CN112833810A - 一种煤矿罐道变形监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矿罐道变形监测系统包括罐道、罐道中的罐笼、井筒和地面的监控室，包括固定设置在罐笼顶部外壁且指向罐道的探测模块、固定设置在井筒内的信号无线输送模块、固定设置在监控室中的监控模块和固定设置在罐笼顶部内壁的充电模块，探测模块的通信串口通过信号无线输送模块与监控模块的通信串口进行信息双向交流，探测模块和信号无线输送模块的电源输入端分别与充电模块的电源输出端连接。通过高清视频的实时获取，使罐道检测实现了无人远程实时监控，进一步提高了罐道检测的安全性和检测效率,避免了运输意外的发生，减少了维修成本，大幅度的增加了经济收益。

Description

一种煤矿罐道变形监测系统

技术领域

本发明属于煤矿领域，更具体地说，本发明涉及一种煤矿罐道变形监测系统。

背景技术

现如今随着社会的发展，人类对煤炭资源的依赖程度在短时间内并不会减弱，煤炭行业在人类社会中的重要地位将在长时间内保持不变。随着煤炭事业的发展，千米以上深井越来越多，对于深井，速度的高低以及装卸载效率等对提升效率的影响很大，影响提升速度提高的因素很多，其中，井筒装备对系统的影响尤为重要，对其关键技术进行研究是提高提升速度的前提。根据规定，立井井筒装备包括：罐道、罐道梁、梯子间、管路、电缆、井口和井底金属支撑结构，以及托管梁、电缆支架、过卷装置等。其中罐道、罐道梁是立井井筒装备的主要组成部分，是保证提升容器高速、安全运行的重要组成部分，承担接送井下作业工作人员、掘进与采煤等设备材料的上下井、以及原煤的运输等任务。

煤矿立井提升系统通常采用绳罐道导向和刚性罐道导向两种形式，较高速度提升时一般采用刚性罐道导向，但最大提升速度一般不超过每秒十四米，主要原因是提升速度达到一定高度时振动加剧，罐道、滚轮罐耳磨损严重，提升过程中的安全隐患增加。

受水蚀、杂物坠落、潮湿及生产运行等影响，立井的罐道、罐梁以及其他设施存在着安全隐患。目前，国内、外立井井筒的巡检，大多都采用人工方式进行。根据安全规定，巡检工人每天都要安排专门的时间进行立井检查，时间一般为两个小时，站在罐笼上的检查栏内自上而下进行巡视，记录检查情况，及时处理问题，由于巡视人员受体力、精力等限制，很容易出现视疲劳，精神松懈造成漏检、误检，且人工巡检势必带来一些安全隐患、巡检效率低下等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可实现远程监控的煤矿罐道变形监测系统。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：包括罐道、罐道中的罐笼、井筒和地面的监控室，包括固定设置在罐笼顶部外壁且指向罐道的探测模块、固定设置在井筒内的信号无线输送模块、固定设置在监控室中的监控模块和固定设置在罐笼顶部内壁的充电模块，探测模块的通信串口通过信号无线输送模块与监控模块的通信串口进行信息双向交流，探测模块和信号无线输送模块的电源输入端分别与充电模块的电源输出端连接。

本技术方案提供的一种煤矿罐道变形监测系统，所述探测模块是由第一红外摄像仪和第二红外摄像仪组成，第一红外摄像仪的通信串口通过设置第一网线与所述信号无线输送模块的通信串口连接，第二红外摄像仪的通信串口通过设置第二网线与所述信号无线输送模块的通信串口连接，第一红外摄像仪电源输入端通过设置电源线与所述充电模块的电源输出端连接，第二红外摄像仪电源输入端通过另设置电源线与所述充电模块的电源输出端连接。

本技术方案提供的一种煤矿罐道变形监测系统，所述第一红外摄像仪是由第一摄像头、第一红外灯、第一STM32控制器、第一DM9000网络单元和第一IMU单元组成，第一摄像头和第一IMU单元的信号输出端分别与第一STM32控制器的信号输入端连接，第一红外灯的信号输入端与第一STM32控制器的信号输出端连接，第一DM9000网络单元与第一STM32控制器信息双向交流；第一摄像头和第一IMU单元分别与第一STM32控制器的USB接口连接，第一红外灯与第一STM32控制器的GPIO接口连接；第一DM9000网络单元与第一STM32控制器的FSMC接口连接，第一DM9000网络单元与所述信号无线输送模块信息双向交流。

