系统结构示意框图；

图8为本发明通讯网关节点系统结构示意框图；

图9 为本发明通讯网关节点软件工作流程图；

图10为本发明CAN管理节点软件工作流程图；

图11为本发明无线管理节点软件工作流程图；

图12为本发明智能隔爆电源监控软件工作流程图；

图13为本发明电源参数采集器软件工作流程图。

图中：100、UPS电源；101、网络打印机；102、监视器；103、地面监控主机；104、监控备份主机；105、远程监控终端；106、普通以太网交换机；107、矿用以太网交换机；108、通讯网关；109、CAN中继器；110、CAN管理节点；111、无线管理节点；112、智能隔爆电源节点；113、电源参数采集器；114、普通电源节点；115、矿用光纤环网交换机；201、交/直流变换单元；202、蓄电池充放电单元；203、本安保护输出单元；204、301、工作状态检测单元；205、302、402、502、604、单片机；206、303、403、503、605、CAN通讯模块；207、304、404、504、606、ZigBee通讯模块；3011、输入电压检测单元；3012、输入电流检测单元；3013、输出电压检测单元；3014、输出电流检测单元；401、501、存储器；601、以太网收发器；602、光纤收发器；603、以太网通讯模块。

具体实施方式

为了更清楚地表述本发明的目的、技术方案和优点，以下结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步的详细说明。

实施例1：

如图1所示，一种基于网络的井下隔爆电源监控系统，包括网络打印机101、监视器102、地面监控主机103、监控备份主机104、多个远程监控终端105、普通以太网交换机106、矿用以太网交换机107、多个通讯网关108、多个CAN中继器109、多个CAN管理节点110、多个无线管理节点111、多个智能隔爆电源节点112、多个分布式普通电源114、多个电源参数采集器103和UPS电源100组成；网络打印机101、监视器102、地面监控主机103、监控备份主机104、多个远程监控终端105通过以太网与普通以太网交换机106相连，普通以太网交换机106通过以太网与矿用以太网交换机107相连，矿用以太网交换机107通过以太网与通讯网关108相连，通讯网关108通过CAN总线2与CAN中继器109、CAN管理节点110和无线管理节点111相连，CAN管理节点110通过CAN总线1与智能隔爆电源节点112和电源参数采集器113相连，无线管理节点111通过ZigBee通讯与智能隔爆电源节点112和电源参数采集器113相连，电源参数采集器113与分布式普通电源节点114相连。

所述UPS电源100、网络打印机101、监视器102、地面监控主机103、监控备份主机104、多个远程监控终端105、普通以太网交换机106为地面设备；所述矿用以太网交换机107、多个通讯网关108、多个CAN中继器109、多个CAN管理节点110、多个无线管理节点111、多个智能隔爆电源节点112、多个分布式普通电源114、多个电源参数采集器103为井下设备。

实施例1所述组网模式中，通讯网关108可以为1个或多个，CAN中继器可以为1个、2个或没有，CAN管理节点可以为1个、多个或没有，无线管理节点可以为1个、多个或没有。

一种基于网络的井下隔爆电源监控系统，其网络结构为三级分布式结构：第一级是电源节点网络，由井下智能隔爆电源112或分布式普通电源114与电源参数采集器113组成，给相关设备供电和采集电源工作状态信息；第二级是井下数据通讯主传输网络，由CAN管理节点110、无线管理节点111、中继器109、通讯网关108、井下矿用光纤环网交换机115或矿用以太网交换机107组成，作为通讯数据流的主干道，将CAN通讯网络、ZigBee通讯网络和井下以太网连接起来形成一个较大的数据传输网；第三级是井上网，由井上以太网交换机106、矿用光纤环网交换机115和地面监控相关设备组成，通过以太网将电源工作状态数据传送至地面监控主机103的数据库服务器，由地面监控主机103提供数据收发、储存、分析、发布等服务，并提供WEB服务，将本地监控与各远程监控终端105连接起来实现井下电源实时信息的共享。

