CN115234273A - 综采工作面液压支架电液控制系统的无线通讯方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种综采工作面液压支架电液控制系统的无线通讯方法，涉及无线通讯领域，具体步骤为：获取综采工作面液压支架电液控制系统的组成以及连接关系；根据综采工作面液压支架电液控制系统的组成以及连接关系进行各个模块的地址匹配以及端口划分；依据综采工作面液压支架电液控制系统的组成、连接关系以及各个模块的匹配地址、划分端口构建通讯通道；利用通讯通道按通讯原则进行指令传送；本发明通过有线信号转无线传输的方式，减少了由于大量电缆连接造成的现场混乱而引发的事故发生，提高了作业的安全性。

Description

综采工作面液压支架电液控制系统的无线通讯方法

技术领域

本发明涉及无线通讯技术领域，更具体的说是涉及一种综采工作面液压支架电液控制系统的无线通讯方法。

背景技术

煤矿企业经过多年的信息化通信网络建设，己逐步建立起以高速工业以太环网为骨干、以矿井无线通信网络为补充的通信系统，但是，由于采煤工作面、掘进工作面是一个不断移动的工作环境，随着煤炭开采的进程，工作面各种大型采矿设备需要不断推进，在开采和推进过程中设备之间的相对位置发生变化，相应工作面空间的形状也在不断变化。现在广泛使用的有线通信系统很难适应这种不断移动变化的工作现场，各种因素造成传输电缆、光缆损坏、扯断的现象时有发生，通信线路故障多，通信质量相对较差。因此，研究适用于工作面特殊工况的无线可靠通信技术，采用无线CPE和有线(如CAN或485)通讯技术，实现工作面无线全覆盖，并对设备实现无线控制，不仅是一项十分必要的研究工作，更是一项非常迫切的任务。因此开发构建新型无线化工作面系统，将原有线串联通信模式改为无线并联通信模式，可以减少由于电缆故障引起的工作面无法常态化运行的问题，也是目前智能化无人工作面建设的一项重要工作。在综采工作面众多装备中，液压支架是最重要、最复杂、也是数量最多的设备，其架间的连接也是连线最多的，无论是粗细还是长短，都是首屈一指的，而安全操作规程又规定了，不允许在本架上操作支架的各种动作，所以无论是手动还是自动，其操作都是建立在通讯之上，这样液压支架电液控制系统，电源线、通讯线密密麻麻拖拽于整个工作面，不仅造成空间、成本等方面的极大浪费，更是造成了重大的安全隐患，因此如何减少液压支架电液控制系统的连线是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种综采工作面液压支架电液控制系统的无线通讯方法，克服了上述缺陷。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种综采工作面液压支架电液控制系统的无线通讯方法，其具体步骤为：

获取综采工作面液压支架电液控制系统的组成以及连接关系；

根据综采工作面液压支架电液控制系统的组成以及连接关系进行各个模块的地址匹配以及端口划分；

依据综采工作面液压支架电液控制系统的组成以及连接关系以及各个模块的匹配地址以及划分端口构建通讯通道；

利用通讯通道按通讯原则进行指令传送。

地址匹配时各个模块的地址均采用不同地址网段。

可选的，端口划分时分别为有线转以太模块的各个接口分配不同的TCP协议端口号。

可选的，综采工作面的支架控制器通过“IP+TCP端口”与有线接口形成一一对应关系。

可选的，通讯通道包括架间通讯通道和总通讯通道。

可选的，架间通讯通道构建方法为：将任一液压支架上的有线转以太模块的第二有限接口对应的TCP端口与相邻液压支架上的有线转以太模块上的第三有限接口点对点通信；任一液压支架上的有线转以太模块的第三有限接口对应的TCP端口与相邻液压支架上的有线转以太模块的第二有限接口点对点通信。

