CN104314615A - 一种矿用安全监控系统 - Google Patents
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Abstract
一种矿用安全监控系统，属于煤矿和非煤矿井下监控的通讯设备技术领域，所要解决的技术问题是提供一种能够解决现有矿用安全监控系统的不足，在增加系统的节点容量的同时，又便于安装和维护，同时便于巡更的系统，所采用的技术方案：地面设备包括监控主机、打印设备、通用交换机、UPS和地面矿用交换机，并且所述监控主机、监控主机备机、打印设备、UPS和地面矿用交换机通过通用交换机组成局域网，井下设备包括多个井下矿用交换机、矿用分站、矿用无线传感器和矿用无线执行器，多个井下矿用交换机组成光环网，每个井下矿用交换机均与一个或多个矿用分站连接并通信，每个矿用分站又与一个或多个矿用无线传感器、矿用无线执行器通信；本发明用于煤矿监控。
Description
技术领域
本发明一种矿用安全监控系统，属于煤矿和非煤矿井下监控的通讯设备技术领域。
背景技术
煤矿和非煤矿井下环境复杂，存在多种爆炸性混合气体和有毒气体，给生产带来了安全隐患，近年来煤矿和非煤矿安全事故频发，不仅造成了巨大的经济和人员的损失，也给环境带来了很大污染。随着计算机技术、通讯技术以及微电子技术的飞速发展，各种矿用安全监控系统以及各种检测气体矿用传感器逐年增多，煤矿和非煤矿安全事故有所下降，但同时这种系统的结构和信息交互方法也暴露新的问题，如这些系统中的设备依旧以有线的方式进行通讯，使得井下线缆众多，给维护带来了很大的困难。即使有小部分传感器是以无线的方式传输信息，但其耗电量较大而且较为分散，现有的各系统存在以下不足。
1、传输线种类多，难于管理
随着系统的增加，系统中的传感器种类也不断的增加，使的以有线传输为主的煤矿和非煤矿对传输线缆的管理非常困难。随着时间的推移即使有标记的传输线缆也是很难分清其属于哪个系统，哪个传感器。
2、实时性不强
传统的传输是以有线为主，其传输速率受到传输距离的影响，传感器与分站（基站）之间传输速率大都在1200bps和2400bps，如果采用光缆的话成本太高，而且由于分站接口的限制，特别是对于系统巡检时间要求严格的系统，随着传感器的扩展导致数据量增大，已不能够满足巡检时间的要求。
3、节点容量小
传统的以有线为主的传感器传输信号，大都是通过分站（基站）来采集传输。而由于分站本身的接口数量有限，使得每个分站能够接传感器的数量非常有限，以采集瓦斯的分站来说，现行流行的是8模8开，而数字信号的也只有30个左右。
4、传感器的安装和维护不便
现行的传感器的安装时必须要把电缆铺设好，而架设电缆有时非常不便。维护时由于传感器的种类和数量的增加，传输线缆也在增加，如果有电缆损坏，特别是对于井下的传感器而言，由于很多传感器的传输距离都在几公里，一旦有传感器的线缆出问题，查询起来很困难，不便于维护。
5、井下巡检不便
目前井下巡检多以目测，然后手写记录为主，这种方式不仅耗力耗时而且查询不便。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够解决现有矿用安全监控系统的不足，在增加系统的节点容量的同时，又便于安装和维护，同时便于巡更的系统。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案：一种矿用安全监控系统，包括地面设备和井下设备，所述地面设备包括监控主机、监控主机备机、打印设备、通用交换机、UPS和地面矿用交换机，并且所述监控主机、监控主机备机、打印设备、UPS和地面矿用交换机通过通用交换机组成局域网，所述井下设备包括多个井下矿用交换机、矿用分站、矿用无线传感器和矿用无线执行器，所述多个井下矿用交换机组成光环网，每个井下矿用交换机均与一个或多个矿用分站连接并通信，每个矿用分站又与一个或多个矿用无线传感器、矿用无线执行器通信；
