CN201377337Y - 煤矿通用智能分站系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种煤矿通用智能分站系统，包括主显示模块，主显示模块分别与数字传感器、开关量采集模块、显示器、红外接口、控制总线模块和通讯模块连接，通讯模块再与网络控制器模块连接，网络控制器模块又分别与电源模块、声光报警、断电装置和复电装置连接。本实用新型针对煤矿安全生产监控系统的需要进行设置，功能多，集成度高，数据处理速度快，较好的满足了实现数字化矿山的需求。

Description

煤矿通用智能分站系统
技术领域
本实用新型属于安全检测控制技术领域，涉及一种煤矿通用智能分站系统。
背景技术
针对煤矿安全生产形势严峻的现状，对于煤矿井下各种技术参数的实时采集和各种设备的自动控制，现有技术采取了许多方法。煤矿安全生产监控系统包含了煤矿安全监控系统、煤矿瓦斯抽采(放)监控系统、煤矿供电监控系统、煤矿排水监控系统、煤矿火灾监控系统、煤矿瓦斯突出监控系统、人员位置监测系统等专业子系统，再根据每个子系统所采集的前端信号进行相应的数据采集和处理，分站系统与各子系统前端数字传感器的连接方式以RS-485总线方式实现。
但是现有这些系统的功能大都比较单一，造成线路复杂、集成困难、数据交换不方便，影响了实时监控的效果，因此研制多功能的煤矿安全生产监控系统，提高数据采集和处理速度，能够更好的保证了事故的预防和监控。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种煤矿通用智能分站系统，解决了现有技术中功能比较单一，线路复杂，集成困难，数据交换不方便的问题。
本实用新型所采用的技术方案是，一种煤矿通用智能分站系统，包括主显示模块，主显示模块分别与数字传感器、开关量采集模块、显示器、红外接口、控制总线模块和通讯模块连接，通讯模块再与网络控制器模块连接，网络控制器模块又分别与电源模块、声光报警、断电装置和复电装置连接。
本实用新型的分站系统，其特征还在于：所述的数字传感器由数字转换模块和分别与数字转换模块相连接的甲烷模拟量传感器、风速模拟量传感器、风压模拟量传感器、一氧化碳模拟量传感器和温度模拟量传感器组成。
本实用新型的有益效果是，功能多，集成度高，数据处理速度快，较好的保证了实现数字化矿山的需求。
附图说明
图1是本实用新型分站系统的结构示意框图；
图2是本实用新型分站系统中的主显示模块和通讯模块连接原理图；
图3是本实用新型分站系统中的开关量采集原理图；
图4是本实用新型分站系统中的数据显示原理图；
图5是本实用新型分站系统中的通讯模块电原理框图；
图6是本实用新型分站系统中的开关量采集模块工作流程示意图。
图中，1.数字传感器，2.开关量采集模块，3.主显示模块，4.网络控制器模块，5.显示器，6.电源模块，7.声光报警，8.断电装置，9.复电装置，10.红外接口，11.控制总线模块，12.通讯模块，13.双端口RAM，14.开关量传感器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
本实用新型的煤矿通用智能分站系统(以下简称分站系统)，是针对煤矿安全生产监控系统的需要进行设置。
如图1，本实用新型分站系统的结构是，包括主显示模块3，主显示模块3分别与数字传感器1、开关量采集模块2、显示器5、红外接口10、控制总线模块11和通讯模块12连接，通讯模块12再与网络控制器模块4连接，网络控制器模块4又分别与电源模块6、声光报警7、断电装置8和复电装置9连接。
主显示模块3、控制总线模块11与数字传感器1、开关量采集模块2均以RS-485方式连接，这样做的好处是不论读取数字传感器还是开关量采集模块，都是以数字量的型式出现，减轻了主显示模块3的工作量，使其主要工作放在显示数据和控制方面。分站系统具有采集数字传感器数据的功能、采集开关量传感器14信号的功能、控制系统执行器(包括声光报警7、断电装置8和复电装置9)的功能、显示和报警功能、传输数据的功能。