所述智能隔爆电源节点112的结构组成如图4所示，包括单片机205、与单片机相连的CAN通讯模块206和ZigBee通讯模块207、工作状态检测单元204和本安保护输出单元203、与工作状态检测单元相连的蓄电池充放电单元202和交/直流变换单元201；其中，所述蓄电池充放电单元202和交/直流变换单元201又与本安保护输出单元203相连。所述工作状态检测单元204采集的信息包括电源的输入输出电压和电流、蓄电池电压和电源工作环境温度，并将数据传递给单片机205；所述单片机205将电源工作状态数据通过CAN通讯模块206或ZigBee通讯模块207传递出去，并接收上层系统传递来的控制信息，控制本安保护输出单元203的工作状态。

所述电源参数采集器113的结构组成如图5所示，包括单片机302、与单片机302相连的工作状态检测单元301、CAN通讯模块303和ZigBee通讯模块304组成，所述工作状态检测单元301又由输入电压检测单元3011、输入电流检测单元3012、输出电压检测单元3013和输出电流检测单元3014组成。工作时，电网交流电源先接入电源参数采集器113，再由电源参数采集器113无变换的输出至分布式普通电源114，分布式普通电源114输出的直流电先接入电源参数采集器113，再由电源参数采集器113无变换的输出至各用电设备；在电源参数采集器内113，通过工作状态检测单元301非接触测量分布式普通电源114的输入输出电压和电流，并将数据传递给单片机302；所述单片机302将电源工作状态数据通过CAN通讯模块303或ZigBee通讯模块304传递出去，并接收上层系统传递来的控制信息。

所述CAN管理节点110的结构组成如图6所示，包括单片机402、与单片机402相连的1#CAN通讯模块403、2#CAN通讯模块404和存储器401组成，所述单片机402内部包含至少两个独立的CAN通讯管理器。所述单片机402通过1#CAN通讯模块403以较小的周期不断轮询与CAN管理节点110相连的各智能隔爆电源节点112或各电源参数采集器113，获取各电源的工作状态数据，并进行数据融合，融合后的各电源工作状态数据存储于所述存储器401内，并定时将数据通过2#CAN通讯模块404传递到上层系统；同时，通过2#CAN通讯模块404接收上层系统传递来的控制信息，再通过1#CAN通讯模块传递给各目标电源。

所述无线管理节点111的结构组成如图7所示 ，由单片机502、与单片机502相连的ZigBee通讯模块503、CAN通讯模块504和存储器501组成，所述单片机502通过ZigBee通讯模块504以较小的周期不断轮询与无线管理节点111相连的各智能隔爆电源节点112或各电源参数采集器113，获取各电源的工作状态数据，并进行数据融合，融合后的各电源工作状态数据存储于所述存储器501内，并定时将数据通过CAN通讯模块503传递到上层系统；同时，所述无线管理节点111通过CAN通讯模块503接收上层系统传递来的控制信息，再通过ZigBee通讯模块504传递给各目标电源。

所述通讯网关108的结构如图8所示，由单片机604、与单片机604相连的CAN通讯模块605、ZigBee通讯模块606、以太网通讯模块603，以太网通讯模块603相连的以太网收发器601和光纤收发器602构成；所述单片机604通过CAN通讯模块605或ZigBee通讯模块606接收各CAN管理节点110或无线管理节点111发送来的电源工作状态数据，并对数据进行协议转换，再通过所述以太网通讯模块603传递给所连接的上级设备；同时，通过以太网通讯模块603接收上级设备发来的控制信息，对数据进行协议转换后，通过CAN通讯模块605或ZigBee通讯模块606传递给下级接收设备。所述以太网通讯模块603与上级设备相连的物理接口可以为由以太网收发器601构成的电接口，也可为由光纤收发器602构成的光通讯接口。