可选的，总通讯通道包括指令解码器通过TCP端口与支架控制器建立的一对多通讯通道以及通过总线与端头控制器建立的通讯通道。

可选的，指令传送的具体步骤为：

步骤41、判断数据发出方，若为支架控制器，则执行步骤42；若为端头控制器，则执行步骤43；

步骤42、分析数据，判断数据的类别，若为非急停指令，则执行步骤44；若为急停指令，则执行步骤45；

步骤43、对数据进行解码获取目标地址，将数据发送至对应的目标；

步骤44、将数据传送给端头控制器；

步骤45、将数据发送至各个支架控制器和端头控制器。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开了一种综采工作面液压支架电液控制系统的无线通讯方法，通过有线信号转无线传输的方式，减少了由于大量电缆连接造成的现场混乱而引发的事故发生，提高了作业的安全性，同时降低了电缆故障引起的工作面无法正常运行的问题，提高了安全生产效率；本发明不仅节约了成本，降低了生产消耗，提高了经济效益；还促进了智能化矿山的建设步伐，为无人或少人值守提供了技术支持。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本实施例中控制器与有线转以太模块及CPE连接示意图；

图3为本实施中工作面的全部控制器“IP+TCP端口”与有线接口的对应关系图；

图4为本实施例中架间无线通讯示意图；

图5为本发明的方法流程示意图；

其中，1为采集装置；2为支架控制器；3为5G CPE；4为有线转以太模块；5为指令解码器；6为端头控制器；7为顺槽监控系统；8为井下传输设备；9为地面监测系统。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明实施例公开了一种综采工作面液压支架电液控制系统的无线通讯方法，如图5所示，具体步骤为：

步骤1、获取综采工作面液压支架电液控制系统的组成以及连接关系，具体为：

综采工作面液压支架电液控制系统具有三级网络结构，即支架控制系统、端头集控系统和顺槽监控系统7，实现了无人值守的自动化采煤目标。

其中，支架控制系统是液压支架电液控制三级网络系统的最底层，是集数据采集、分析、处理以及命令执行于一体的智能化控制装置。每一台液压支架配备一台支架控制器2，通过邻架控制方式，传递邻架之间的控制信息，实现液压支架的各个动作；同时支架控制器2接采集装置1，采集装置1为各种传感器，采集液压支架的运行信息，经分析、汇总后，上传至端头集控系统。

端头集控系统是整个系统的中间层，起着承上启下的作用，它一方面和支架控制系统相连，巡检整个工作面液压支架状态参数，并依据采煤机位置对液压支架进行追机移架的自动控制，另一方面与顺槽监控系统7相连，实现物理信息和控制命令的上传下达，通讯方式采用TCPIP模式。

顺槽监控系统7是三级网络系统的最高层，完成对综采工作面液压支架运行状态的实时监测及液压支架的远程集中控制。它可实现对液压支架和控制控制系统的状态监测和故障诊断，对矿压进行实时观测、分析和预警，还可对支架控制器2进行远程控制和参数远程设定，并对端头集控系统和支架控制系统的控制器程序进行在线升级，通讯方式采用TCPIP模式。

在本实施例中，顺槽监控系统7通过以太网与井下传输设备8通讯，井下传输设备8后连接有地面监测系统9。

无线通讯系统包括指令解码器5、有线转以太模块4、5G CPE 3，其与综采工作面液压支架电液控制系统构成的结构如图1所示。

在每台支架控制器2设置一台有线(如CAN或485)转以太模块、一台5G CPE 3，实现信号的5G无线传送，实现原有的工作面控制任务在无线环境下的正常进行。

通过上述结构将原有线(如CAN或485)通信升级为有线(如CAN或485)--->以太--->5G--->以太--->有线(如CAN或485)的无线通信，为保证控制信号转为IP后的可靠性，有线(如CAN或485)转以太后使用TCP协议，实现各控制器之间及与指令解码器5之间的通信。

每台控制器与有线(如CAN或485)转以太模块、5G CPE 3的互联结构如图2所示，有线(如CAN或485)转以太模块上有3个有线(如CAN或485)接口，一个以太接口。使用其中3个有线(如CAN或485)口对应实现总总线(如CAN或485)、左邻总线(如CAN或485)、右邻总线(如CAN或485)的连接；以太接口与5G CPE 3互联。图中A2和G2用于与邻总线(如CAN或485)相连接。为便于正确配置、使用支架控制器2，与支架控制器2中“左”“右”定义保持一致性，支架控制器2的左、右应以支架控制器2正面视图为准，以支架控制器2正面视图角度，左边的有线(如CAN或485)接口为G2，右边的有线(如CAN或485)接口为A2。

