CN107727067A - 一种煤气柜柜位活塞倾斜度测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种煤气柜柜位活塞倾斜度测量系统，包括监控中心PC主机、CAN通讯模块、欧姆龙PLC、CAN网桥、防爆检测仪、CAN主网；通过CAN通讯模块I实现监控中心PC主机和欧姆龙PLC之间的通信，通过CAN通讯模块II实现欧姆龙PLC和各个柜CAN网桥之间的通信，以及通过CAN子网实现CAN网桥分别与各自柜防爆检测仪之间的通信，实时检测柜位活塞倾斜实时数据，经过各柜CAN网桥分析运算处理后，传输给述监控中心PC主机；监控中心PC主机照设定的时间段描绘成倾斜度变化曲线，可精确得出倾斜位移的变化，双路CAN通讯系统的实现，使整个测量系统具有较强的通讯能力、稳定性和抗干扰能力，可有效实时地监测煤气柜柜位活塞倾斜度的变化。

Description

一种煤气柜柜位活塞倾斜度测量系统

技术领域

本发明涉及煤气柜运行检测技术领域，尤其涉及一种煤气柜柜位活塞倾斜度测量系统。

背景技术

大型钢铁生产企业现有的煤气柜大多属于橡胶薄膜密封型干式威金斯煤气柜，是煤气的回收、存储、网转供的核心设施之一。煤气柜的柜位活塞正常情况下处于水平状态，若发生较大的倾斜，将会导致卡阻，严重者将导致煤气泄漏，造成很大的经济损失和人员伤亡。因此，为防止倾斜事故的发生，需要对活塞倾斜度进行实时监控测量。

中国授权公告日2016年08月10日、授权公告号CN 104344811 B、发明名称：一种煤气柜活塞倾斜度在线检测系统及方法，该发明技术通过RS485总线连接的双轴倾角传感器和转换器；微处理器用于根据双轴倾角传感器采集的数据计算煤气柜活塞倾斜方向角度，在转换器中对采集到的数据进行处理，再以Profibus-DP从站的方式接入现有控制系统，用户几乎无需在控制系统中做任何编程工作，将该发明系统传来数据显示即可，提高兼容性。

但该发明技术在实际应用中，仍然存在如下不足：

1)该发明技术通过RS485总线连接的双轴倾角传感器和转换器；

该发明技术因采用RS485总线，使其仅仅适用于在单体煤气柜使用，不适用于同时在两个或两个以上的煤气柜使用，而大型钢铁生产企业往往具有两个或两个以上的煤气柜，由于煤气柜在大型钢铁生产企业所处的特殊地位，通常情况下至少是设置三座不同容量的煤气柜，工作时是两座煤气柜工作，一座煤气柜备用，因此往往需要组成两工一备网络化的煤气柜柜位活塞倾斜度测量系统、从而进行实时在线监测。因此，该发明技术不适用于两个或两个以上的煤气柜使用，其使用范围受到限制。

2)该发明技术通过RS485总线连接的双轴倾角传感器和转换器；

双轴倾角传感器的测量原理如图1所示、(a)水平状、(b)倾斜状，双轴倾角传感器采用水平放置方式，某一时刻，测量对象的姿态角，记偏转角为α，俯仰角为β，即为该时刻双轴倾角传感器两个敏感轴的位置与其对应的初始位置的两个夹角。根据牛顿第二定律来测量敏感轴相与水平面的倾角变化量，通过检测重力加速度在倾角传感器敏感轴上的分量，经换算得到敏感轴方向与水平面的夹角。

由于双轴相互垂直的X轴、Y轴双轴倾角传感器，用于柜位活塞倾斜度检测时是在水平面内的位移检测，输出水平面内的X轴、Y轴两路二维空间的柜位活塞倾斜位移数字信号，而柜位活塞倾斜是在X轴、Y轴、Z轴三维空间内的位移倾斜，检测的应该是三维空间内的X轴、Y轴、Z轴三路柜位活塞倾斜位移数字信号；由此，该发明技术由于缺少三维空间内Z轴方向的倾斜位移检测，使得该煤气柜活塞倾斜度在线检测的可靠性受到影响。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明的目的是提供一种煤气柜柜位活塞倾斜度测量系统，基于CAN总线、欧姆龙PLC技术，采用水平位移双轴倾角传感器、垂直位移三轴倾角传感器，构成网络化测量系统进行实时监测柜位活塞倾斜位移，以解决上述背景技术中提出的不足。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