实施例2：

如图2所示，一种基于网络的井下隔爆电源监控系统，包括网络打印机101、监视器102、地面监控主机103、监控备份主机104、多个远程监控终端105、多个矿用光纤环网交换机115、多个通讯网关108、多个CAN中继器109、多个CAN管理节点110、多个无线管理节点111、多个智能隔爆电源节点112、多个分布式普通电源114、多个电源参数采集器103和UPS电源100组成；网络打印机101、监视器102、地面监控主机103、监控备份主机104、多个远程监控终端105通过以太网与井上矿用光纤环网交换机115相连，井上矿用光纤环网交换机115通过光纤以太环网与其他井下矿用光纤环网交换机相连，井下光纤环网交换机通过以太网与通讯网关108相连，通讯网关108通过CAN总线2与CAN中继器109、CAN管理节点110和无线管理节点111相连，CAN管理节点110通过CAN总线1与智能隔爆电源节点112和电源参数采集器113相连，无线管理节点111通过ZigBee通讯与智能隔爆电源节点112和电源参数采集器113相连，电源参数采集器113与分布式普通电源节点114相连。

所述UPS电源100、网络打印机101、监视器102、地面监控主机103、监控备份主机104、多个远程监控终端105、井上矿用光纤环网交换机115为地面设备；所述井下矿用光纤环网交换机115、多个通讯网关108、多个CAN中继器109、多个CAN管理节点110、多个无线管理节点111、多个智能隔爆电源节点112、多个分布式普通电源114、多个电源参数采集器103为井下设备。

实施例2所述组网模式中，通讯网关108可以为1个或多个，CAN中继器可以为1个、2个或没有，CAN管理节点可以为1个、多个或没有，无线管理节点可以为1个、多个或没有。

实施例2所述通讯网关108、CAN管理节点110、无线管理节点111、智能电源节点112和参数采集器113的结构组成与实施例1所述相同。

在实施例1和实施例2所述组网模式中，其井下设备的第3种组网方式如图3所示，所述通讯网关108与CAN管理节点的连接方式为CAN总线2，所述通讯网关108与无线管理节点111的连接方式为基于ZigBee的无线通讯，图3中所示矿用交换机120可以为矿用以太网交换机或井下光纤环网交换机。

一种基于以上所述网络结构，对井下隔爆电源进行监控的方法，包括以下步骤：

第1步：系统上电后，系统各组成设备进行初始化；

第2步：各智能隔爆电源和各电源参数采集器开始实时监测各分布式电源工作时的各种参数，储存于各自的数据存储器中，以待上层设备获取，并接收上层设备传递来的控制命令；

第3步：各CAN管理节点和各无线管理节点向与其相连的各智能隔爆电源或各电源参数采集器以轮询的方式发送数据获取命令，接收返回的应答数据，并对各电源的状态数据进行融合，存储于各电源参数寄存器中，以待其上层设备获取；

第4步：地面监控计算机以轮询的方式向各CAN管理节点和各无线管理节点发送数据获取命令，各CAN管理节点和各无线管理节点收到命令后，将其管理的各电源状态数据打包后依次（或经过CAN中继器）发送至其所连通讯网关，通讯网关将数据进行打包，加上IP地址等信息后再发送给地面监控计算机，地面监控计算机对返回的应答数据进行解包，存储于数据服务器中，并对数据进行分析、判断和显示，绘制数据表格、历史曲线和实时状态图等图表，并根据电源的状态或操作员的要求对个电源下发单个或批量开启或关闭命令；

第5步：如地面监控计算机发出控制命令，则该命令将被各CAN管理节点和各无线管理节点同时接收，由各CAN管理节点和各无线管理节点对命令内的IP地址进行解析，以决定是否继续下传至各目标智能隔爆电源和电源参数采集器，各目标智能隔爆电源和电源参数采集器对命令进行解析后，决定是否执行相应命令操作。

为实现以上监控方法，本发明的软件系统主要包括地面监控计算机软件、通讯网关软件、CAN管理节点软件、无线管理节点软件、电源参数采集器软件和智能隔爆电源监控软件。

所述地面监控计算机软件主要完成对井下各电源工作状态的监控管理、工作状态参数数据库的维护、电源状态信息的智能分析和判断、地面WEB监控服务、系统通讯管理等工作。工作时，地面监控计算机软件通过以太网向井下各CAN管理节点和无线管理节点发起通信，并以轮询的方式向各管理节点发送命令，接收各管理节点返回的应答信息，通过对电源工作状态信息的实时分析和智能判断，获得对各电源的控制信息，并向各管理节点发送电源开启和关闭的命令。

