CN107965343B - 透明的液压支架电液控制通信系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种透明的液压支架电液控制通信系统，包括数据通信总线，支架控制器，信号转换器，顺槽监控主机和地面监控主机。其中：支架控制器将实时数据直接经由数据通信总线传输至信号转换器，将延缓数据存储于数据缓冲池中；顺槽监控主机接收信号转换器转发的实时数据，和/或从支架控制器的数据缓冲池中读取延缓数据；地面监控主机，接收顺槽监控主机发送的实时数据和/或延缓数据。上述方案，液压支架控制通信系统采用无主和主从两种通信模式，通过将工作面数据进行分为实时数据和延缓数据，将无主报通信模式的数据流量减少为总数据流量20％以下，有效缓解了通信系统的拥堵程度，提高了数据传输的稳定性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种综采工作面液压支架自动控制技术领域，具体涉及一种透明的液压支架电液控制通信系统。
背景技术
综采工作面液压支架电液控制系统是煤矿综采工作面自动化控制的关键技术，尤其是液压支架电液控制系统是由工作面中的多台支架控制器相互连接构成的通信网络系统，通信网络系统包括多个网络单元，一般在100-250个之间，液压支架上配置了的传感器部件，具有传感器多，报送数据量大、控制节点多、同时工作面急停、闭锁、停止等影响安全的命令必须随时发出的特点，所以，一般液压支架电液控制系统都采用的是无主方式进行数据报送，报送数据量无法估算，经常发生数据拥堵的故障，存在着通信系统运行不稳定，可靠性低等问题。
发明内容
为解决现有技术中液压支架电液控制系统中数据通信过程中容易出现拥堵、稳定性差、可靠性低的技术问题，本发明提供一种透明的液压支架电液控制通信系统。
为此，本发明提供一种透明的液压支架电液控制通信系统，包括数据通信总线，支架控制器，信号转换器，顺槽监控主机和地面监控主机，其中：
所述支架控制器，安装在工作面中的液压支架上，用于控制所述液压支架的动作；所述数据通信总线，用于实现每一所述支架控制器和所述信号转换器之间、所述信号转换器与所述顺槽监控主机之间的通信连接以形成液压支架电液控制通信系统；所述通信系统采用无主通信模式实现系统内实时数据的传输，采用主从通信模式实现系统内延缓数据的传输，其中：
所述支架控制器输出实时数据时，所述支架控制器的输出端将实时数据直接传输至所述数据通信总线，经由所述数据通信总线传输至所述信号转换器，所述信号转换器将实时数据转发至所述顺槽监控主机；所述支架控制器输出延缓数据时，所述支架控制器将延缓数据存储于其内部的数据缓冲池中，所述顺槽监控主机经由所述信号转换器和所述数据通信总线从所述支架控制器的所述数据缓冲池中读取延缓数据；
所述地面监控主机，其输入端与所述顺槽监控主机的输出端通信连接，接收所述顺槽监控主机发送的实时数据和/或延缓数据。
可选地，上述的透明的液压支架电液控制通信系统中，所述支架控制器，按照设定时间要求将所述数据缓冲池存储的延缓数据的数据量，经由所述数据通信总线发送至所述顺槽监控主机和所述地面监控主机。
可选地，上述的透明的液压支架电液控制通信系统中，还包括：
电源箱，为一组支架控制器供电；
连接器，通过通信电缆连接于同一组中不同所述支架控制器之间，实现所述支架控制器之间的数据通信；
耦合器，设置于不同组所述支架控制器之间，且与所述数据通信总线通信连接；其将不同组所述支架控制器在电气上进行隔离，并实现不同组所述支架控制器之间的数据传输；
所述耦合器配置有收发存储单元，所述收发存储单元用于缓存接收到的一组所述支架控制器发送的数据请求；所述耦合器按照所述收发存储单元中缓存的数据请求的优先级及顺序队列依次将数据请求发送到下一组支架控制器；其中与所述信号转换器相连的一组支架控制器对应的耦合器，直接将数据请求发送至所述信号转换器。