本技术方案提供的一种煤矿罐道变形监测系统，所述第二红外摄像仪是由第二摄像头、第二红外灯、第二STM32控制器、第二DM9000网络单元和第二IMU单元组成，第二摄像头和第二IMU单元的信号输出端分别与第二STM32控制器的信号输入端连接，第二红外灯的信号输入端与第二STM32控制器的信号输出端连接，第二DM9000网络单元与第二STM32控制器信息双向交流；第二摄像头和第二IMU单元分别与第二STM32控制器的USB接口连接，第二红外灯与第二STM32控制器的GPIO接口连接；第二DM9000网络单元与第二STM32控制器的FSMC接口连接，第二DM9000网络单元与所述信号无线输送模块信息双向交流。

本技术方案提供的一种煤矿罐道变形监测系统，所述信号无线输送模块是由第一矿用无线基站和第二矿用无线基站组成的，第一矿用无线基站固定设置在所述井筒内且位于所述罐笼的顶部外壁，第二矿用无线基站固定设置在井筒的顶部，第一矿用无线基站的通信串口与所述探测模块的通信串口连接，第一矿用无线基站的通信串口与第二矿用无线基站的通信串口连接，第二矿用无线基站的通信串口另通过设置第三网线与监控模块的通信串口连接；第一矿用无线基站的电源输入端通过设置电源线与所述充电模块的信号输出端连接。

本技术方案提供的一种煤矿罐道变形监测系统，所述第一矿用无线基站是由第三DM9000网络单元、第四DM9000网络单元、第三STM32控制器、第一WIFI6单元、第一定向天线和第二定向天线组成；第三DM9000网络单元和第四DM9000网络单元分别与所述探测模块进行信息双向交流，第三DM9000网络单元和第四DM9000网络单元分别与第三STM32控制器FSMC接口相连接，第三STM32控制器和第一WIFI6单元的SDIO接口相连接，第一定向天线和第二定向天线分别通过设置第一射频同轴电缆及第二射频同轴电缆与第一WIFI6单元相连接，第一定向天线和第二定向天线另分别与所述第二矿用无线基站进行信息双向交流。

本技术方案提供的一种煤矿罐道变形监测系统，所述第二矿用无线基站是由第五DM9000网络单元、第六DM9000网络单元、第四STM32控制器、第二WIFI6单元、第三定向天线和第四定向天线组成；第五DM9000网络单元和第六DM9000网络单元分别与第四STM32控制器FSMC接口相连接，第四STM32控制器和第二WIFI6单元的SDIO接口相连接，第三定向天线和第四定向天线分别通过设置第三射频同轴电缆及第四射频同轴电缆与第二WIFI6单元相连接，第三定向天线和第四定向天线分别与所述第一定向天线和所述第二定向天线进行信息双向交流。

本技术方案提供的一种煤矿罐道变形监测系统，所述监控模块是由工控机和交换机组成，工控机通过交换机与信号无线输送模块进行信息双向交流。

本技术方案提供的一种煤矿罐道变形监测系统，所述工控机的通信串口通过设置第四网线与所述交换机通信串口连接。

本技术方案提供的一种煤矿罐道变形监测系统，所述充电模块是一个本安电池箱，本安电池箱固定设置在所述罐笼的内部顶壁，本安电池箱的电源输出端通过设置电源线与所述探测机构及所述信号无线输送模块的电源输入端连接。

采用本技术方案，两个红外摄像仪实时采集罐道视频图像，避免井筒内光线较弱或无光情况下无法拍摄罐道视频的问题。红外摄像仪内增加了IMU模块，可以更好地检测出摄像头的晃动，使获取的罐道视频图像更加稳定，避免了晃动带来的图像模糊。使用两个矿用无线基站采用WIFI6技术进行视频的无线传输，增加了无线数据传输速度，为高清视频传输提供了必要带宽，降低了外界噪声带来的干扰，保证了视频传输的可靠性，避免了井筒内摄像头的有线连接，连接线需要根据罐笼上下移动动态放线所带来的巨大安全隐患问题,通过高清视频的实时获取，使罐道检测实现了无人远程实时监控，进一步提高了罐道检测的安全性和检测效率,避免了运输意外的发生，减少了维修成本，大幅度的增加了经济收益。