所述多个井下矿用交换机组成的光环网，是作为地面设备和井下设备的以太网通道；
所述矿用无线传感器采集环境参数，将模拟量，开关量等信号转化成数字信号通过ZIGBEE无线方式传输到矿用分站，同时矿用无线传感器也可以通过ZIGBEE无线方式接收来自矿用分站的操作命令并执行；
所述矿用无线执行器接收矿用分站通过ZIGBEE无线方式传输来的控制信号，并执行控制操作，同时将控制操作结果信息通过ZIGBEE方式反馈给矿用分站；
所述矿用分站通过ZIGBEE无线方式与无线传感器、无线执行器进行信息交互，并将接收到的信息打包后通过所述光环网发送到监控主机处理，或接收来自地面的交互命令，同时发送到无线传感器、无线执行器，并将执行结果反馈到地面；
所述每个矿用分站上均连接有为其供电的电源；
所述地面矿用交换机与井下矿用交换机通过电缆连接。
所述井下设备还包括一个或多个矿用无线移动终端，所述矿用无线移动终端通过NFC无线方式与矿用无线传感器、矿用无线执行器及其它具有NFC模块的设备通信，采集信息，通过WIFI无线方式传输给矿用分站，同时矿用无线移动终端也通过WIFI无线方式接收来自矿用分站的各种命令，并执行相应操作。
所述井下矿用交换机具有光接口和RJ45电接口。
所述地面矿用交换机或为千兆网，或为百兆网。
本发明中矿用分站作为ZIGBEE路由器与作为终端的矿用无线传感器、矿用无线执行器形成ZIGBEE网络，矿用分站通过轮询机制，巡检每台矿用无线传感器和矿用无线执行器，将接收到的信息打包成数据包，通过光缆或电缆传输到光环网后送达地面监控主机，进行处理，同时地面监控主机能够显示、查询、打印、存储系统中各设备的安装、位置、通讯状况等信息。地面监控主机也可通过环网把要对矿用分站、矿用无线传感器、矿用无线执行器等设备的交互信息传输到矿用分站，矿用分站进而把信息分发到矿用无线传感器、矿用无线执行器等设备上，以执行相应操作并接收反馈信息。
井下或地面人员利用矿用无线移动终端通过NFC，采集矿用无线传感器、矿用无线执行器等具有NFC模块设备的各种状态信息，通过WIFI无线方式把信息传输到矿用分站，矿用分站将信息打包成数据包通过光环网送达地面监控主机，地面监控主机接收到信息后，进行显示、分类、存储等处理，并可进行查询、打印等操作。同时地面监控主机亦可将交互信息通过光环网发送到矿用分站，矿用分站接收到信息，通过WIFI送达矿用无线移动终端，进而进行操作，并接收来自矿用无线移动终端的反馈信息。
本发明和现有技术相比具有以下有益效果。
一、本发明中矿用无线传感器、矿用无线执行器和矿用无线移动终端与矿用分站之间的通讯采用无线方式，从而减少线缆的铺设，简化了井下传感器的安装和维护，更便于管理。
二、本发明中矿用无线传感器、矿用无线执行器与矿用分站之间的通讯采用ZIGBEE无线方式，其传输速率为20Kbps，比现有的矿用传感器、矿用无线执行器与分站之间的传输速率大大提高，使得信息传输更加实时。与此同时，采用ZIGBEE无线通讯方式，其网状网络的特点在于能够容纳64000个节点，比以往各种形式结构的节点数有了大幅度的提高，增加了系统中传感器和执行器节点容量，便于扩容从而更适用于客户将来的发展需求。
三、现有的煤矿和非煤矿井下巡检是以目测和手工记录为主，这种方法不仅耗力而且耗时。本发明采用矿用无线移动终端，通过NFC，实现了以刷卡的方式获取设备信息，一改以往目测和手工记录的手段，大大提高了工作效率。
附图说明
图1为本发明的系统结构图。