可选地，上述的透明的液压支架电液控制通信系统中，所述耦合器，按照所述设定时间要求将所述收发存储单元存储的数据请求的数据量，经由所述数据通信总线发送至所述顺槽监控主机和所述地面监控主机。
可选地，上述的透明的液压支架电液控制通信系统中，所述信号转换器，将其与所述支架控制器或所述耦合器之间的短距离通信模式转换为其与所述顺槽监控主机之间的300-500m的长距离数据传输模式。
可选地，上述的透明的液压支架电液控制通信系统中，所述信号转换器，配置有收发存储模块，所述收发存储模块用于存储接收到的所述数据通信总线传输的实时数据和/或延缓数据；
所述信号转换器按照所述收发存储模块中缓存的实时数据和/或延缓数据的优先级及顺序队列依次将实时数据和/或延缓数据传输至所述顺槽监控主机。
可选地，上述的透明的液压支架电液控制通信系统中，所述信号转换器，按照所述设定时间要求将所述收发存储模块存储的实时数据和/或延缓数据的数据量，经由所述数据通信总线发送至所述顺槽监控主机和所述地面监控主机。
可选地，上述的透明的液压支架电液控制通信系统中，所述顺槽监控主机，检测设定周期内其输入端接收到的实时数据的数据总量，若所述数据总量小于预设的通信阈值下限，则其输入端开始经由所述信号转换器和所述数据通信总线从所述支架控制器的所述数据缓冲池中读取延缓数据；
若所述数据总量大于预设的通信阈值上限，则其输入端停止经由所述信号转换器和所述数据通信总线从所述支架控制器的所述数据缓冲池中读取延缓数据。
可选地，上述的透明的液压支架电液控制通信系统中，
所述信号转换器，经由所述数据通信总线或所述通信电缆向所述支架控制器发送侦听信号；
所述信号转换器，若在预设时间内接收到所述支架控制器发送的响应信号则判定所述支架控制器与所述数据通信总线或所述通信电缆连接的通信支路正常，否则判定所述支架控制器与所述数据通信总线或所述通信电缆连接的所述通信支路异常；
所述支架控制器与所述数据通信总线或所述通信电缆连接的所述通信支路异常时，所述支架控制器经由与其相邻的其他支架控制器与所述数据通信总线或所述通信电缆进行数据传输。
可选地，上述的透明的液压支架电液控制通信系统中，所述数据缓冲池采用掉电保护存储器，其对所述延缓数据采用先进先出环形队列方式进行管理。
可选地，上述的透明的液压支架电液控制通信系统中，所述地面监控主机，绘制支架控制器通信网络拓扑图，在所述网络拓扑图中，以图形/符号显示其接收到的所有数据的总量以及：
每一所述支架控制器中所述数据缓冲池的容量以及其存储的延缓数据的数据量；
每一所述耦合器中所述收发存储单元的容量以及其存储的数据请求的数据量；
每一所述信号转换器中所述收发存储模块的容量以及其存储的实时数据和/或延缓数据的数据量。
本发明提供的上述技术方案，与现有技术相比，至少具有如下有益效果：
本发明提供的一种透明的液压支架电液控制通信系统，将工作面数据按照紧急程度和安全性能进行分类，紧急的数据作为实时数据仍然采用无主通信方式发送，而不紧急的数据则采用主从方式进行数据报送，先存储于数据缓冲池中之后，由顺槽监控主机从缓冲池中读取。这样将无主通信方式报送的数据量大大的缩减下来，大约仅占数据总量的10～20％左右，而大量的数据则采用主从方式进行报送，使得将工作面井喷式的数据报送变成了流量基本平衡的可控的平缓的数据报送。使工作面通信资源得到了有效的管理，基本实现了通信链路流量平衡的控制目的，从而提高了通信系统的稳定性和可靠性。
附图说明
图1为本发明一个实施例所述透明的液压支架电液控制通信系统的结构示意图；