以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。

附图说明

下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明的系统总框架示意图；

图2为本发明的系统总框架具体流程示意图；

图3为本发明的第一红外摄像仪结构示意图；

图4为本发明的第二红外摄像仪结构示意图；

图5为本发明的第一矿用无线基站结构示意图；

图6为本发明的第二矿用无线基站结构示意图；

图7为本发明的STM32控制器与DM9000网络单元连接的电路图示意图；

图8为本发明的整体安装示意图；

图中标记为：1、罐笼；2、罐道；3、井筒；4、监控室；5、第一红外摄像仪；6、第二红外摄像仪；7、第一矿用无线基站；8、第二矿用无线基站；9、本安电池箱；10、井架平台；11、绞绳；41、交换机；42、工控机；43、第四网线；51、第一网线；52、第二网线；71、第一定向天线；72、第二定向天线；81、第三定向天线；82、第四定向天线；83、第三网线。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

实施例：

图1和图2所示的一种煤矿罐道变形监测系统包括罐道2、罐道2中的罐笼1、井筒3和地面的控制室4，包括固定设置在罐笼1顶部外壁且指向罐道2的探测模块、固定设置在井筒3内的信号无线输送模块、固定设置在控制室4中的监控模块和固定设置在罐笼1顶部内壁的充电模块，探测模块的通信串口通过信号无线输送模块与监控模块的通信串口进行信息双向交流，探测模块和信号无线输送模块的电源输入端分别与充电模块的电源输出端连接。

探测模块是由第一红外摄像仪5和第二红外摄像仪6组成，第一红外摄像仪5的通信串口通过设置第一网线51与信号无线输送模块的通信串口连接，第二红外摄像仪6的通信串口通过设置第二网线52与信号无线输送模块的通信串口连接，第一红外摄像仪5电源输入端通过设置电源线与充电模块的电源输出端连接，第二红外摄像仪6电源输入端通过另设置电源线与充电模块的电源输出端连接。

图3所示的第一红外摄像仪5是由第一摄像头、第一红外灯、第一STM32控制器、第一DM9000网络单元和第一IMU单元组成，第一摄像头和第一IMU单元的信号输出端分别与第一STM32控制器的信号输入端连接，第一红外灯的信号输入端与第一STM32控制器的信号输出端连接，第一DM9000网络单元与第一STM32控制器信息双向交流；第一摄像头和第一IMU单元分别与第一STM32控制器的USB接口连接，第一红外灯与第一STM32控制器的GPIO接口连接；第一DM9000网络单元与第一STM32控制器的FSMC接口连接，第一DM9000网络单元与信号无线输送模块信息双向交流。

图4所示的第二红外摄像仪6是由第二摄像头、第二红外灯、第二STM32控制器、第二DM9000网络单元和第二IMU单元组成，第二摄像头和第二IMU单元的信号输出端分别与第二STM32控制器的信号输入端连接，第二红外灯的信号输入端与第二STM32控制器的信号输出端连接，第二DM9000网络单元与第二STM32控制器信息双向交流；第二摄像头和第二IMU单元分别与第二STM32控制器的USB接口连接，第二红外灯与第二STM32控制器的GPIO接口连接；第二DM9000网络单元与第二STM32控制器的FSMC接口连接，第二DM9000网络单元与信号无线输送模块信息双向交流。

信号无线输送模块是由第一矿用无线基站7和第二矿用无线基站8组成的，第一矿用无线基站7固定设置在井筒3内且位于罐笼1的顶部外壁，第二矿用无线基站8固定设置在井筒3的顶部，第一矿用无线基站7的通信串口与探测模块的通信串口连接，第一矿用无线基站7的通信串口与第二矿用无线基站8的通信串口连接，第二矿用无线基站8的通信串口另通过设置第三网线83与监控模块的通信串口连接；第一矿用无线基站7的电源输入端通过设置电源线与充电模块的信号输出端连接。

图5所示的第一矿用无线基站7是由第三DM9000网络单元、第四DM9000网络单元、第三STM32控制器、第一WIFI6单元、第一定向天线71和第二定向天线72组成；第三DM9000网络单元和第四DM9000网络单元分别与探测模块进行信息双向交流，第三DM9000网络单元和第四DM9000网络单元分别与第三STM32控制器FSMC接口相连接，第三STM32控制器和第一WIFI6单元的SDIO接口相连接，第一定向天线71和第二定向天线72分别通过设置第一射频同轴电缆及第二射频同轴电缆与第一WIFI6单元相连接，第一定向天线71和第二定向天线72另分别与第二矿用无线基站8进行信息双向交流。