所述一种煤气柜柜位活塞倾斜度测量系统，包括设置在1#～3#煤气柜内的柜位活塞边缘上侧呈周向四等分分别设有4个防爆检测仪，所述防爆检测仪通过CAN子网的ASTP铠装CAN总线电缆分别与设置在煤气柜顶的CAN网桥盒内的各自柜CAN网桥电路板连接在一起，所述1#～3#CAN网桥电路板的输出端并联在一起、并通过CAN主网的ASTP铠装CAN总线电缆与设置在控制室内的欧姆龙PLC连接在一起，所述欧姆龙PLC与监控中心PC主机连接在一起，所述监控中心PC主机与声光报警装置连接在一起，设置在控制室的动力电源是由AC电源输入后、通过AC/DC电源转换外接一个变压器的处理后的直流电源分别与1#～3#CAN网桥盒、欧姆龙PLC、监控中心PC主机、声光报警装置连接，并向其供电，所述动力电源通过1#～3#CAN网桥盒与各自煤气柜内的防爆检测仪连接，并向其供电，所述1#～3#煤气柜底部各自进、出口管上分别设置有各自的进口电动阀门、出口电动阀门，所述1#～3#进口电动阀门分别与进口管总管路连接在一起，所述1#～3#出口电动阀门分别与出口管总管路连接在一起。

本发明控制系统基于CAN总线、欧姆龙PLC技术，所述控制系统，包括监控中心PC主机、声光报警装置、光隔离中继器I～M、CAN通讯模块I～II、欧姆龙PLC、1#～3#柜CAN网桥、1#～3#柜进口阀电机、1#～3#柜出口阀电机、1#柜防爆检测仪I～IV、2#柜防爆检测仪I～IV、3#柜防爆检测仪I～IV、CAN主网；

其组成相互连接关系：所述声光报警装置、监控中心PC主机、光隔离中继器I、CAN通讯模块I、欧姆龙PLC、CAN通讯模块II、光隔离中继器II、光隔离中继器III顺次相连接，所述光隔离中继器II、光隔离中继器III中间的CAN主网分别并连接有1#柜CAN网桥、2#柜CAN网桥、3#柜CAN网桥、1#柜进口阀电机、2#柜进口阀电机、3#柜进口阀电机、1#柜出口阀电机、2#柜出口阀电机、3#柜出口阀电机；

所述1#柜CAN网桥分别与1#柜防爆检测仪I、1#柜防爆检测仪II、1#柜防爆检测仪III、1#柜防爆检测仪IV相连接，所述2#柜CAN网桥分别与2#柜防爆检测仪I、2#柜防爆检测仪II、2#柜防爆检测仪III、2#柜防爆检测仪IV相连接，所述3#柜CAN网桥分别与3#柜防爆检测仪I、3#柜防爆检测仪II、3#柜防爆检测仪III、3#柜防爆检测仪IV相连接；

其中，所述1#柜CAN网桥、2#柜CAN网桥、3#柜CAN网桥均呈相同的结构、功能设置，所述1#柜防爆检测仪I、1#柜防爆检测仪II、1#柜防爆检测仪III、1#柜防爆检测仪IV、2#柜防爆检测仪I、2#柜防爆检测仪II、2#柜防爆检测仪III、2#柜防爆检测仪IV、3#柜防爆检测仪I、3#柜防爆检测仪II、3#柜防爆检测仪III、3#柜防爆检测仪IV均呈相同的结构、功能设置。

本发明通过CAN通讯模块I实现上位机的监控中心PC主机和下位机的欧姆龙PLC之间的通信，通过CAN通讯模块II实现欧姆龙PLC和1#～3#柜CAN网桥之间的通信，以及通过CAN子网实现1#～3#柜CAN网桥分别与各自柜防爆检测仪I～IV之间的通信，所述1#～3#柜CAN网桥的功能是发送远程帧向1#～3#煤气柜的各自防爆检测仪I～IV，检测柜位活塞倾斜实时数据，并实时接收数据，经过1#～3#柜CAN网桥的CAN网桥STM32F103MCU模块分析运算处理后，通过CAN通讯模块I～II传输给控制室内的述监控中心PC主机；