图2为本发明另一个实施例所述透明的液压支架电液控制通信系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实施例中附图，对本发明中的技术方案进行示例描述。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
本实施例提供一种透明的液压支架电液控制通信系统，如图1所示，包括数据通信总线6，多个支架控制器1，信号转换器3，顺槽监控主机4和地面监控主机5，其中所述数据通信总线6，用于实现每一所述支架控制器1和所述信号转换器3之间、所述信号转换器3与所述顺槽监控主机4之间的通信连接以形成液压支架电液控制通信系统，所述通信系统采用无主通信模式实现系统内实时数据的传输，采用主从通信模式实现系统内延缓数据的传输；所述顺槽监控主机4与所述地面监控主机5之间可通过井下环网实现通信连接。其中，所述信号转换器3与所述顺槽监控主机4之间的数据通信总线可采用300米左右线缆实现。
在工作面中会有多台液压支架用来支撑采煤工作面的空间场，所述支架控制器1安装在工作面中的液压支架上，用于控制所述液压支架的动作。从图中可以看出，每一所述支架控制器1均配置有数据缓冲池11，所述支架控制器1的输出端将实时数据直接传输至所述数据通信总线6，经由所述数据通信总线6传输至所述信号转换器3；所述支架控制器1将延缓数据存储于其内部的数据缓冲池11中；所述数据缓冲池11可以采用掉电保护存储器，防止系统断电造成数据丢失，其对所述延缓数据采用先进先出环形队列方式进行管理。其中，数据分类可以按照安全、功能、性能等来判别，并可以对数据进行结构化处理，提炼关键节点数据、服务于基本的应用功能的数据、表征当前液压支架运行状态的数据，急停、闭锁和停止类安全操作命令等作为实时数据，剩余的则可作为延缓数据来处理，延缓数据可用来细化和补充中间液压支架运行状态的中间过程，例如一些传感器检测到的数据。在具体应用时，可以有工作人员自行对数据的类型进行划分并存储于支架控制器中，因此当支架控制器每产生一个需要传输的数据时，其自身就能够判断该数据是实时数据还是延缓数据。
所述顺槽监控主机4，其输入端通过所述数据通信总线6接收所述信号转换器转发的实时数据；和/或，其输入端经由所述信号转换器3和所述数据通信总线6从所述支架控制器1的所述数据缓冲池11中读取延缓数据；也即，通信系统将通信模式划分为两种，一种是支架控制器1直接将实时数据上传，经由数据通信总线6、信号转换器3、顺槽监控主机4后传输至地面监控主机的过程，该通信模式即为无主通信模式。而另一种则是主从通信模式，在该通信模式下，顺槽监控主机4为主，支架控制器1为从，由顺槽监控主机4主动从支架控制器1的数据缓冲池11中读取缓存的数据。其中无主通信模式传输的是实时数据、紧急数据，因此应始终处于开启状态，而主从通信模式的目的是为了缓解无主通信模式的数据量井喷的问题，因此应选择性地开启，例如可以按照设定周期进行间隔性的开启。作为一种优选的方案，所述顺槽监控主机4，检测设定周期(例如以一小时为周期)内其输入端接收到的实时数据的数据总量，若所述数据总量小于预设的通信阈值下限，则其输入端开始经由所述信号转换器和所述数据通信总线从所述支架控制器的所述数据缓冲池中读取延缓数据；也即，如果只采用无主通信模式传输实时数据，那么数据通信总线会处于闲置状态，造成资源的浪费，此时应开启主从通信模式。若所述数据总量大于预设的通信阈值上限，则其输入端停止经由所述信号转换器和所述数据通信总线从所述支架控制器的所述数据缓冲池中读取延缓数据，也即当同时开启无主通信模式和主从通信模式会导致数据通信总线上传输的数据量过大，可能会造成数据拥堵或者丢失时，应以无主通信模式为主，此时应关闭主从通信模式。