如图2，主显示模块3和通讯模块12之间用双端口RAM13进行数据交换，通讯模块12接收到网络控制器模块4指令后，传送数据。
如图5，通讯模块12与网络控制器模块4之间的联系以RS-485串口方式连接，完成地面上位机读取分站系统信息和发送指令的功能。通讯模块12将处理采集的数据通过RS-485方式传输给网络控制器模块4，网络控制器模块4将数据通过现场总线上传。通讯模块12和网络控制器模块4的联系为RS485串口，因此只有一个2芯接头输出。
分站系统采用多CPU工作方式，其中主显示模块3、网络控制器模块4及开关量采集模块2均设置有各自的CPU。主显示模块3的功能是采集数字传感器1的数字信号和开关量传感器14的数字信号，根据采集到的信息判断所接传感器的状态，并对断电设备进行控制；开关量采集模块2的功能是将开关量传感器14的信号转换成主显示模块3需要的数字量。通讯模块12的功能是数据编排和数据传输。网络控制器模块4的功能是实现数据的网络传输。
如图2，主显示模块3和通讯模块12之间的通讯，考虑到速度问题采用双端口RAM13进行，主显示模块3将接收到的数字传感器1和开关量采集模块2的数字信号保存在约定的RAM地址中，通讯模块12根据主显示模块3指出RAM的状态，读取RAM中的数据，打包处理以后通过网络控制器模块4上传。同理如果上位主机向分站系统发送指令(例如分站系统数字传感器的设置)，通讯模块12接收到主机数据之后，也会保存在约定的RAM中，并通知主显示模块3对接收到的数据进行分析处理，完成相应的指令。
主显示模块3与数字传感器1、开关量采集模块2之间的数据传输采用RS-485总线方式，波特率采用1200bit/s(2400bit/s)，主从结构，分站系统为主机，数字传感器1为从机。主机每秒钟巡回检测一遍各个数字传感器1和开关量采集模块2，数字传感器1和开关量采集模块2接收到主机指令之后，向主机传输数据。主机巡检完数字传感器1之后，显示数字传感器1数值和开关量状态，并根据数字传感器1数据和开关量状态，控制断电设备，完成相应的功能。
主显示模块3的构成包括：一个URAT双工串口，用于数字传感器数据传输，主显示模块3和通讯模块12之间用双端RAM进行数据交换；64KbyteFlash；256Byte内部RAM；32I/O以上(LCD显示器、输出控制等等)；硬件看门狗；软件复位；E2PROM(保存设置参数)；显示部分采用点阵式LCD；人机对话采用红外接口实现。
开关量采集模块2的构成包括：一个URAT双工串口(与主显示模块3进行数据传输)；8Kbyte Flash以上；128Byte内部RAM；内部8/16路8/10bitAD转换(将开关量转换为数字信号)；硬件看门狗；软件复位。
如图6，开关量采集模块2的工作原理是，通过2芯输入，进入一分三电路，分别进行I/V转换电路、V/V转换电路和开关量转换电路实施信号转换，然后进行三选一电路的选择，将信号输入单片机单元中进行AD转换，再经过RS-485总线方式从串口输出。
本实用新型分站系统以煤矿安全监控为目的，具体的功能设置如下：
分站系统具有与数传接口双向通信及工作状态指示功能；
分站系统具有模拟量采集功能，模拟量输入信号对应数字信号和频率型模拟信号，具有甲烷、风速、风压、一氧化碳、温度等模拟量采集及显示功能；以上模拟量传感器配接数字转换模块之后，便成为独立的数字传感器1，每个井下分站系统可以带8个数字传感器1，或带8个频率输出的传感器1。
分站系统具有开关量采集和显示功能，具有对馈电状态、风筒压力、风门开关、烟雾等开关量采集和显示功能；如图3，将各个开关上的传感器开关量信号(通/断)和模拟量信号(1mA/5mA)转换成电压信号采集，每个井下分站系统可以带8/16路开关量传感器14；同时将8/16开关量传感器14采集电路做成一个模块即开关量采集模块2，如图4，由一个单片机CPU负责专门采集8/16开关量传感器14的数据，并按顺序向主显示模块3输送数字传感器信息(可以表示数字传感器三种状态的数字量)。