图2为矿用分站与矿用无线传感器、矿用无线执行器、矿用无线移动终端信息的无线传输方法图。
图3为矿用无线移动终端与矿用无线传感器、矿用无线执行器信息的无线传输方法图。
具体实施方式
实施例一
如图1-图3所示，一种矿用安全监控系统，包括地面设备和井下设备，所述地面设备包括监控主机、监控主机备机、打印设备、通用交换机、UPS和地面矿用交换机，并且所述监控主机、监控主机备机、打印设备、UPS和地面矿用交换机通过通用交换机组成局域网，所述井下设备包括多个井下矿用交换机、矿用分站、矿用无线传感器和矿用无线执行器，所述多个井下矿用交换机组成光环网，每个井下矿用交换机均与一个或多个矿用分站连接并通信，每个矿用分站又与一个或多个矿用无线传感器、矿用无线执行器通信；
所述多个井下矿用交换机组成的光环网，是作为地面设备和井下设备的以太网通道；
所述矿用无线传感器采集环境参数，将模拟量，开关量等信号转化成数字信号通过ZIGBEE无线方式传输到矿用分站，同时矿用无线传感器也可以通过ZIGBEE无线方式接收来自矿用分站的操作命令并执行；
所述矿用无线执行器接收矿用分站通过ZIGBEE无线方式传输来的控制信号，并执行控制操作，同时将控制操作结果信息通过ZIGBEE方式反馈给矿用分站；
所述矿用分站通过ZIGBEE无线方式与无线传感器、无线执行器进行信息交互，并将接收到的信息打包后通过所述光环网发送到监控主机处理，或接收来自地面的交互命令，同时发送到无线传感器、无线执行器，并将执行结果反馈到地面；
所述每个矿用分站上均连接有为其供电的电源；
所述地面矿用交换机与井下矿用交换机通过电缆连接。
所述井下矿用交换机具有光接口和RJ45电接口。
所述地面矿用交换机或为千兆网，或为百兆网。
井下矿用交换机作用：主要以光缆作为传输介质，由N个井下矿用交换机形成光环网，其具有光接口和RJ45电口，可以配接矿用分站等设备，其主要作用是作为地面和井下设备的以太网通道来传输信息。
地面监控主机和监控主机备机作用：地面监控主机集成了相应的功能软件，是地面人员与系统中各设备进行人机交互的平台，监控主机备机作用是当主机处于无法执行其正常功能时，备机启动来代替主机完成其功能，当主机回复正常时备机切断。
所述矿用无线移动终端与矿用无线传感器、矿用无线执行器组成的NFC通讯网络可以根据实际需要增加其它具有NFC功能的设备。
所述ZIGBEE采用2.4GHz ISM频段，其传输速率为20Kbps。所述NFC无线方式通讯工作于13.56MHz频率范围，传输速率为212Kbps，最大距离限制为20cm。
实施例二
如图1-图3所示，一种矿用安全监控系统，包括地面设备和井下设备，所述地面设备包括监控主机、监控主机备机、打印设备、通用交换机、UPS和地面矿用交换机，并且所述监控主机、监控主机备机、打印设备、UPS和地面矿用交换机通过通用交换机组成局域网，所述井下设备包括多个井下矿用交换机、矿用分站、矿用无线传感器和矿用无线执行器，所述多个井下矿用交换机组成光环网，每个井下矿用交换机均与一个或多个矿用分站连接并通信，每个矿用分站又与一个或多个矿用无线传感器、矿用无线执行器通信；
所述多个井下矿用交换机组成的光环网，是作为地面设备和井下设备的以太网通道；
所述矿用无线传感器采集环境参数，将模拟量，开关量等信号转化成数字信号通过ZIGBEE无线方式传输到矿用分站，同时矿用无线传感器也可以通过ZIGBEE无线方式接收来自矿用分站的操作命令并执行；
所述矿用无线执行器接收矿用分站通过ZIGBEE无线方式传输来的控制信号，并执行控制操作，同时将控制操作结果信息通过ZIGBEE方式反馈给矿用分站；