所述地面监控主机5，其输入端与所述顺槽监控主机4的输出端通信连接，接收所述顺槽监控主机4发送的实时数据和/或延缓数据。
本实施例的上述方案，将工作面数据按照紧急程度和安全性能进行分类，紧急的数据作为实时数据仍然采用无主通信方式发送，而不紧急的数据则采用主从方式进行数据报送，先存储于数据缓冲池中之后，由顺槽监控主机从缓冲池中读取。这样将无主通信方式报送的数据量大大的缩减下来，大约仅占数据总量的10～20％左右，而大量的数据则采用主从方式进行报送，使得将工作面井喷式的数据报送变成了流量基本平衡的可控的平缓的数据报送。使工作面通信资源得到了有效的管理，基本实现了通信链路流量平衡的控制目的，从而提高了通信系统的稳定性和可靠性。
实施例2
本实施例提供一种透明的液压支架电液控制通信系统，包括支架控制器1、耦合器2、信号转换器3、顺槽监控主机4和地面监控主机5。如图2所示为本实施例液压支架电液控制系统通信网络系统示意图，工作面数据有两路数据通信总线构成，其中一条数据通信总线6的线缆贯穿整个工作面，每台支架控制器1均通过通信单元搭接在这条数据总线上接入通信网络，可以实现工作面液压支架控制系统数据的广播、成组、远程点对点的数据通信，主要用来进行支架传感器数据、动作数据和操作数据等数据上传及远程控制。另一条通信线缆7通过支架控制器1实现相邻两支架之间的信息传输，主要用来进行支架邻架控制和成组控制。
介于煤矿防爆的要求，工作面的多台支架控制器1需要多个防爆电源箱供电，在不同电源之间的支架控制器组需要配置耦合器进行电源隔离信号耦合，因此将工作面变成了分段接力的通信网络，不同网络组之间的数据需要通过耦合器进行数据转发。如图2，每个电源箱可为4个支架控制器1供电，因此数据耦合器2也就设置在4个为一组的支架控制器组之间，且与所述数据通信总线通信6连接；其将不同组所述支架控制器在电气上进行隔离，并实现不同组所述支架控制器1之间的数据传输。另外，系统中还包括连接器，连接于同一组中不同所述支架控制器1之间，实现所述支架控制器1之间的数据通信。优选地，所述耦合器2配置有收发存储单元21，所述收发存储单元用于缓存接收到的一组所述支架控制器发送的数据请求；所述耦合器21按照所述收发存储单元21中缓存的数据请求的优先级及顺序队列依次将数据请求发送到下一组支架控制器；其中与所述信号转换器3相连的一组支架控制器对应的耦合器，直接将数据请求发送至所述信号转换器。
所述信号转换器3将工作面的通信数据接口转换为可以远程传输的RS422或双线CAN总线接口，以便和远端的顺槽监控主机4进行数据交换，顺槽监控主机4在使用交换机将工作面数据通过矿井环网传送到地面监控主机5上。并且，所述信号转换器3配置有收发存储模块31，所述收发存储模块31用于存储接收到的所述数据通信总线传输6的实时数据和/或延缓数据；所述信号转换器3按照所述收发存储模块31中缓存的实时数据和/或延缓数据的优先级及顺序队列依次将实时数据和/或延缓数据传输至所述顺槽监控主机4。
通过在耦合器2和信号转换器3内部设置数据收发缓存部件，能够实现将耦合器和信号转换器应发送的数据进行缓存，能够进一步有效的控制数据通信总线上的流量，使其总线通信负荷均衡化。
进一步地，所述信号转换器3，经由所述数据通信总线6向所述支架控制器1发送侦听信号，侦听信号可以采用固定周期发送，其中针对不同的支架控制器1，侦听信号具有不同的IP地址用于区分；所述信号转换器3，若在预设时间内接收到所述支架控制器1发送的响应信号则判定所述支架控制器1所在通信支路正常，否则判定所述支架控制器1所在通信支路异常，每一支架控制器1发送的响应信号中亦可以配置其自身的IP地址用于区分；所述支架控制器1所在通信支路异常时，所述支架控制器1经由与其相邻的其他支架控制器1与所述数据通信总线6进行数据传输。