图6所示的第二矿用无线基站8是由第五DM9000网络单元、第六DM9000网络单元、第四STM32控制器、第二WIFI6单元、第三定向天线81和第四定向天线82组成；第五DM9000网络单元和第六DM9000网络单元分别与第四STM32控制器FSMC接口相连接，第四STM32控制器和第二WIFI6单元的SDIO接口相连接，第三定向天线81和第四定向天线82分别通过设置第三射频同轴电缆及第四射频同轴电缆与第二WIFI6单元相连接，第三定向天线81和第四定向天线82分别与第一定向天线71和第二定向天线72进行信息双向交流。

图7所示的基站的STM32控制器与DM9000网络单元连接的电路图，DM9000网络模块一端通过FSMC接口与STM32控制器相连，其中，40号引脚PWRET用于控制DM9000网络模块的复位功能，34号引脚INT用于控制DM9000网络模块的中断功能，37号引脚CS用于控制选择哪个DM9000网络模块进行工作，32号引脚CMD用于控制对哪个DM9000网络模块进行读写数据；DM9000网络模块另外一端通过TPTX-1、TPTX+1、TPRX-1、TPRX+1与RJ45接口相连，RJ45接口用于连接网线。

监控模块是由工控机42和交换机41组成，工控机42通过交换机41与信号无线输送模块进行信息双向交流。

工控机42的通信串口通过设置第四网线43与交换机41通信串口连接。

充电模块是一个本安电池箱9，本安电池箱9固定设置在罐笼1的内部顶壁，本安电池箱9的电源输出端通过设置电源线与探测机构及信号无线输送模块的电源输入端连接。本安电池箱9用的是低功耗本安充电箱。

图8所示的安装示意图，煤矿罐道变形检测系统的整体安装示意图，红外摄像仪、红外摄像仪、低功耗本安电池箱9和第一矿用无线基站7均安装在罐笼1顶部，其中第一红外摄像仪5安装在罐笼1顶部的一侧，且使镜头垂直对准罐道2；第二红外摄像仪6安装在罐笼1顶部另一侧，且使镜头垂直对准另一罐道2；本安电池箱9安装在罐笼1顶部内壁，且为了平衡安装在中心位置；第一矿用无线基站7安装在罐笼1顶部外壁一侧的中心位置；第一定向天线71和定向天线第二安装在矿用无线基站顶部，且垂直朝向顶部的第二矿用无线基站8；第一红外摄像仪5和第二红外摄像仪6分别用第一网线51和第二网线52与第一矿用无线基站7相连；井筒3顶部设置有井架平台，第二矿用无线基站8安装在井架平台10上，井架平台10通过设置绞绳11与罐笼1固定连接，第三定向天线81和第四定向天线82安装在矿用无线基站底部且垂直朝向底部正对的罐笼1；交换机41和工控机42安装在地面的控制室4中；第二矿用无线基站8通过第三网线83与交换机41相连接，交换机41通过第四网线43与工控机42相连接。

采用本技术方案，两个红外摄像仪实时采集罐道视频图像，避免井筒内光线较弱或无光情况下无法拍摄罐道视频的问题。红外摄像仪内增加了IMU模块，可以更好地检测出摄像头的晃动，使获取的罐道视频图像更加稳定，避免了晃动带来的图像模糊。使用两个矿用无线基站采用WIFI6技术进行视频的无线传输，增加了无线数据传输速度，为高清视频传输提供了必要带宽，降低了外界噪声带来的干扰，保证了视频传输的可靠性，避免了井筒3内摄像头的有线连接，连接线需要根据罐笼上下移动动态放线所带来的巨大安全隐患问题,通过高清视频的实时获取，使罐道检测实现了无人远程实时监控，进一步提高了罐道检测的安全性和检测效率,避免了运输意外的发生，减少了维修成本，大幅度的增加了经济收益。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种煤矿罐道变形监测系统，包括罐道、罐道中的罐笼、井筒和地面的监控室，其特征在于：包括固定设置在罐笼顶部外壁且指向罐道的探测模块、固定设置在井筒内的信号无线输送模块、固定设置在监控室中的监控模块和固定设置在罐笼顶部内壁的充电模块，探测模块的通信串口通过信号无线输送模块与监控模块的通信串口进行信息双向交流，探测模块和信号无线输送模块的电源输入端分别与充电模块的电源输出端连接。

2.按照权利要求1所述的一种煤矿罐道变形监测系统，其特征在于：所述探测模块是由第一红外摄像仪和第二红外摄像仪组成，第一红外摄像仪的通信串口通过设置第一网线与所述信号无线输送模块的通信串口连接，第二红外摄像仪的通信串口通过设置第二网线与所述信号无线输送模块的通信串口连接，第一红外摄像仪电源输入端通过设置电源线与所述充电模块的电源输出端连接，第二红外摄像仪电源输入端通过另设置电源线与所述充电模块的电源输出端连接。

