CN104481591A - 矿井移动采掘设备人员接近监测预警装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种矿井移动采掘设备人员接近监测预警装置，包括移动标签、探测器、主控器、显示器、报警器和电控箱；移动标签由矿井工作人员随身携带；探测器、主控器和电控箱设在矿井移动采掘设备上，显示器和报警器设在矿井移动采掘设备的操作室内；主控器内设有位置坐标系并将矿井移动采掘设备周围的矿井区域划分为警告区和停机区；探测器和移动标签采用主从应答式无线测距获知移动标签位置信息，主控器根据不同情况进行警告或停机等相应处理。本发明能够精确获取矿井移动采掘设备周边人员位置信息，有效判断人员与矿井移动采掘设备间的相对位置，通过告警及停机等措施，确保矿井移动采掘设备周围人员的人身安全。
Description
技术领域
本发明涉及矿井设备与人员安全监控领域，具体地说是涉及一种矿井移动采掘设备人员接近监测预警装置及其工作方法。
背景技术
矿井人员位置监测在矿井安全生产方面具有举足轻重的作用。煤矿井下情况复杂，空间狭窄，各类机械及电力设备众多，特别是掘进机、连采机、梭车等矿井移动采掘设备运行中因操作人员视线被遮挡，易造成设备周围人员伤亡事故。精确获取矿井移动采掘设备周围人员位置信息，保证人员及时避开危险，是保障矿井安全生产、减少人员伤亡的迫切需要。
目前，人员定位系统广泛用于井下人员位置监测中。主要分为两类：基于RFID技术的区域定位系统及基于TOF技术的一维精确定位系统。区域定位技术获取人员所在大致区域范围；一维精确定位技术能够得到人员的一维坐标信息，从而获知人在井下巷道中的具体位置。已有人员定位系统多用于人员考勤管理与位置跟踪，在获取人员与矿井移动采掘设备间精确的相对位置方面存在很大不足。而目前针对井下矿井移动采掘设备周围人员接近监测和预警的研究尚属空白，在保障矿井移动采掘设备周围人员安全方面尚未有效果好的产品问世。
发明内容
本发明的目的是：针对现有技术中煤矿人员位置监测技术的不足及矿井安全生产对矿井移动采掘设备周围人员安全保障的迫切需求，提供一种能够有效保障矿井内人员安全的矿井移动采掘设备人员接近监测预警装置及其工作方法。
本发明的技术方案是：本发明的矿井移动采掘设备人员接近监测预警装置，包括矿井移动采掘设备，其结构特点是：还包括移动标签、探测器、主控器、显示器、报警器和电控箱；
上述的移动标签由矿井工作人员随身携带；探测器设置在矿井移动采掘设备上，且位于矿井移动采掘设备周围；探测器的数量和在矿井移动采掘设备上的安装位置根据矿井移动采掘设备的外形和大小相应确定；主控器和电控箱固定安装在矿井移动采掘设备内；显示器和报警器固定安装在矿井移动采掘设备的操作室内；
上述的主控器内设有以矿井移动采掘设备的几何中心为坐标原点O，左右向为x轴、前后向为y轴的坐标系，并根据矿井移动采掘设备尺寸形状及工作、行走、转弯过程中各部位摆动角度参数确定矿井移动采掘设备动作过程中的机动范围，坐标系内离矿井移动采掘设备N1米的范围内为停机区，离停机区N2米的范围内为警告区；各探测器在主控器的坐标系内具有确定的位置信息；
上述的移动标签与探测器相互间无线通信测距；各探测器与主控器通信，将实时监测的各移动标签的位置信息上传主控器；
显示器、报警器和电控箱均分别与主控器相连；显示器用于实时显示主控器发送的信息；主控器实时判断各移动标签所处的位置并根据各移动标签是否进入停机区或警告区发出报警和控制信息；报警器用于接收主控器发送的报警信号进行报警；电控箱用于提供电源以及接收主控器的控制信号时切断工作电源控制矿井移动采掘设备停机。
进一步方案的是：上述的移动标签包括第一MCU模块、第一测距模块、报警模块、LED模块和电源模块；
第一MCU模块与第一测距模块双向信号电连接；报警模块和LED模块均分别与第一MCU模块信号电连接；电源模块提供工作电源；报警模块用于提供声音报警；LED模块用于提供闪光报警。
进一步方案的是：上述的探测器包括第二MCU模块、第二测距模块、总线接口、第二电源接口和第二LED模块；
第二MCU模块分别与第二测距模块和总线接口双向信号电连接；总线接口用于通过总线与主控器信号电连接；第二LED模块与第二MCU模块信号电连接；电源接口用于连接电源。
进一步的是：上述的主控器包括第三MCU模块、多路总线接口、多路隔离开关量接口、网口和第三电源接口；