所述监控中心PC主机将接收到的各自防爆检测仪I～IV采集到的柜位活塞倾斜数据位移相关参数存储在数据库中，按照设定的时间段，将数据库中的位移相关参数描绘成倾斜变化曲线，可精确得出柜位活塞倾斜位移的变化，实时显示柜位倾斜度的变化，同时记录柜位倾斜度的历史趋势，以便对柜位活塞运行情况进行分析。

当柜位活塞倾斜位移超过60mm时，所述监控中心PC主机发出控制指令给声光报警装置发出声光报警提示。当柜位活塞倾斜位移超过120mm时，所述欧姆龙PLC联锁向风机房发送拒绝、停止回收煤气信号，与煤气柜进口电动阀门联锁，煤气柜进口电动阀门关闭停止进气，出口电动阀门开启，对柜内煤气通过出口管总管路、放散塔进行放散，以便达到稳定煤气柜活塞的运行目的，避免活塞倾斜加剧对设备的损伤。

所述欧姆龙PLC选用CS1系列模块式结构的PLC，所述CAN通讯模块I～II选用CORT_21CAN模块，2个CORT_21CAN模块都连在欧姆龙PLC上，存在主从之分，所述CAN通讯模块II作为主CAN模块负责自身的数据采集和控制命令发送，所述CAN通讯模块I作为从CAN模块负责与监控中心PC主机的数据互通实现远程监测；

所述光隔离中继器I～III选用ECANG-F，所述CAN主网上连接有光隔离中继器II～III，其他设备都在光隔离中继器II～III之间的CAN主网上并接；所述CAN通讯模块I和监控中心PC主机之间连接有光隔离中继器I，所述光隔离中继器I～III在整个系统中作用较大，可以实现电气隔离，避免通讯模块受到外部强电的影响，可以增强信号强度，信号在传输中会发生衰减，通过光隔离中继器I～III增强信号强度保证传输质量；可以设置终端电阻。

所述防爆检测仪，包括垂直位移三轴倾角传感器、水平位移双轴倾角传感器、传感器壳体、壳体对中定位支撑环、数据采集板、防爆盒体、壳体封头、连接引线、盒体盖板、防爆接口、防爆接口保护装置、铠装CAN电缆、保护钢管；

所述水平位移双轴倾角传感器、垂直位移三轴倾角传感器封装于传感器壳体内部的上下两端，所述传感器壳体的外部设有壳体对中定位支撑环、其传感器壳体端口采用壳体封头封口、其腔内封满环氧树脂，并且水平位移双轴倾角传感器、垂直位移三轴倾角传感器的连接引线与其上端设置的数据采集板输入端连接，并且所述数据采集板、传感器壳体封装于防爆盒体内部的上下两端，所述数据采集板上端腔内封满环氧树脂后、其防爆盒体端口采用盒体盖板封口，其中数据采集板输出端铠装CAN电缆穿过盒体盖板、并设置有套装防爆接口，所述防爆接口外侧设置有防爆接口保护装置，所述盒体盖板上侧与防爆接口呈竖直方向相对应的部位通过焊接设置有保护钢管，使得数据采集板输出端铠装CAN电缆穿过盒体盖板、防爆接口后封装于保护钢管内。

所述数据采集板，包括信号调理前置放大电路Ⅰ、信号调理前置放大电路Ⅱ、A/D转换器Ⅰ、A/D转换器Ⅱ、FPGA控制电路、数据采集STM32F103MCU模块、时钟/复位电路Ⅰ、电源模块Ⅰ、存储器Ⅰ、CAN子网收发器模块I；

其组成相互连接关系：所述数据采集板核心器件的数据采集STM32F103MCU模块分别与时钟/复位电路Ⅰ、电源模块Ⅰ、存储器Ⅰ、FPGA控制电路、CAN子网收发器模块I相连接，所述FPGA控制电路分别与A/D转换器Ⅰ、A/D转换器Ⅱ相连接，所述A/D转换器Ⅰ、信号调理前置放大电路Ⅰ、水平位移双轴倾角传感器顺次相连接，所述A/D转换器Ⅱ、信号调理前置放大电路Ⅱ、垂直位移三轴倾角传感器顺次相连接。