所述通讯网关软件主要完成以太网与CAN和ZigBee通讯协议的转换，采用“数据透传”方式，工作流程如图9所示。

所述CAN管理节点软件和无线管理节点软件主要完成对智能隔爆电源或分布式电源工作状态数据的收集、融合处理、储存、发送工作，并实时接收和发送地面监控计算机对各电源的控制命令，工作流程如图10、11所示。

所述智能隔爆电源监控软件和电源参数采集器软件主要完成对电源工作状态数据的实时采集、通过CAN通讯或ZigBee通讯将数据传输给上级设备或接收上级设备的控制命令，并根据控制命令内容进行电源的相应控制操作，工作流程如图12、13所示。

本发明的有益效果是提供了一种基于网络的井下隔爆电源监控系统及其方法，采用多种网络通讯模式，将井下各种分布式电源通过网络连接起来，实时获取电源的运行状态数据，并通过远程监控中心对数据的处理，判断电源的健康状况，及时处理，可以有效减少因电源断电、故障等影响给其它用电设备造成的巨大损失，更好地保障井下设备的供电安全。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不局限于上述实施方式，只要在本发明的构思之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于网络的井下隔爆电源监控系统，包括多个智能隔爆电源节点、多个分布式普通电源、多个电源参数采集器、多个带中继功能的管理节点、多个无线管理节点、多个CAN管理节点、多个通讯网关、多个矿用光纤环网交换机、矿用以太网交换机、地面监控计算机、UPS电源，每个智能隔爆电源节点与CAN管理节点或无线管理节点相连，每个分布式普通电源通过电源参数采集器与CAN管理节点或无线管理节点相连，每个CAN管理节点或无线管理节点与通讯网关相连，每个通讯网关与矿用光纤环网交换机或矿用以太网交换机相连，矿用光纤环网交换机或矿用以太网交换机与地面监控计算机相连。

2.根据权利要求1，所述智能隔爆电源节点与CAN管理节点连接的方式是CAN总线，所述智能隔爆电源节点与无线管理节点连接的方式是基于ZigBee协议的无线通讯，所述电源参数采集器与CAN管理节点连接的方式是CAN总线，所述电源参数采集器与无线管理节点连接的方式是基于ZigBee协议的无线通讯，所述CAN管理节点与通讯网关的连接方式为CAN总线，所述无线管理节点与通讯网关的连接方式为CAN总线或基于ZigBee协议的无线通讯。

3.根据权利要求1，所述智能隔爆电源节点由单片机、与单片机相连的CAN通讯模块和ZigBee通讯模块、工作状态检测单元和本安保护输出单元构成、与工作状态检测单元相连的蓄电池充放电单元和交/直流变换单元；其中，所述蓄电池充放电单元和交/直流变换单元又与本安保护输出单元相连；所述工作状态检测单元采集的信息包括输入输出电压和电流、蓄电池电压和电源工作环境温度，并将数据传递给单片机；所述单片机将电源工作状态数据通过CAN通讯模块或ZigBee通讯模块传递出去，并接收上层系统传递来的控制信息。

4.根据权利要求1，所述电源参数采集器由单片机、与单片机相连的工作状态检测单元、CAN通讯模块和ZigBee通讯模块组成；工作时，电网交流电源先接入电源参数采集器，再由电源参数采集器无变换的输出至分布式普通电源，分布式普通电源输出的直流电先接入电源参数采集器，再由电源参数采集器无变换的输出至各用电设备；在电源参数采集器内，通过工作状态检测单元非接触测量分布式普通电源的输入输出电压和电流，并将数据传递给单片机；所述单片机将电源工作状态数据通过CAN通讯模块或ZigBee通讯模块传递出去，并接收上层系统传递来的控制信息，控制本安保护输出单元的工作状态。

5.根据权利要求1，所述无线管理节点由单片机、与单片机相连的ZigBee通讯模块、CAN通讯模块和存储器组成，所述单片机通过ZigBee通讯模块以较小的周期不断轮询与无线管理节点相连的各智能隔爆电源节点或各电源参数采集器，获取各电源的工作状态数据，并进行数据融合，融合后的各电源工作状态数据存储于所述存储器内，并定时将数据通过CAN通讯模块传递到上层系统；同时，所述无线管理节点通过CAN通讯模块接收上层系统传递来的控制信息，再通过ZigBee通讯模块传递给各目标电源。