分站系统具有累计量采集和显示功能。
分站系统具有控制(含断电、复电和声光报警，声光报警可由数字传感器或声光报警器完成)功能，包括以下具体功能：
A、甲烷浓度超限声光报警7、断电装置8和复电装置9的控制功能：
a1、甲烷浓度达到或超过报警浓度时，声光报警7(声光报警可由数字传感器或声光报警器完成)。
a2、甲烷浓度达到或超过断电浓度时，切断被控设备电源并闭锁；甲烷浓度达低于复电浓度时，自动解锁。
a3、与闭锁有关的设备未投入正常运行或故障时，应切断该设备所监控区域的全部非本质安全型电器设备的电源并闭锁；当与闭锁控制有关的设备工作正常并稳定运行后，自动解锁。
B、甲烷风电闭锁功能：
b1、掘进工作面甲烷浓度达到或超过1.0％CH4时，声光报警；掘进工作面甲烷浓度达到或超过1.5％CH4时，切断掘进巷道内全部非本质安全型电器设备的电源并闭锁；掘进工作面甲烷浓度低于1.0％CH4时，自动解锁。
b2、掘进工作面回风流中的甲烷浓度达到或超过1.0％CH4时，声光报警，同时切断掘进巷道内全部非本质安全型电器设备的电源并闭锁；当掘进工作面回风流中的甲烷浓度低于1.0％CH4时，自动解锁。
b3、被串掘进工作面入风流中的甲烷浓度达到或超过0.5％CH4时，声光报警，同时切断被串掘进工作面巷道内全部非本质安全型电器设备的电源并闭锁；当被串掘进工作面入风流中的甲烷浓度低于0.5％CH4时，自动解锁。
b4、局部通风机停止运转或风筒风量低于规定值时，声光报警，同时切断供风区域的全部非本质安全型电器设备的电源并闭锁；当局部通风机或风筒恢复正常时，自动解锁。
b5、局部通风机停止运转，掘进工作面或回风流中甲烷浓度大于3.0％CH4时，应对局部通风机进行闭锁使之不能启动，只有通过密码操作软件或使用专用工具方可人工解锁；当掘进工作面或回风流中甲烷浓度低于1.5％CH4时，自动解锁。
b6、与闭锁控制有关的设备(含分站系统、电源、甲烷数字传感器、设备开停数字传感器、断电控制器等)故障或断电时，切断该设备所监控区域的全部非本质安全型电器设备的电源并闭锁。与闭锁控制有关的设备接通电源1min内，应继续闭锁该设备全部非本质安全型电器设备的电源。当与闭锁控制有关的设备工作正常并稳定运行后，自动解锁。严禁对局部通风机进行故障闭锁控制。
分站系统具有初始化参数设置和掉电保护功能，初始化参数可通过主站或编程器输入和修改。
分站系统具有自诊断和故障显示功能。
分站系统的电源模块6还设置有备用电源或外接备用电源，电网停电后，备用电源连续工作时间不小于2h；当电网停电后，应能对甲烷、风速、风压、一氧化碳、局部通风机开停、风筒状态等只要监控量继续监控。
用于爆炸性环境的分站系统应是防爆型，其输入输出信号应满足下列要求：一是外接断电控制器的分站系统输入、输出信号是本质安全的；二是内置断电控制器的分站系统，除控制隔爆开关的断电信号外，其他输入输出信号是本质安全的。
分站系统控制执行时间能够满足有关安全要求，安全监控分站系统甲烷超限断电及甲烷风电闭锁的控制执行时间不大于2秒。
最大传输距离：数字传感器1和开关量采集传感器(执行器)至分站系统的最大传输距离不小于2km；分站系统至传输接口、分站系统至分站系统之间的最大传输距离不小于10km。
分站系统所能接入数字传感器、执行器的数量宜在2、4、8、16、32、64、128中选取。
时分制、异步、多主从、直流供电、外接断电控制器。
本实用新型分站系统的软件功能包括，
主显示模块3的软件功能包括自检、采集、数据处理、显示、存储、控制、故障报警、数据传输、设置及键盘处理功能。
开关量采集模块2的软件功能包括数据处理、数据传输、设置及存储功能。
工作模式为时分制、异步通讯、多主从结构、现场总线、直流供电。