所述数据采集板功能，一是数据采集板通过与防爆检测仪的水平位移双轴倾角传感器、垂直位移三轴倾角传感器进行数据传输，控制水平位移双轴倾角传感器、垂直位移三轴倾角传感器进行数据采集，二是数据采集板通过CAN子网收发器模块I与CAN网桥的CAN网桥STM32F103MCU模块实现数据的上传通信，完成柜位活塞倾斜的数据采集监测。

所述数据采集STM32F103MCU模块选用采用STM32F103芯片作为主控制器，由晶振电路、复位电路等组成。电源模块I为外部输入的+5V电压，经过线性压降器件AMS1117-3.3V后降为+3.3V，为STM32F103等器件提供工作电源。

所述水平位移双轴倾角传感器、垂直位移三轴倾角传感器将柜位活塞倾斜信号转换成电信号，分别经过信号调理前置放大电路I、信号调理前置放大电路II的前级预处理实现信号的滤波调理、前置放大，在经过A/D转换器I、A/D转换器II分别将电信号转换成数字信号输入FPGA控制电路，所述FPGA控制电路通过时钟/复位电路Ⅰ的时序、电压比较产生的编码、将数字信号输入数据采集STM32F103MCU模块进行数据增益还原，从而获得原始倾斜信号，并对倾斜信号进行分析处理后传输至CAN网桥的CAN网桥STM32F103MCU模块,所述存储器I用于数据采集STM32F103MCU模块操作新建文件、存储倾斜数据。

所述CAN网桥，包括存储器II、CAN网桥STM32F103MCU模块、时钟/复位电路II、CAN子网收发器模块II、网桥电源模块、CAN网桥收发器模块、接收主电路、FPGA译码及时序控制；

其组成相互连接关系：所述CAN网桥的核心器件CAN网桥STM32F103MCU模块分别与存储器II、CAN网桥收发器模块、网桥电源模块、FPGA译码及时序控制、时钟/复位电路II相连接，所述FPGA译码及时序控制、接收主电路、CAN子网收发器模块II顺次相连接。

所述CAN网桥的核心器件CAN网桥STM32F103MCU模块采用STM32F103芯片作为主控制器，由晶振电路、复位电路等组成。网桥电源模块为外部输入的+5V电压，经过线性压降器件AMS1117-3.3V后降为+3.3V，为STM32F103等器件提供工作电源。

所述存储器II用于存储器II操作新建文件、存储采集到的T型挡板支架倾斜数据。所述CAN网桥收发器模块、CAN子网收发器模块II采用NXP的高速收发器TJA1040，具有高速、低功耗、低电磁辐射的优点，所述CAN子网收发器模块II用于接收CAN子网收发器模块I发射的采集电信号，通过前端处理后，输送给接收主电路，由接收主电路进行低通滤波调理，滤波调理后的信号进行前置放大，以避免饱和现象，然后进行浮点分段放大。

所述时钟/复位电路II以时钟脉冲为时钟基准，所述FPGA译码及时序控制对采集的信号进行译码及时序控制整理负责产生控制序列，恢复为原始信号，然后发送给CAN网桥STM32F103MCU模块，可实现频率选择、波形占空比、电流发射次数等的控制，恢复为原始信号由CAN网桥收发器模块通过CAN主网发送给监控中心PC主机。

所述水平位移双轴倾角传感器选用传感器双轴相互垂直的双轴加速度传感器芯片ADXL202，用于柜位活塞倾斜在水平面内的位移监测，输出水平面内的X轴、Y轴两路数字信号后，进入数据采集STM32F103MCU模块进行数据计算处理，处理过后得到实际的角度值，输出到CAN网桥STM32F103MCU模块上，所述CAN网桥STM32F103MCU模块分别输出X轴、Y轴的水平角度值通过CAN网桥收发器模块上传给监控中心PC主机，供监控中心PC主机使用。

所述垂直位移三轴倾角传感器选用传感器三轴的加速度传感器ADXL345，用于柜位活塞倾斜在三维空间内的位移监测，输出三维空间内的X轴、Y轴、Z轴三路数字信号后，进入数据采集STM32F103MCU模块进行数据计算处理，处理过后得到三维空间实际的角度值，输出CAN网桥STM32F103MCU模块上，所述CAN网桥STM32F103MCU模块分别输出X轴、Y轴、Z轴的空间角度值通过CAN网桥收发器模块上传给监控中心PC主机，供监控中心PC主机使用。