因为每一支架控制器1除了能够通过数据总线6与信号转换器3、顺槽监控主机4进行数据传输，其还通过通信线缆7与相邻的支架控制器1进行数据交换，因此当某一支架控制器与数据通信总线之间的连接断开时，在实现数据传输过程中可以绕开该支架控制器所在支路，直到其恢复正常。同样的道理，所述信号转换器3亦可以通过通信电缆7向某一支架控制器发送侦听信号，通信电缆7是连接于不同支架控制器之间的，当某一支架控制器与其连接的通信电缆之间的信号传输有问题时，可以绕过该故障的通信支路，通过相邻支架控制器与数据通信总线6之间的通信连接将该支架控制器的数据传输到其他支架控制器上去。因此，数据通信总线6和通信电缆7彼此之间能够相互辅助，当支架控制器与其中一个的通信连接出现问题时，可以采用另一个暂时代替，直到该故障消除。通过这种方式能够保证数据通信过程不会中断。
实施例3
本实施例提供一种透明的液压支架电液控制通信系统，在实施例2的基础上，所述支架控制器1，按照设定时间要求将所述数据缓冲池11存储的延缓数据的数据量，经由所述数据通信总线6发送至所述顺槽监控主机4和所述地面监控主机5。相类似地，所述耦合器2，按照所述设定时间要求将所述收发存储单元21存储的数据请求的数据量，经由所述数据通信总线6发送至所述顺槽监控主机4和所述地面监控主机5。所述信号转换器3，按照所述设定时间要求将所述收发存储模块31存储的实时数据和/或延缓数据的数据量，经由所述数据通信总线6发送至所述顺槽监控主机4和所述地面监控主机5。
而所述地面监控主机5，绘制支架控制器通信网络拓扑图，在所述网络拓扑图中，以图形/符号显示其接收到的所有数据的总量以及每一所述支架控制器中所述数据缓冲池11的容量以及其存储的延缓数据的数据量；每一所述耦合器中所述收发存储单元21的容量以及其存储的数据请求的数据量；每一所述信号转换器中所述收发存储模块31的容量以及其存储的实时数据和/或延缓数据的数据量。
本方案中，通过设置支架控制器1、耦合器2和信号转换器3定时报送其内部数据缓存状态的相关信息，能够使用户及时了解在工作面中是否有滞留的数据还未传送，而地面监控主机通过绘制可视化的网络拓扑图形，使工作人员能够直观形象地了解支架控制通信系统的运行状态。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (11)
1.一种透明的液压支架电液控制通信系统，其特征在于，包括数据通信总线，支架控制器，信号转换器，顺槽监控主机和地面监控主机，其中：
所述支架控制器，安装在工作面中的液压支架上，用于控制所述液压支架的动作；所述数据通信总线，用于实现每一所述支架控制器和所述信号转换器之间、所述信号转换器与所述顺槽监控主机之间的通信连接以形成液压支架电液控制通信系统；所述通信系统采用无主通信模式实现系统内实时数据的传输，采用主从通信模式实现系统内延缓数据的传输，其中：
所述支架控制器输出实时数据时，所述支架控制器的输出端将实时数据直接传输至所述数据通信总线，经由所述数据通信总线传输至所述信号转换器，所述信号转换器将实时数据转发至所述顺槽监控主机；所述支架控制器输出延缓数据时，所述支架控制器将延缓数据存储于其内部的数据缓冲池中，所述顺槽监控主机经由所述信号转换器和所述数据通信总线从所述支架控制器的所述数据缓冲池中读取延缓数据；
所述地面监控主机，其输入端与所述顺槽监控主机的输出端通信连接，接收所述顺槽监控主机发送的实时数据和/或延缓数据。
2.根据权利要求1所述的透明的液压支架电液控制通信系统，其特征在于：
所述支架控制器，按照设定时间要求将所述数据缓冲池存储的延缓数据的数据量，经由所述数据通信总线发送至所述顺槽监控主机和所述地面监控主机。
3.根据权利要求2所述的透明的液压支架电液控制通信系统，其特征在于，还包括：