多路总线接口、多路隔离开关量接口和网口分别与第三MCU模块双向信号电连接；主控器通过其多路总线接口与各探测器双向信号电连接；主控器通过其多路隔离开关量接口与报警器和电控箱信号电连接；主控器通过其网口与显示器双向信号电连接。
进一步的方案是：上述的显示器包括第四MCU模块、液晶屏、存储器、按键面板、第四网口和第四电源接口；
液晶屏、存储器和第四网口分别与第四MCU模块双向信号电连接；按键面板与第四MCU模块信号电连接；第四MCU模块用于和主控器双向信号电连接；第四电源接口用于连接电源。
进一步的方案还有：上述的移动标签的电源模块为3.7V电池。
上述的矿井移动采掘设备人员接近监测预警装置的工作方法，包括以下步骤：
①探测器实时监测：矿井移动采掘设备工作时，各探测器实时发出测距信号，当有移动标签进入矿井移动采掘设备附近区域时，移动标签根据接收到的探测器所发送的探测器的坐标及二者间距离信息，计算出自身坐标位置并将自身坐标信息发送给距其最近的探测器，探测器将移动标签的位置信息转发给主控器；显示器实时显示主控器发送的矿井移动采掘设备周围的各移动标签的位置信息并存储到显示器的存储器中；
②主控器实时位置判断：主控器实时接收各探测器所探测的各移动标签的位置信息，进行计算和判断各移动标签是否进入设定的警告区或停机区；若移动标签进入警告区，则进入步骤②；若移动标签进入停机区，则进入步骤④；
③发送报警信号：主控器通过相应的探测器向该移动标签发出报警信号，警告该移动标签的携带者离开危险区域；主控器向报警器发送报警信号，提醒移动采掘设备操作人员注意周围有人处于危险区域，注意操作安全；
④控制矿井移动采掘设备停机：主控器通过相应的探测器向该移动标签发出报警信号，警告该移动标签的携带者离开危险区域；主控器向报警器发送报警信号，提醒移动采掘设备操作人员注意周围有人处于危险区域，注意操作安全；并且向电控箱发送停机信号，切断电控箱的供电，使矿井移动采掘设备停机。
本发明具有积极的效果：（1）本发明的矿井移动采掘设备人员接近监测预警装置，通过在主控器内设立坐标系，将矿井移动采掘设备周围的矿井内区域划分为警告区和停机区，通过探测器与矿井工作人员随身携带的移动标签间的实时测距，从而可准确判断矿井移动采掘设备周围工作人员的相对位置信息，并根据移动标签与矿井移动采掘设备的相对位置即工作人员所处的不同区域采取警告或停机措施，从而可有效保障矿井内工作人员的人身安全。（2）本发明的矿井移动采掘设备人员接近监测预警装置，通过在矿井移动采掘设备的操作室内设置显示器和报警器，使得设备操作人员可方便地通过显示器看到该矿井移动采掘设备周围的移动标签即人员位置信息，通过报警器可方便地获得报警信息，从而使得设备操作人员可方便地采取相应操作，进一步保障矿井内工作人员的安全。（3）本发明的矿井移动采掘设备人员接近监测预警装置，其显示器除可实时动态显示矿井移动采掘设备周围人员的实时位置信息外，还可实时记录存储矿井移动采掘设备周围人员的实时位置信息，使用单位可根据显示器中存储的记录分析停机原因，从而在保障矿井下工作人员安全的前提下为矿井移动采掘设备的合理安排提供决策依据。（4）本发明的矿井移动采掘设备人员接近监测预警装置，其探测器和移动标签采用主、从应答式无线测距，移动标签只有检测到探测器的测距请求时才发送测距信息，从而可大大延长移动标签电池的使用时间。（5）本发明的矿井移动采掘设备人员接近监测预警装置的工作方法，基本为全自动式的工作方法，使用方便，运行可靠，可有效保障矿井内工作人员的人身安全。
附图说明
图1为本发明的电路结构示意图；
图2为图1中的移动标签的电路结构示意图；
图3为图1中的探测器的电路结构示意图；
图4为图1中的主控器的电路结构示意图；
图5为图1中的显示器的电路结构示意图；
图6为本发明在工作时对矿井移动采掘设备周围区域进行不同区域划分的示意图；
图7为本发明的工作方法的流程图。
上述附图中的附图标记如下：
移动标签1，第一MCU模块11，第一测距模块12，报警模块13，LED模块14，电源模块15；
探测器2，第二MCU模块21，第二测距模块22，总线接口23，第二电源接口24，第二 LED模块25；
主控器3，第三MCU模块31，多路总线接口32，多路隔离开关量接口33，网口34，第三电源接口35；
显示器4，第四MCU模块41，液晶屏42，存储器43，按键面板44，第四网口45，第四电源接口46；