有益效果：本发明公开的一种煤气柜柜位活塞倾斜度测量系统，包括监控中心PC主机、CAN通讯模块、欧姆龙PLC、CAN网桥、防爆检测仪、CAN主网；通过CAN通讯模块I实现监控中心PC主机和欧姆龙PLC之间的通信，通过CAN通讯模块II实现欧姆龙PLC和各个柜CAN网桥之间的通信，以及通过CAN子网实现CAN网桥分别与各自柜防爆检测仪之间的通信，实时检测柜位活塞倾斜实时数据，经过各柜CAN网桥分析运算处理后，传输给述监控中心PC主机；监控中心PC主机照设定的时间段描绘成倾斜度变化曲线，可精确得出倾斜位移的变化，双路CAN通讯系统的实现，使整个测量系统具有较强的通讯能力、稳定性和抗干扰能力，可有效实时地监测煤气柜柜位活塞倾斜度的变化。

附图说明

图1为双轴倾角传感器水平放置测量原理图；

图2为为本发明的硬件组成框架结构示意图；

图3为本发明的控制系统组成框图；

图4为本发明的防爆检测仪结构示意图；

图5为本发明的数据采集板原理框图；

图6为本发明的CAN网桥电路板原理框图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。

如图2所示，为本发明的硬件组成框架结构示意图，本发明提供一种煤气柜柜位活塞倾斜度测量系统，包括设置在1#～3#煤气柜内的柜位活塞边缘上侧呈周向四等分分别设有4个防爆检测仪，所述防爆检测仪通过CAN子网的ASTP铠装CAN总线电缆分别与设置在煤气柜顶的CAN网桥盒内的各自柜CAN网桥电路板连接在一起，所述1#～3#CAN网桥电路板的输出端并联在一起、并通过CAN主网的ASTP铠装CAN总线电缆与设置在控制室内的欧姆龙PLC连接在一起，所述欧姆龙PLC与监控中心PC主机连接在一起，所述监控中心PC主机与声光报警装置连接在一起，设置在控制室的动力电源是由AC电源输入后、通过AC/DC电源转换外接一个变压器的处理后的直流电源分别与1#～3#CAN网桥盒、欧姆龙PLC、监控中心PC主机、声光报警装置连接，并向其供电，所述动力电源通过1#～3#CAN网桥盒与各自煤气柜内的防爆检测仪连接，并向其供电，所述1#～3#煤气柜底部各自进、出口管上分别设置有各自的进口电动阀门、出口电动阀门，所述1#～3#进口电动阀门分别与进口管总管路连接在一起，所述1#～3#出口电动阀门分别与出口管总管路连接在一起。

如图3所示，为本发明的控制系统组成框图，本发明控制系统基于CAN总线、欧姆龙PLC技术，所述控制系统，包括监控中心PC主机、声光报警装置、光隔离中继器I～M、CAN通讯模块I～II、欧姆龙PLC、1#～3#柜CAN网桥、1#～3#柜进口阀电机、1#～3#柜出口阀电机、1#柜防爆检测仪I～IV、2#柜防爆检测仪I～IV、3#柜防爆检测仪I～IV、CAN主网；

其组成相互连接关系：所述声光报警装置、监控中心PC主机、光隔离中继器I、CAN通讯模块I、欧姆龙PLC、CAN通讯模块II、光隔离中继器II、光隔离中继器III顺次相连接，所述光隔离中继器II、光隔离中继器III中间的CAN主网分别并连接有1#柜CAN网桥、2#柜CAN网桥、3#柜CAN网桥、1#柜进口阀电机、2#柜进口阀电机、3#柜进口阀电机、1#柜出口阀电机、2#柜出口阀电机、3#柜出口阀电机；

所述1#柜CAN网桥分别与1#柜防爆检测仪I、1#柜防爆检测仪II、1#柜防爆检测仪III、1#柜防爆检测仪IV相连接，所述2#柜CAN网桥分别与2#柜防爆检测仪I、2#柜防爆检测仪II、2#柜防爆检测仪III、2#柜防爆检测仪IV相连接，所述3#柜CAN网桥分别与3#柜防爆检测仪I、3#柜防爆检测仪II、3#柜防爆检测仪III、3#柜防爆检测仪IV相连接；