3.按照权利要求2所述的一种煤矿罐道变形监测系统，其特征在于：所述第一红外摄像仪是由第一摄像头、第一红外灯、第一STM32控制器、第一DM9000网络单元和第一IMU单元组成，第一摄像头和第一IMU单元的信号输出端分别与第一STM32控制器的信号输入端连接，第一红外灯的信号输入端与第一STM32控制器的信号输出端连接，第一DM9000网络单元与第一STM32控制器信息双向交流；第一摄像头和第一IMU单元分别与第一STM32控制器的USB接口连接，第一红外灯与第一STM32控制器的GPIO接口连接；第一DM9000网络单元与第一STM32控制器的FSMC接口连接，第一DM9000网络单元与所述信号无线输送模块信息双向交流。

4.按照权利要求2所述的一种煤矿罐道变形监测系统，其特征在于：所述第二红外摄像仪是由第二摄像头、第二红外灯、第二STM32控制器、第二DM9000网络单元和第二IMU单元组成，第二摄像头和第二IMU单元的信号输出端分别与第二STM32控制器的信号输入端连接，第二红外灯的信号输入端与第二STM32控制器的信号输出端连接，第二DM9000网络单元与第二STM32控制器信息双向交流；第二摄像头和第二IMU单元分别与第二STM32控制器的USB接口连接，第二红外灯与第二STM32控制器的GPIO接口连接；第二DM9000网络单元与第二STM32控制器的FSMC接口连接，第二DM9000网络单元与所述信号无线输送模块信息双向交流。

5.按照权利要求1所述的一种煤矿罐道变形监测系统，其特征在于：所述信号无线输送模块是由第一矿用无线基站和第二矿用无线基站组成的，第一矿用无线基站固定设置在所述井筒内且位于所述罐笼的顶部外壁，第二矿用无线基站固定设置在井筒的顶部，第一矿用无线基站的通信串口与所述探测模块的通信串口连接，第一矿用无线基站的通信串口与第二矿用无线基站的通信串口连接，第二矿用无线基站的通信串口另通过设置第三网线与监控模块的通信串口连接；第一矿用无线基站的电源输入端通过设置电源线与所述充电模块的信号输出端连接。

6.按照权利要求5所述的一种煤矿罐道变形监测系统，其特征在于：所述第一矿用无线基站是由第三DM9000网络单元、第四DM9000网络单元、第三STM32控制器、第一WIFI6单元、第一定向天线和第二定向天线组成；第三DM9000网络单元和第四DM9000网络单元分别与所述探测模块进行信息双向交流，第三DM9000网络单元和第四DM9000网络单元分别与第三STM32控制器FSMC接口相连接，第三STM32控制器和第一WIFI6单元的SDIO接口相连接，第一定向天线和第二定向天线分别通过设置第一射频同轴电缆及第二射频同轴电缆与第一WIFI6单元相连接，第一定向天线和第二定向天线另分别与所述第二矿用无线基站进行信息双向交流。

7.按照权利要求6所述的一种煤矿罐道变形监测系统，其特征在于：所述第二矿用无线基站是由第五DM9000网络单元、第六DM9000网络单元、第四STM32控制器、第二WIFI6单元、第三定向天线和第四定向天线组成；第五DM9000网络单元和第六DM9000网络单元分别与第四STM32控制器FSMC接口相连接，第四STM32控制器和第二WIFI6单元的SDIO接口相连接，第三定向天线和第四定向天线分别通过设置第三射频同轴电缆及第四射频同轴电缆与第二WIFI6单元相连接，第三定向天线和第四定向天线分别与所述第一定向天线和所述第二定向天线进行信息双向交流。

8.按照权利要求1所述的一种煤矿罐道变形监测系统，其特征在于：所述监控模块是由工控机和交换机组成，工控机通过交换机与信号无线输送模块进行信息双向交流。

9.按照权利要求8所述的一种煤矿罐道变形监测系统，其特征在于：所述工控机的通信串口通过设置第四网线与所述交换机通信串口连接。

10.按照权利要求1所述的一种煤矿罐道变形监测系统，其特征在于：所述充电模块是一个本安电池箱，本安电池箱固定设置在所述罐笼的内部顶壁，本安电池箱的电源输出端通过设置电源线与所述探测机构及所述信号无线输送模块的电源输入端连接。

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