报警器5，
电控箱6，
停机区7，
警告区8。
具体实施方式
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。
（实施例1）
见图1，本实施例的矿井移动采掘设备人员接近监测预警装置，主要由移动标签1、探测器2、主控器3、显示器4、报警器5和电控箱6组成。
移动标签1由矿井工作人员随身携带；探测器2设置在矿井移动采掘设备上，且位于矿井移动采掘设备周围；探测器2的数量和在矿井移动采掘设备上的安装位置根据矿井移动采掘设备的外形和大小相应确定。主控器3和电控箱6固定安装在矿井移动采掘设备内；显示器4和报警器5固定安装在矿井移动采掘设备的操作室内。
见图2，移动标签1主要由第一MCU模块11、第一测距模块12、报警模块13、LED模块14和电源模块15组成。
第一MCU模块11与第一测距模块12双向信号电连接；报警模块13和LED模块14均分别与第一MCU模块11信号电连接；电源模块15本实施例中优选采用3.7V电池，电源模块15为移动标签1提供工作电源。
见图3，探测器2主要由第二MCU模块21、第二测距模块22、总线接口23、第二电源接口24和第二LED模块25组成。
第二MCU模块21分别与第二测距模块22和总线接口23双向信号电连接；第二LED模块25与第二MCU模块21信号电连接。电源接口24用于连接电源。
见图4，主控器3主要由第三MCU模块31、多路总线接口32、多路隔离开关量接口33、网口34和第三电源接口35组成。
多路总线接口32、多路隔离开关量接口33和网口34分别与第三MCU模块31双向信号电连接。
见图5，显示器4主要由第四MCU模块41、液晶屏42、存储器43、按键面板44、第四网口45和第四电源接口46组成。
液晶屏42、存储器43和第四网口45分别与第四MCU模块41双向信号电连接；按键面板44与第四MCU模块41信号电连接；第四电源接口46用于连接电源。
见图6，设置在矿井移动采掘设备上的主控器3在其第三MCU模块31内，建立有平面坐标体系，该坐标体系以矿井移动采掘设备的形心为坐标原点O，左右向为x轴、前后向为y轴，根据矿井移动采掘设备尺寸形状及工作、行走、转弯过程中各部位摆动角度等参数，设定离矿井移动采掘设备N1米的范围内为停机区7，离停机区N2米的范围内为警告区8。
前述的移动标签1通过其第一测距模块12与探测器2的第二测距模块22无线通信，移动标签1接收探测器2发来的探测器2的坐标及探测器2与移动标签1间的距离信息，移动标签1的第一MCU模块11相应地计算自身坐标 ，并将该坐标信息发送给与其距离最为相近的探测器2；
探测器2的第二MCU模块21中存储有自身位置信息，探测器2实时测量自身与各移动标签1之间的距离并将自身位置及与所测的与移动标签1的距离信息实时发送给移动标签1；并将移动标签1发回的该移动标签1的坐标信息通过其总线接口23转发给主控器3；探测器2还将由主控器3发来的相关报警信号通过无线发送给移动标签1。
主控器3实时接收由探测器2转发来的各移动标签1的位置信息；计算并判断各移动标签1所处的区域；将各移动标签1的实时位置及所处区域通过主控器3的网口34传送到显示器4进行显示；同时通过探测器2的转发向处于警告区8及停机区7的移动标签1发送相应的报警信号，在需要报警时，探测器2的第二LED模块25显示报警信息，以同步提醒携带移动标签1的工作人员；当有移动标签1处于警告区8时，主控器3通过其多路隔离开关量接口33向报警器5发送报警信号；当有移动标签1处于停机区7时，主控器3通过其多路隔离开关量接口33向报警器5发送报警信号；并且通过多路隔离开关量接口33向电控箱6发送停机信号，切断电控箱的供电，使矿井移动采掘设备停机，从而确保进入停进区的该移动标签1携带者的人身安全。
显示器4用于实时显示矿井移动采掘设备的外形及其周围的警告区8和停机区7；且实时显示矿井移动采掘设备周围的各移动标签1的位置信息并存储到其存储器43中供日后查询。当移动标签1进入警告、停机区域时，显示器4的液晶屏分别以不同颜色进行显示，表征该移动标签1携带者处于相应的区域。
报警器5用于接收到主控器3发出的报警信号后，发出报警声音信号，以提醒矿井移动采掘设备操作人员采取相应措施保障人员安全。
见图7，本实施例的矿井移动采掘设备人员接近监测预警装置，其工作方法主要包括以下步骤：