其中，所述1#柜CAN网桥、2#柜CAN网桥、3#柜CAN网桥均呈相同的结构、功能设置，所述1#柜防爆检测仪I、1#柜防爆检测仪II、1#柜防爆检测仪III、1#柜防爆检测仪IV、2#柜防爆检测仪I、2#柜防爆检测仪II、2#柜防爆检测仪III、2#柜防爆检测仪IV、3#柜防爆检测仪I、3#柜防爆检测仪II、3#柜防爆检测仪III、3#柜防爆检测仪IV均呈相同的结构、功能设置。

本发明通过CAN通讯模块I实现上位机的监控中心PC主机和下位机的欧姆龙PLC之间的通信，通过CAN通讯模块II实现欧姆龙PLC和1#～3#柜CAN网桥之间的通信，以及通过CAN子网实现1#～3#柜CAN网桥分别与各自柜防爆检测仪I～IV之间的通信，所述1#～3#柜CAN网桥的功能是发送远程帧向1#～3#煤气柜的各自防爆检测仪I～IV，检测柜位活塞倾斜实时数据，并实时接收数据，经过1#～3#柜CAN网桥的CAN网桥STM32F103MCU模块分析运算处理后，通过CAN通讯模块I～II传输给控制室内的述监控中心PC主机；

所述监控中心PC主机将接收到的各自防爆检测仪I～IV采集到的柜位活塞倾斜数据位移相关参数存储在数据库中，按照设定的时间段，将数据库中的位移相关参数描绘成倾斜变化曲线，可精确得出柜位活塞倾斜位移的变化，实时显示柜位倾斜度的变化，同时记录柜位倾斜度的历史趋势，以便对柜位活塞运行情况进行分析。

当柜位活塞倾斜位移超过60mm时，所述监控中心PC主机发出控制指令给声光报警装置发出声光报警提示。当柜位活塞倾斜位移超过120mm时，所述欧姆龙PLC联锁向风机房发送拒绝、停止回收煤气信号，与煤气柜进口电动阀门联锁，煤气柜进口电动阀门关闭停止进气，出口电动阀门开启，对柜内煤气通过出口管总管路、放散塔进行放散，以便达到稳定煤气柜活塞的运行目的，避免活塞倾斜加剧对设备的损伤。

所述欧姆龙PLC选用CS1系列模块式结构的PLC，所述CAN通讯模块I～II选用CORT_21CAN模块，2个CORT_21CAN模块都连在欧姆龙PLC上，存在主从之分，所述CAN通讯模块II作为主CAN模块负责自身的数据采集和控制命令发送，所述CAN通讯模块I作为从CAN模块负责与监控中心PC主机的数据互通实现远程监测；

所述光隔离中继器I～III选用ECANG-F，所述CAN主网上连接有光隔离中继器II～III，其他设备都在光隔离中继器II～III之间的CAN主网上并接；所述CAN通讯模块I和监控中心PC主机之间连接有光隔离中继器I，所述光隔离中继器I～III在整个系统中作用较大，可以实现电气隔离，避免通讯模块受到外部强电的影响，可以增强信号强度，信号在传输中会发生衰减，通过光隔离中继器I～III增强信号强度保证传输质量；可以设置终端电阻。

如图4所示，为本发明的防爆检测仪结构示意图，所述防爆检测仪，包括垂直位移三轴倾角传感器、水平位移双轴倾角传感器、传感器壳体、壳体对中定位支撑环、数据采集板、防爆盒体、壳体封头、连接引线、盒体盖板、防爆接口、防爆接口保护装置、铠装CAN电缆、保护钢管；

所述水平位移双轴倾角传感器、垂直位移三轴倾角传感器封装于传感器壳体内部的上下两端，所述传感器壳体的外部设有壳体对中定位支撑环、其传感器壳体端口采用壳体封头封口、其腔内封满环氧树脂，并且水平位移双轴倾角传感器、垂直位移三轴倾角传感器的连接引线与其上端设置的数据采集板输入端连接，并且所述数据采集板、传感器壳体封装于防爆盒体内部的上下两端，所述数据采集板上端腔内封满环氧树脂后、其防爆盒体端口采用盒体盖板封口，其中数据采集板输出端铠装CAN电缆穿过盒体盖板、并设置有套装防爆接口，所述防爆接口外侧设置有防爆接口保护装置，所述盒体盖板上侧与防爆接口呈竖直方向相对应的部位通过焊接设置有保护钢管，使得数据采集板输出端铠装CAN电缆穿过盒体盖板、防爆接口后封装于保护钢管内。