步骤2、根据综采工作面液压支架电液控制系统的组成以及连接关系进行各个模块的地址匹配以及端口划分，具体为：

在获得各个模块的连接关系后，需要对各个端口的网址进行匹配，有线(如CAN或485)转以太模块与控制器一一对应，每台有线(如CAN或485)转以太模块分配一个IP地址，有线(如CAN或485)转以太模块的地址采用20.0.X.0/24网段，有线(如CAN或485)转以太模块的IP地址为：20.0.X.2/24，X与控制器的编号一致，如第1台支架控制器2对应的有线(如CAN或485)转以太模块IP地址为20.0.1.2/24，第200台支架控制器2对应的有线(如CAN或485)转以太模块IP地址为20.0.200.2/24。

端头控制器6使用有线(如CAN或485)与指令解码器5互联，无需分配IP地址。

为实现有线(如CAN或485)转以太统一设置目的，每台有线(如CAN或485)转以太模块上有线(如CAN或485)接口、TCP端口编号定义为：

有线(如CAN或485)转换以太模块的有线(如CAN或485)1接口接控制器总总线(如CAN或485)信号，用于总总线(如CAN或485)连接，对应TCP协议端口号为5000；

有线(如CAN或485)转换以太模块的有线(如CAN或485)2接口接控制器G2邻总线(如CAN或485)信号，用于左邻总线(如CAN或485)连接，对应TCP协议端口号为6000；

有线(如CAN或485)转换以太模块的有线(如CAN或485)3接口接控制器A2邻总线(如CAN或485)信号，用于右邻总线(如CAN或485)连接，对应TCP端口号为7000；

每台有线(如CAN或485)转换以太模块使用唯一的IP地址，每个控制器的总总线(如CAN或485)、左邻总线(如CAN或485)、右邻总线(如CAN或485)接口与该地址下的TCP端口号5000、6000、7000唯一对应，整个工作面的支架控制器2形成的由“IP+TCP端口”与有线(如CAN或485)接口的一一对应关系，为工作面有线(如CAN或485)转以太转无线提供了网络基础。

整个工作面的全部控制器“IP+TCP端口”与有线(如CAN或485)接口的对应关系如图3所示。

为配合有线(如CAN或485)转以太模块使用，对应的TCP端口的client端与server端的统一定义如下：

1、支架控制器2邻总线(如CAN或485)之间互联：左有线(如CAN或485)接口对应的TCP端口6000为server端，右有线(如CAN或485)接口对应的TCP端口7000为client端。

2、支架控制器2总总线(如CAN或485)与指令解码器5之间互联：控制器总总线(如CAN或485)接口对应的TCP 5000端口为client端，指令解码器5的TCP端口5000为server端。

步骤3、依据综采工作面液压支架电液控制系统的组成、连接关系以及各个模块的匹配地址、划分端口构建通讯通道，具体为：

架间通讯通道具体为：

第N台支架控制器2，对应有线(如CAN或485)转以太转换器设备的IP地址为20.0.(N).2，第N+1台支架控制器2，对应有线(如CAN或485)转以太转换器设备的IP地址为20.0.(N+1).2，第N-1台支架控制器2，对应有线(如CAN或485)转以太转换器设备的IP地址为20.0.(N-1).2。

第N台有线(如CAN或485)转以太转换器的TCP 7000client端口与IP地址为20.0.(N+1).2的第N+1台有线(如CAN或485)转以太转换器的TCP 6000server端口点对点通信。

第N台有线(如CAN或485)转以太转换器的TCP 6000server端口与IP地址为20.0.(N-1).2的第N-1台有线(如CAN或485)转以太转换器设备的7000的client端口点对点通信。

以此类推，这样形成架间无线通讯，如图4所示。

总通讯通道：

指令解码器5由嵌入式微机+无线路由器(CPE)组成，配置有有线(如CAN或485)接口卡。

总通讯包括指令解码器5与支架控制器2之间的通讯、指令解码器5与端头控制器6之间的通讯。

指令解码器5的IP地址为20.0.201.2，TCP端口为5000为服务端，支架控制器2的IP地址为20.0.1.2～20.0.N.2(“N”表示与支架控制器2总数对应)的端口5000为客户端。实现指令解码器5对控制器的1对多模式。

指令解码器5通过有线(如CAN或485)接到端头控制器6。

步骤4、利用通讯通道按通讯原则进行指令传送；

其中，通讯原则：

1、控制器发出的急停命令：指令解码器5在接到支架控制器2的数据后，首先分析这条指令的功能，如果是急停命令，立即将此数据发给每一个支架控制器2，并将急停命令转发给端头控制器6。