①探测器（2）实时监测：矿井移动采掘设备工作时，各探测器（2）实时发出测距信号，当有移动标签（1）进入矿井移动采掘设备附近区域时，移动标签（1）根据接收到的探测器（2）所发送的探测器（2）的坐标及二者间距离信息，计算出自身坐标位置并将自身坐标信息发送给距其最近的探测器（2），探测器（2）将移动标签（1）的位置信息转发给主控器（3）；显示器（4）实时显示主控器（3）发送的矿井移动采掘设备周围的各移动标签（1）的位置信息并存储到显示器（4）的存储器（43）中；
②主控器（3）实时位置判断：主控器（3）实时接收各探测器（2）所探测的各移动标签（1）的位置信息，进行计算和判断各移动标签（1）是否进入设定的警告区（8）或停机区（7）；若移动标签（1）进入警告区（8），则进入步骤③；若移动标签（1）进入停机区（7），则进入步骤④；
③发送报警信号：主控器通过相应的探测器向该移动标签发出报警信号，警告该移动标签的携带者离开危险区域；主控器向报警器发送报警信号，提醒移动采掘设备操作人员注意周围有人处于危险区域，注意操作安全；
④控制矿井移动采掘设备停机：主控器通过相应的探测器向该移动标签发出报警信号，警告该移动标签的携带者离开危险区域；主控器向报警器发送报警信号，提醒移动采掘设备操作人员注意周围有人处于危险区域，注意操作安全；并且向电控箱发送停机信号，切断电控箱的供电，使矿井移动采掘设备停机。
综上所述，本实施例的矿井移动采掘设备人员接近监测预警装置，通过在主控器内设立坐标系，将矿井移动采掘设备周围的矿井内区域划分为警告区和停机区，通过探测器与矿井工作人员随身携带的移动标签间的实时测距，从而可准确判断矿井移动采掘设备周围工作人员的相对位置信息，并根据移动标签与矿井移动采掘设备的相对位置即工作人员所处的不同区域采取警告或停机措施，从而可有效保障矿井内工作人员的人身安全；通过在矿井移动采掘设备的操作室内设置显示器和报警器，使得设备操作人员可方便地通过显示器看到该矿井移动采掘设备周围的移动标签即人员位置信息，通过报警器可方便地获得报警信息，从而使得设备操作人员可方便地采取相应操作，进一步保障矿井内工作人员的安全；其显示器除可实时动态显示矿井移动采掘设备周围人员的实时位置信息外，还可实时记录存储矿井移动采掘设备周围人员的实时位置信息，使用单位可根据显示器中存储的记录分析停机原因，从而在保障矿井下工作人员安全的前提下为矿井移动采掘设备的合理安排提供决策依据；其探测器和移动标签采用主、从应答式无线测距，移动标签只有检测到探测器的测距请求时才发送测距信息，从而可大大延长移动标签电池的使用时间。其工作方法，基本为全自动式的工作方法，使用方便，运行可靠，可有效保障矿井内工作人员的人身安全。
以上实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换和变化而得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应该归入本发明的专利保护范围。
Claims (7)
1.一种矿井移动采掘设备人员接近监测预警装置，包括矿井移动采掘设备，其特征在于：还包括移动标签（1）、探测器（2）、主控器（3）、显示器（4）、报警器（5）和电控箱（6）；
所述的移动标签（1）由矿井工作人员随身携带；探测器（2）设置在矿井移动采掘设备上，且位于矿井移动采掘设备周围；探测器（2）的数量和在矿井移动采掘设备上的安装位置根据矿井移动采掘设备的外形和大小相应确定；主控器（3）和电控箱（6）固定安装在矿井移动采掘设备内；显示器（4）和报警器（5）固定安装在矿井移动采掘设备的操作室内；
所述的主控器（3）内设有以矿井移动采掘设备的几何中心为坐标原点O，左右向为x轴、前后向为y轴的坐标系，坐标系内设定离矿井移动采掘设备N1米的范围内为停机区（7），离停机区N2米的范围内为警告区（8）；各探测器（2）在主控器（3）的坐标系内具有确定的位置信息；
所述的移动标签（1）与探测器（2）相互间无线通信测距；各探测器（2）与主控器（3）通信，将实时监测的各移动标签（1）的位置信息上传主控器（3）；
显示器（4）、报警器（5）和电控箱（6）均分别与主控器（3）相连；显示器（4）用于实时显示主控器（3）发送的信息；主控器（3）实时判断各移动标签（1）所处的位置并根据各移动标签是否进入停机区（7）或警告区（8）发出报警和控制信息；报警器（5）用于接收主控器（3）发送的报警信号进行报警；电控箱（6）用于提供电源以及接收主控器（3）的控制信号时切断工作电源控制矿井移动采掘设备停机。