6.根据权利要求1，所述CAN管理节点由单片机、与单片机相连的1#CAN通讯模块、2#CAN通讯模块和存储器组成，所述单片机内部包含至少两个独立的CAN通讯管理器；所述单片机通过1#CAN通讯模块以较小的周期不断轮询与CAN管理节点相连的各智能隔爆电源节点或各电源参数采集器，获取各电源的工作状态数据，并进行数据融合，融合后的各电源工作状态数据存储于所述存储器内，并定时将数据通过2#CAN通讯模块传递到上层系统；同时，通过2#CAN通讯模块接收上层系统传递来的控制信息，再通过1#CAN通讯模块传递给各目标电源。

7.根据权利要求1，所述通讯网关由单片机、与单片机相连的CAN通讯模块、ZigBee通讯模块、以太网通讯模块、与以太网通讯模块相连的以太网收发器和光纤收发器构成；所述单片机通过CAN通讯模块或ZigBee通讯模块接收各CAN管理节点或无线管理节点发送来的电源工作状态数据，并对数据进行协议转换，再通过所述以太网通讯模块传递给所连接的上级设备；同时，通过以太网通讯模块接收上级设备发来的控制信息，对数据进行协议转换后，通过CAN通讯模块或ZigBee通讯模块传递给下级接收设备；所述以太网通讯模块与上级设备相连的物理接口可以为由以太网收发器构成的电接口，也可为由光纤收发器构成的光通讯接口。

8.一种基于网络的井下隔爆电源监控系统，其网络结构为三级分布式结构：第一级是电源节点网络，由井下智能隔爆电源或分布式普通电源与电源参数采集器组成，给相关设备供电和采集电源工作状态信息；第二级是井下数据通讯主传输网络，由CAN管理节点、无线管理节点、中继器、通讯网关、井下矿用光纤环网交换机或矿用以太网交换机组成，作为通讯数据流的主干道，将CAN通讯网络、ZigBee通讯网络和井下以太网连接起来形成一个较大的数据传输网；第三级是井上网，由井上以太网交换机、矿用光纤环网交换机和地面监控相关设备组成，通过以太网将电源工作状态数据传送至地面监控主机的数据库服务器，由地面监控主机提供数据收发、储存、分析、发布等服务，并提供WEB服务，将本地监控与各远程监控终端连接起来实现井下电源实时信息的共享。

9.一种基于权利要求8所述网络的结构，对井下隔爆电源进行监控的方法，包括以下步骤：

第1步：系统上电后，系统各组成设备进行初始化；

第2步：各智能隔爆电源和各电源参数采集器开始实时监测各分布式电源工作时的各种参数，储存于各自的数据存储器中，以待上层设备获取，并接收上层设备传递来的控制命令；

第3步：各CAN管理节点和各无线管理节点向与其相连的各智能隔爆电源或各电源参数采集器以轮询的方式发送数据获取命令，接收返回的应答数据，并对各电源的状态数据进行融合，存储于各电源参数寄存器中，以待其上层设备获取；

第4步：地面监控计算机以轮询的方式向各CAN管理节点和各无线管理节点发送数据获取命令，各CAN管理节点和各无线管理节点收到命令后，将其管理的各电源状态数据打包后依次（或经过CAN中继器）发送至其所连通讯网关，通讯网关将数据进行打包，加上IP地址等信息后再发送给地面监控计算机，地面监控计算机对返回的应答数据进行解包，存储于数据服务器中，并对数据进行分析、判断和显示，绘制数据表格、历史曲线和实时状态图等图表，并根据电源的状态或操作员的要求对个电源下发单个或批量开启或关闭命令；

第5步：如地面监控计算机发出控制命令，则该命令将被各CAN管理节点和各无线管理节点同时接收，由各CAN管理节点和各无线管理节点对命令内的IP地址进行解析，以决定是否继续下传至各目标智能隔爆电源和电源参数采集器，各目标智能隔爆电源和电源参数采集器对命令进行解析后，决定是否执行相应命令操作。