本实用新型实施例的结构部件包括：8路数字传感器1、8路模拟/开关量传感器14、2/4路断电控制输出、网络控制器模块4和电源输入共计18/20个接头。其中数字传感器为2芯(RS485差分信号A、B线)；8路开关量传感器14为2芯(电流型1-5ma或4-20ma，信号线、地线)；数字传感器1的8个接头合成一个接头和开关量采集模块2的一个RS485合成一个进入主显示模块3的RS485；开关量采集模块2接收8路开关量信号，处理完成以后转换成RS485，和数字传感器1的RS485并联，一起输入主显示模块3。
分站系统所有模块的供电由电源模块6(外部本安电源)提供，因此有一个2芯供电输入接头。
软件划分
数字传感器1部分：在原有软件的基础上增加数字处理功能，就是将甲烷的频率值变成数字量的同时，计算出相应的浓度值，并增加了判别报警功能。有报警功能就必须能设置报警点、断电点和复电点，因此数字传感器模块应具有接收处理设置报警点的功能。这样传输数据时要增加3个字节的数据长度，2个字节表示浓度值，一个字节表示数字传感器的状态(正常还是异常，异常包括断线、报警、断电、复电等)。
开关量采集模块2部分：开关量传感器14的输入方式有电流输入(1-5ma，4-20ma)，电压输入(1-5V)和触点输入，硬件采用模拟开关按需要将3种信号接入单片机内部A/D转换，进行处理，采集8路开关量传感器14的状态，每个开关量传感器14的状态为一个字节(通、断和异常)。因此开关量采集模块2要具有设置功能，并能将设置的数据保存，所以具有与主显示模块3通讯的功能。
主显示模块3的软件又分以下几个部分：
显示和键盘处理软件：显示界面程序，数字传感器数据、状态显示，人机对话输入/输出程序，设置数字传感器参数程序。
报警、输出控制软件：判别数字传感器状态数据，第一时间进行报警处理，并在显示屏幕上相应的数字传感器上有所表示，同时如果需要进行断电(或复电)控制，控制相应的输出控制电路进行动作。并将数字传感器异常情况上报，计算累积量，有累计存储功能。
通讯软件：上行通讯软件和下行通讯程序，解析上位命令设置数字传感器。
通讯模块12包含上行通讯软件、下行通讯程序，还包括数据打包上传。
综上所述，本实用新型针对煤矿安全生产监控系统的需要进行设置，功能多，集成度高，数据处理速度快，较好的满足了实现数字化矿山的需求。

Claims (4)

1、一种煤矿通用智能分站系统，其特征在于：包括主显示模块(3)，主显示模块(3)分别与数字传感器(1)、开关量采集模块(2)、显示器(5)、红外接口(10)、控制总线模块(11)和通讯模块(12)连接，通讯模块(12)再与网络控制器模块(4)连接，网络控制器模块(4)又分别与电源模块(6)、声光报警(7)、断电装置(8)和复电装置(9)连接。
2、根据权利要求1所述的分站系统，其特征在于：所述的数字传感器(1)由数字转换模块和分别与数字转换模块相连接的甲烷模拟量传感器、风速模拟量传感器、风压模拟量传感器、一氧化碳模拟量传感器和温度模拟量传感器组成。
3、根据权利要求1所述的分站系统，其特征在于：所述的开关量采集模块(2)的构成包括：一个URAT双工串口，用于与主显示模块(3)进行数据传输；8Kbyte Flash以上；128Byte内部RAM；内部8/16路8/10bitAD转换，将馈电状态、风筒压力、风门开关、烟雾的开关量转换为数字信号；硬件看门狗；软件复位。
4、根据权利要求1所述的分站系统，其特征在于：所述的主显示模块(3)的构成包括：一个URAT双工串口，用于数字传感器数据传输，主显示模块(3)和通讯模块(12)之间用双端口RAM(13)进行数据交换；通讯模块(12)和网络控制器模块(4)之间的数据传输采用串口方式；64KbyteFlash；256Byte内部RAM；32I/O以上LCD显示器、输出控制；硬件看门狗；软件复位；E2PROM保存设置参数；显示部分采用点阵式LCD；红外接口。
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