2.根据权利要求1所述的矿井移动采掘设备人员接近监测预警装置，其特征在于：所述的移动标签（1）包括第一MCU模块（11）、第一测距模块（12）、报警模块（13）、LED模块（14）和电源模块（15）；
第一MCU模块（11）与第一测距模块（12）双向信号电连接；报警模块（13）和LED模块（14）均分别与第一MCU模块（11）信号电连接；电源模块（15）提供工作电源；报警模块（13）用于提供声音报警；LED模块（14）用于提供闪光报警。
3.根据权利要求1所述的矿井移动采掘设备人员接近监测预警装置，其特征在于：所述的探测器（2）包括第二MCU模块（21）、第二测距模块（22）、总线接口（23）、第二电源接口（24）和第二LED模块（25）；
第二MCU模块（21）分别与第二测距模块（22）和总线接口（23）双向信号电连接；总线接口（23）用于通过总线与主控器（3）信号电连接；第二LED模块（25）与第二MCU模块（21）信号电连接；电源接口（24）用于连接电源。
4.根据权利要求1所述的矿井移动采掘设备人员接近监测预警装置，其特征在于：所述的主控器（3）包括第三MCU模块（31）、多路总线接口（32）、多路隔离开关量接口（33）、网口（34）和第三电源接口（35）；
多路总线接口（32）、多路隔离开关量接口（33）和网口（34）分别与第三MCU模块（31）双向信号电连接；主控器（3）通过其多路总线接口（32）与各探测器（2）双向信号电连接；主控器（3）通过其多路隔离开关量接口（33）与报警器（5）和电控箱（6）信号电连接；主控器（3）通过其网口（34）与显示器（4）双向信号电连接。
5.根据权利要求1所述的矿井移动采掘设备人员接近监测预警装置，其特征在于：所述的显示器（4）包括第四MCU模块（41）、液晶屏（42）、存储器（43）、按键面板（44）、第四网口（45）和第四电源接口（46）；
液晶屏（42）、存储器（43）和第四网口（45）分别与第四MCU模块（41）双向信号电连接；按键面板（44）与第四MCU模块（41）信号电连接；第四MCU模块（41）用于和主控器（3）双向信号电连接；第四电源接口（46）用于连接电源。
6.根据权利要求2所述的矿井移动采掘设备人员接近监测预警装置，其特征在于：所述的移动标签（1）的电源模块（15）为3.7V电池。
7.一种由权利要求1所述的矿井移动采掘设备人员接近监测预警装置的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：
①探测器（2）实时监测：矿井移动采掘设备工作时，各探测器（2）实时发出测距信号，当有移动标签（1）进入矿井移动采掘设备附近区域时，移动标签（1）根据接收到的探测器（2）所发送的探测器（2）的坐标及二者间距离信息，计算出自身坐标位置并将自身坐标信息发送给距其最近的探测器（2），探测器（2）将移动标签（1）的位置信息转发给主控器（3）；显示器（4）实时显示主控器（3）发送的矿井移动采掘设备周围的各移动标签（1）的位置信息并存储到显示器（4）的存储器（43）中；
②主控器（3）实时位置判断：主控器（3）实时接收各探测器（2）所探测的各移动标签（1）的位置信息，进行计算和判断各移动标签（1）是否进入设定的警告区（8）或停机区（7）；若移动标签（1）进入警告区（8），则进入步骤③；若移动标签（1）进入停机区（7），则进入步骤④；
③发送报警信号：主控器（3）通过相应的探测器（2）向该移动标签（1）发出报警信号，警告该移动标签（1）的携带者离开危险区域；主控器（3）向报警器（5）发送报警信号，提醒移动采掘设备操作人员注意周围有人处于危险区域，注意操作安全；
④控制矿井移动采掘设备停机：主控器（3）通过相应的探测器（2）向该移动标签（1）发出报警信号，警告该移动标签（1）的携带者离开危险区域；主控器（3）向报警器（5）发送报警信号，提醒移动采掘设备操作人员周围有人处于危险区域，注意操作安全；并且向电控箱（6）发送停机信号，切断电控箱（6）的供电，使矿井移动采掘设备停机。
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