电源箱，为一组支架控制器供电；
连接器，通过通信电缆连接于同一组中不同所述支架控制器之间，实现所述支架控制器之间的数据通信；
耦合器，设置于不同组所述支架控制器之间，且与所述数据通信总线通信连接；其将不同组所述支架控制器在电气上进行隔离，并实现不同组所述支架控制器之间的数据传输；
所述耦合器配置有收发存储单元，所述收发存储单元用于缓存接收到的一组所述支架控制器发送的数据请求；所述耦合器按照所述收发存储单元中缓存的数据请求的优先级及顺序队列依次将数据请求发送到下一组支架控制器；其中与所述信号转换器相连的一组支架控制器对应的耦合器，直接将数据请求发送至所述信号转换器。
4.根据权利要求3所述的透明的液压支架电液控制通信系统，其特征在于：
所述耦合器，按照所述设定时间要求将所述收发存储单元存储的数据请求的数据量，经由所述数据通信总线发送至所述顺槽监控主机和所述地面监控主机。
5.根据权利要求4所述的透明的液压支架电液控制通信系统，其特征在于：
所述信号转换器，将其与所述支架控制器或所述耦合器之间的短距离通信模式转换为其与所述顺槽监控主机之间的300-500m的长距离数据传输模式。
6.根据权利要求5所述的透明的液压支架电液控制通信系统，其特征在于：
所述信号转换器，配置有收发存储模块，所述收发存储模块用于存储接收到的所述数据通信总线传输的实时数据和/或延缓数据；
所述信号转换器按照所述收发存储模块中缓存的实时数据和/或延缓数据的优先级及顺序队列依次将实时数据和/或延缓数据传输至所述顺槽监控主机。
7.根据权利要求6所述的透明的液压支架电液控制通信系统，其特征在于：
所述信号转换器，按照所述设定时间要求将所述收发存储模块存储的实时数据和/或延缓数据的数据量，经由所述数据通信总线发送至所述顺槽监控主机和所述地面监控主机。
8.根据权利要求7所述的透明的液压支架电液控制通信系统，其特征在于：
所述信号转换器，经由所述数据通信总线或所述通信电缆向所述支架控制器发送侦听信号；
所述信号转换器，若在预设时间内接收到所述支架控制器发送的响应信号则判定所述支架控制器与所述数据通信总线或所述通信电缆连接的通信支路正常，否则判定所述支架控制器与所述数据通信总线或所述通信电缆连接的所述通信支路异常；
所述支架控制器与所述数据通信总线或所述通信电缆连接的所述通信支路异常时，所述支架控制器经由与其相邻的其他支架控制器与所述数据通信总线或所述通信电缆进行数据传输。
9.根据权利要求3-8任一项所述的透明的液压支架电液控制通信系统，其特征在于：
所述顺槽监控主机，检测设定周期内其输入端接收到的实时数据的数据总量，若所述数据总量小于预设的通信阈值下限，则其输入端开始经由所述信号转换器和所述数据通信总线从所述支架控制器的所述数据缓冲池中读取延缓数据；
若所述数据总量大于预设的通信阈值上限，则其输入端停止经由所述信号转换器和所述数据通信总线从所述支架控制器的所述数据缓冲池中读取延缓数据。
10.根据权利要求9所述的透明的液压支架电液控制通信系统，其特征在于：
所述数据缓冲池采用掉电保护存储器，其对所述延缓数据采用先进先出环形队列方式进行管理。
11.根据权利要求9所述的透明的液压支架电液控制通信系统，其特征在于：
所述地面监控主机，绘制支架控制器通信网络拓扑图，在所述网络拓扑图中，以图形/符号显示其接收到的所有数据的总量以及：
每一所述支架控制器中所述数据缓冲池的容量以及其存储的延缓数据的数据量；
每一所述耦合器中所述收发存储单元的容量以及其存储的数据请求的数据量；
每一所述信号转换器中所述收发存储模块的容量以及其存储的实时数据和/或延缓数据的数据量。
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