2、支架控制器2发出的非急停命令：指令解码器5在接到支架控制器2的数据后，首先分析这条指令的功能，如果不是急停命令，则将数据传送给端头控制器6。

3、端头控制器6给支架控制器2的命令：端头控制器6给支架控制器2的命令经指令解码器5转发，具体为：

端头控制器6先将指令发给指令解码器5，指令解码器5接到端头控制器6的数据后，首先从这条指令中找到目标地址，然后将此数据传送给目标客户端。

4、支架控制器2给端头控制器6发送物理量命令：支架控制器2给端头控制器6的物理量发送命令经指令解码器5转发，具体为：

指令解码系统接收到支架控制器2的物理量发送命令，将数据传送给端头控制器6。

5、自动控制命令：端头控制器6给支架控制器2的自动控制命令经指令解码器5转发，具体为：

指令解码器5接收到端头控制器6的自动控制命令，首先解码出目标地址，然后将命令发送给对应的目标。

实施例2

首先规划支架控制器2、有线(如CAN或485)转以太设备、指令解码器5、CPE路由器LAN接口地址，每台CPE路由器LAN接口地址与对应支架控制器2有线(如CAN或485)转以太设备、指令解码器5为相同地址网段。20.0.N.1地址为CPE路由器LAN接口地址，20.0.N.2地址为支架控制器2、有线(如CAN或485)转以太设备地址，同理，指令解码器5也使用20.0.N.2地址，注：“N”表示与具体控制器或指令解码器5对应；

规划5G

SIM卡数据，及与有线(如CAN或485)转以太设备、指令解码器5地址的对应关系，并对SIM卡与对应有线(如CAN或485)转以太设备进行编号标注。

然后制作有线(如CAN或485)转以太设备、CPE路由器数据；

以第一台有线(如CAN或485)转以太设备、第一台5G CPE 3及第二台有线(如CAN或485)转以太设备、第二台5G CPE 3配置为例。

(1)第一台5G CPE配置

路由设置：路由器类型为：destination；网络地址为：0.0.0.0/0；网关为：modem。

5G CPE上配置LAN接口数据：主机名为：router；IP1为：20.0.1.1/24。

(2)第一台有线(如CAN或485)转以太设备配置

IP分配策略：STATIC；本机IP地址：20.0.1.2；本机子网掩码：255.255.255.0；本机网关：20.0.1.1。

(3)第一台有线(如CAN或485)接口设置

有线(如CAN或485)1口基本参数设置：波特率：33K；缓冲使能：Enable；分包帧数：40；分包间隔：10；清空缓冲。

有线(如CAN或485)1口网络参数设置：工作模式：TcpClient；TCP连接生存时间：0分钟；最大连接数：1；本地端口：5000；服务器类型：IP；服务器端IP：20.0.201.2；服务器端口号：5000；心跳时间：300秒；心跳内容：0xAA。

有线(如CAN或485)2口基本参数设置：波特率：33K；缓冲使能：Enable；分包帧数：40；分包间隔：10；清空缓冲。

有线(如CAN或485)2口网络参数设置：工作模式TcpServer；TCP连接生存时间：1分钟；最大连接数：5；本地端口：6000；服务器类型：IP。

第一台对应端头支架，故不设置向右邻总线(如CAN或485)的数据。

(4)第二台5G CPE配置

路由设置：路由器类型为：destination；网络地址为：0.0.0.0/0；网关为：modem。

5G CPE上配置LAN接口数据：主机名为：router；IP1为：20.0.2.1/24。

(5)第二台有线(如CAN或485)转以太设备配置

IP分配策略：STATIC；本机IP地址：20.0.2.2；本机子网掩码：255.255.255.0；本机网关：20.0.2.1

(6)第二台有线(如CAN或485)接口设置

有线(如CAN或485)1口基本参数设置：波特率：33K；缓冲使能：Enable；分包帧数：40；分包间隔：10；清空缓冲。

有线(如CAN或485)1口网络参数设置：工作模式：TcpClient；TCP连接生存时间：0分钟；最大连接数：1；本地端口：5000；服务器类型：IP；服务器端IP：20.0.201.2；服务器端口号：5000；心跳时间：300秒；心跳内容：0xAA。