所述矿用分站通过ZIGBEE无线方式与无线传感器、无线执行器进行信息交互，并将接收到的信息打包后通过所述光环网发送到监控主机处理，或接收来自地面的交互命令，同时发送到无线传感器、无线执行器，并将执行结果反馈到地面；
所述每个矿用分站上均连接有为其供电的电源；
所述地面矿用交换机与井下矿用交换机通过电缆连接。
所述井下设备还包括一个或多个矿用无线移动终端，所述矿用无线移动终端通过NFC无线方式与矿用无线传感器、矿用无线执行器及其它具有NFC模块的设备通信，采集信息，通过WIFI无线方式传输给矿用分站，同时矿用无线移动终端也通过WIFI无线方式接收来自矿用分站的各种命令，并执行相应操作。
所述井下矿用交换机具有光接口和RJ45电接口。
所述地面矿用交换机或为千兆网，或为百兆网。
井下矿用交换机作用：主要以光缆作为传输介质，由N个井下矿用交换机形成光环网，其具有光接口和RJ45电口，可以配接矿用分站等设备，其主要作用是作为地面和井下设备的以太网通道来传输信息。
地面监控主机和监控主机备机作用：地面监控主机集成了相应的功能软件，是地面人员与系统中各设备进行人机交互的平台，监控主机备机作用是当主机处于无法执行其正常功能时，备机启动来代替主机完成其功能，当主机回复正常时备机切断。
所述矿用无线移动终端与矿用无线传感器、矿用无线执行器组成的NFC通讯网络可以根据实际需要增加其它具有NFC功能的设备。
所述ZIGBEE采用2.4GHz ISM频段，其传输速率为20Kbps。所述NFC无线方式通讯工作于13.56MHz频率范围，传输速率为212Kbps，最大距离限制为20cm。
Claims (4)
1.一种矿用安全监控系统，包括地面设备和井下设备，所述地面设备包括监控主机、监控主机备机、打印设备、通用交换机、UPS和地面矿用交换机，并且所述监控主机、监控主机备机、打印设备、UPS和地面矿用交换机通过通用交换机组成局域网，其特征在于：所述井下设备包括多个井下矿用交换机、矿用分站、矿用无线传感器和矿用无线执行器，所述多个井下矿用交换机组成光环网，每个井下矿用交换机均与一个或多个矿用分站连接并通信，每个矿用分站又与一个或多个矿用无线传感器、矿用无线执行器通信；
所述多个井下矿用交换机组成的光环网，是作为地面设备和井下设备的以太网通道；
所述矿用无线传感器采集环境参数，将模拟量，开关量等信号转化成数字信号通过ZIGBEE无线方式传输到矿用分站，同时矿用无线传感器也可以通过ZIGBEE无线方式接收来自矿用分站的操作命令并执行；
所述矿用无线执行器接收矿用分站通过ZIGBEE无线方式传输来的控制信号，并执行控制操作，同时将控制操作结果信息通过ZIGBEE方式反馈给矿用分站；
所述矿用分站通过ZIGBEE无线方式与无线传感器、无线执行器进行信息交互，并将接收到的信息打包后通过所述光环网发送到监控主机处理，或接收来自地面的交互命令，同时发送到无线传感器、无线执行器，并将执行结果反馈到地面；
所述每个矿用分站上均连接有为其供电的电源；
所述地面矿用交换机与井下矿用交换机通过电缆连接。
2.根据权利要求1所述的一种矿用安全监控系统，其特征在于：所述井下设备还包括一个或多个矿用无线移动终端，所述矿用无线移动终端通过NFC无线方式与矿用无线传感器、矿用无线执行器及其它具有NFC模块的设备通信，采集信息，通过WIFI无线方式传输给矿用分站，同时矿用无线移动终端也通过WIFI无线方式接收来自矿用分站的各种命令，并执行相应操作。
3.根据权利要求1或2所述的一种矿用安全监控系统，其特征在于：所述井下矿用交换机具有光接口和RJ45电接口。
4.根据权利要求1或2所述的一种矿用安全监控系统，其特征在于：所述地面矿用交换机或为千兆网，或为百兆网。
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