如图5所示，为本发明的数据采集板原理框图，所述数据采集板，包括信号调理前置放大电路Ⅰ、信号调理前置放大电路Ⅱ、A/D转换器Ⅰ、A/D转换器Ⅱ、FPGA控制电路、数据采集STM32F103MCU模块、时钟/复位电路Ⅰ、电源模块Ⅰ、存储器Ⅰ、CAN子网收发器模块I；

其组成相互连接关系：所述数据采集板核心器件的数据采集STM32F103MCU模块分别与时钟/复位电路Ⅰ、电源模块Ⅰ、存储器Ⅰ、FPGA控制电路、CAN子网收发器模块I相连接，所述FPGA控制电路分别与A/D转换器Ⅰ、A/D转换器Ⅱ相连接，所述A/D转换器Ⅰ、信号调理前置放大电路Ⅰ、水平位移双轴倾角传感器顺次相连接，所述A/D转换器Ⅱ、信号调理前置放大电路Ⅱ、垂直位移三轴倾角传感器顺次相连接。

所述数据采集板功能，一是数据采集板通过与防爆检测仪的水平位移双轴倾角传感器、垂直位移三轴倾角传感器进行数据传输，控制水平位移双轴倾角传感器、垂直位移三轴倾角传感器进行数据采集，二是数据采集板通过CAN子网收发器模块I与CAN网桥的CAN网桥STM32F103MCU模块实现数据的上传通信，完成柜位活塞倾斜的数据采集监测。

所述数据采集STM32F103MCU模块选用采用STM32F103芯片作为主控制器，由晶振电路、复位电路等组成。电源模块I为外部输入的+5V电压，经过线性压降器件AMS1117-3.3V后降为+3.3V，为STM32F103等器件提供工作电源。

所述水平位移双轴倾角传感器、垂直位移三轴倾角传感器将柜位活塞倾斜信号转换成电信号，分别经过信号调理前置放大电路I、信号调理前置放大电路II的前级预处理实现信号的滤波调理、前置放大，在经过A/D转换器I、A/D转换器II分别将电信号转换成数字信号输入FPGA控制电路，所述FPGA控制电路通过时钟/复位电路Ⅰ的时序、电压比较产生的编码、将数字信号输入数据采集STM32F103MCU模块进行数据增益还原，从而获得原始倾斜信号，并对倾斜信号进行分析处理后传输至CAN网桥的CAN网桥STM32F103MCU模块,所述存储器I用于数据采集STM32F103MCU模块操作新建文件、存储倾斜数据。

如图6所示，是本发明的CAN网桥电路板原理框图，所述CAN网桥，包括存储器II、CAN网桥STM32F103MCU模块、时钟/复位电路II、CAN子网收发器模块II、网桥电源模块、CAN网桥收发器模块、接收主电路、FPGA译码及时序控制；

其组成相互连接关系：所述CAN网桥的核心器件CAN网桥STM32F103MCU模块分别与存储器II、CAN网桥收发器模块、网桥电源模块、FPGA译码及时序控制、时钟/复位电路II相连接，所述FPGA译码及时序控制、接收主电路、CAN子网收发器模块II顺次相连接。

所述CAN网桥的核心器件CAN网桥STM32F103MCU模块采用STM32F103芯片作为主控制器，由晶振电路、复位电路等组成。网桥电源模块为外部输入的+5V电压，经过线性压降器件AMS1117-3.3V后降为+3.3V，为STM32F103等器件提供工作电源。

所述存储器II用于存储器II操作新建文件、存储采集到的T型挡板支架倾斜数据。所述CAN网桥收发器模块、CAN子网收发器模块II采用NXP的高速收发器TJA1040，具有高速、低功耗、低电磁辐射的优点，所述CAN子网收发器模块II用于接收CAN子网收发器模块I发射的采集电信号，通过前端处理后，输送给接收主电路，由接收主电路进行低通滤波调理，滤波调理后的信号进行前置放大，以避免饱和现象，然后进行浮点分段放大。

所述时钟/复位电路II以时钟脉冲为时钟基准，所述FPGA译码及时序控制对采集的信号进行译码及时序控制整理负责产生控制序列，恢复为原始信号，然后发送给CAN网桥STM32F103MCU模块，可实现频率选择、波形占空比、电流发射次数等的控制，恢复为原始信号由CAN网桥收发器模块通过CAN主网发送给监控中心PC主机。