有线(如CAN或485)2口基本参数设置：波特率：33K；缓冲使能：Enable；分包帧数：40；分包间隔：10；清空缓冲。

有线(如CAN或485)2口网络参数设置：工作模式TcpServer；TCP连接生存时间：1分钟；最大连接数：5；本地端口：6000；服务器类型：IP。

有线(如CAN或485)3口基本参数设置：波特率：33K；缓冲使能：Enable；分包帧数：40；分包间隔：10；清空缓冲。

有线(如CAN或485)3口网络参数设置：工作模式：TcpClient；TCP连接生存时间：0分钟；最大连接数：1；本地端口：7000；服务器类型：IP；服务器端IP：20.0.1.2；服务器端口号：6000。

指令解码器5的功能：

支架控制器2、端头控制器6交互信息经5G网络下令解码器承载，实现端头控制器6与支架控制器2之间通信及控制：

(1)支架控制器2发出的急停

指令解码器5在接到支架控制器2的急停命令数据后，将此数据发给每一个支架控制器2，并将急停命令转发给端头控制器6。

(2)支架控制器2发出的非急停

指令解码器5在接到支架控制器2的非急停命令数据后，将数据传送给端头控制器6。

(3)端头控制器6给支架控制器2的命令

指令解码器5接到端头控制器6的数据后，首先从这条指令中找到目标地址，然后将此数据传送给目标客户端。

(4)支架控制器2给端头控制器6发送物理量命令

指令解码系统接收到支架控制器2的物理量发送命令，将数据传送给端头控制器6。

(5)自动控制命令

指令解码器5接收到端头控制器6的自动控制命令，首先解码出目标地址，然后将命令发送给对应的目标。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种综采工作面液压支架电液控制系统的无线通讯方法，其特征在于，具体步骤为：

获取综采工作面液压支架电液控制系统的组成以及连接关系；

根据综采工作面液压支架电液控制系统的组成以及连接关系进行各个模块的地址匹配以及端口划分；

依据综采工作面液压支架电液控制系统的组成、连接关系以及各个模块的匹配地址、划分端口构建通讯通道；

利用通讯通道按通讯原则进行指令传送。

2.根据权利要求1所述的一种综采工作面液压支架电液控制系统的无线通讯方法，其特征在于，地址匹配时各个模块的地址均采用不同地址网段。

3.根据权利要求1所述的一种综采工作面液压支架电液控制系统的无线通讯方法，其特征在于，端口划分时分别为有线转以太模块(4)的各个接口分配不同的TCP协议端口号。

4.根据权利要求1所述的一种综采工作面液压支架电液控制系统的无线通讯方法，其特征在于，综采工作面的支架控制器(2)通过“IP+TCP端口”与有线接口形成一一对应关系。

5.根据权利要求1所述的一种综采工作面液压支架电液控制系统的无线通讯方法，其特征在于，所述通讯通道包括架间通讯通道和总通讯通道。

6.根据权利要求5所述的一种综采工作面液压支架电液控制系统的无线通讯方法，其特征在于，架间通讯通道构建方法为：将任一液压支架上的有线转以太模块(4)的第二有限接口对应的TCP端口与相邻液压支架上的有线转以太模块(4)上的第三有限接口点对点通信；任一液压支架上的有线转以太模块(4)的第三有限接口对应的TCP端口与相邻液压支架上的有线转以太模块(4)的第二有限接口点对点通信。

7.根据权利要求5所述的一种综采工作面液压支架电液控制系统的无线通讯方法，其特征在于，总通讯通道包括指令解码器(5)通过TCP端口与支架控制器(2)建立的一对多通讯通道以及通过总线与端头控制器(6)建立的通讯通道。

8.根据权利要求1所述的一种综采工作面液压支架电液控制系统的无线通讯方法，其特征在于，指令传送的具体步骤为：

步骤41、判断数据发出方，若为支架控制器(2)，则执行步骤42；若为端头控制器(6)，则执行步骤43；

步骤42、分析数据，判断数据的类别，若为非急停指令，则执行步骤44；若为急停指令，则执行步骤45；

步骤43、对数据进行解码获取目标地址，将数据发送至对应的目标；

步骤44、将数据传送给端头控制器(6)；

步骤45、将数据发送至各个支架控制器(2)和端头控制器(6)。

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