所述水平位移双轴倾角传感器选用传感器双轴相互垂直的双轴加速度传感器芯片ADXL202，用于柜位活塞倾斜在水平面内的位移监测，输出水平面内的X轴、Y轴两路数字信号后，进入数据采集STM32F103MCU模块进行数据计算处理，处理过后得到实际的角度值，输出到CAN网桥STM32F103MCU模块上，所述CAN网桥STM32F103MCU模块分别输出X轴、Y轴的水平角度值通过CAN网桥收发器模块上传给监控中心PC主机，供监控中心PC主机使用。

所述垂直位移三轴倾角传感器选用传感器三轴的加速度传感器ADXL345，用于柜位活塞倾斜在三维空间内的位移监测，输出三维空间内的X轴、Y轴、Z轴三路数字信号后，进入数据采集STM32F103MCU模块进行数据计算处理，处理过后得到三维空间实际的角度值，输出CAN网桥STM32F103MCU模块上，所述CAN网桥STM32F103MCU模块分别输出X轴、Y轴、Z轴的空间角度值通过CAN网桥收发器模块上传给监控中心PC主机，供监控中心PC主机使用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种煤气柜柜位活塞倾斜度测量系统，包括监控中心PC主机、声光报警装置、光隔离中继器I～M、CAN通讯模块I～II、欧姆龙PLC、1#～3#柜CAN网桥、1#～3#柜进口阀电机、1#～3#柜出口阀电机、1#柜防爆检测仪I～IV、2#柜防爆检测仪I～IV、3#柜防爆检测仪I～IV、CAN主网；其特征在于：

所述声光报警装置、监控中心PC主机、光隔离中继器I、CAN通讯模块I、欧姆龙PLC、CAN通讯模块II、光隔离中继器II、光隔离中继器III顺次相连接，

所述光隔离中继器II、光隔离中继器III中间的CAN主网分别并连接有1#柜CAN网桥、2#柜CAN网桥、3#柜CAN网桥、1#柜进口阀电机、2#柜进口阀电机、3#柜进口阀电机、1#柜出口阀电机、2#柜出口阀电机、3#柜出口阀电机；

所述1#柜CAN网桥分别与1#柜防爆检测仪I、1#柜防爆检测仪II、1#柜防爆检测仪III、1#柜防爆检测仪IV相连接，

所述2#柜CAN网桥分别与2#柜防爆检测仪I、2#柜防爆检测仪II、2#柜防爆检测仪III、2#柜防爆检测仪IV相连接，

所述3#柜CAN网桥分别与3#柜防爆检测仪I、3#柜防爆检测仪II、3#柜防爆检测仪III、3#柜防爆检测仪IV相连接；

其中，所述1#柜CAN网桥、2#柜CAN网桥、3#柜CAN网桥均呈相同的结构、功能设置，所述1#柜防爆检测仪I、1#柜防爆检测仪II、1#柜防爆检测仪III、1#柜防爆检测仪IV、2#柜防爆检测仪I、2#柜防爆检测仪II、2#柜防爆检测仪III、2#柜防爆检测仪IV、3#柜防爆检测仪I、3#柜防爆检测仪II、3#柜防爆检测仪III、3#柜防爆检测仪IV均呈相同的结构、功能设置。

2.根据权利要求1所述一种煤气柜柜位活塞倾斜度测量系统，其特征在于：

数据采集STM32F103MCU模块分别与时钟/复位电路Ⅰ、电源模块Ⅰ、存储器Ⅰ、FPGA控制电路、CAN子网收发器模块I相连接，

所述FPGA控制电路分别与A/D转换器Ⅰ、A/D转换器Ⅱ相连接，

所述A/D转换器Ⅰ、信号调理前置放大电路Ⅰ、水平位移双轴倾角传感器顺次相连接，

所述A/D转换器Ⅱ、信号调理前置放大电路Ⅱ、垂直位移三轴倾角传感器顺次相连接。

3.根据权利要求1所述一种煤气柜柜位活塞倾斜度测量系统，其特征在于：

CAN网桥STM32F103MCU模块分别与存储器II、CAN网桥收发器模块、网桥电源模块、FPGA译码及时序控制、时钟/复位电路II相连接，

所述FPGA译码及时序控制、接收主电路、CAN子网收发器模块II顺次相连接。