CN202256662U - 矿井设备的无线定位系统及无线定位的采煤系统和液压支架喷雾降尘控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种矿井设备的无线定位系统及无线定位的采煤系统和液压支架喷雾降尘控制系统，定位系统包括采煤机和沿采煤机移动方向上间隔设置的液压支架，采煤机上设有一个移动Zigbee无线模块，该无线模块随采煤机移动；间隔设定距离的液压支架上设有一组固定Zigbee无线模块，这些无线模块间隔设置在一条直线上，并与采煤机移动方向的直线平行，位置固定；固定Zigbee无线模块和移动Zigbee无线模块构成一个基于Zigbee无线定位的通讯网络。本实用新型采用无线ZigBee通信技术，实现采煤机的无线精确定位，利用无线ZigBee通信在对采煤机精准定位的同时，可以实现采煤机定位之处液压支架的自动喷雾控制，避免了采用红外收发技术容易受粉尘、设备、人体等遮挡而丧失功能的缺陷。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种矿井设备的无线定位系统及无线定位的采煤系统和液压支架喷雾降尘控制系统。
背景技术
煤矿行业是我国经济体系中极为重要的支柱性能源产业，但我国煤炭资源开采条件与一些拥有先进技术的采煤大国相比，却属于中等偏下水平，而可供露天开采的矿资源极少，大部分煤田属于井下开采作业，其条件较为复杂，由于煤矿安全措施设备的陈旧老化及安全设施的不足，在出现矿井事故的时候，往往造成大量的人员及财产损失，煤矿的安全问题亟待解决。
目前，矿井设备的定位大多采用红外的方式，这种方法的弊端是红外收发受角度局限，偏离一定角度将接收不到信号；另外，红外光线无法穿透，中间不能有障碍物，也就是不能穿墙而过，容易受粉尘、设备、人体等遮挡而丧失功能，几乎无法控制信息传输的进度，传输距离通常只有3-10m。
另外，近几年开始出现针对矿井人员的定位，这种定位采用了RFID射频识别技术。RFID即无线射频识别，又称电子标签，这种定位方法是在井下一些关键或人经常出入的位置放上若干个读写器用于接收，在矿工身上装上射频卡(电子标签)用于发射，当人经过某个放置读写器的位置时，读写器会收到射频卡发出的无线信号，从而判定出人在某一区域。但是这种无线射频卡来实现人员定位的其中一个局限是定位精度很低，只能达到十几米或几十米，实际应用当中，会在几十米或上百米装一个读写器；其次，成本也是RFID推广应用的“瓶颈”之一，对于不同功率以及不同性能的RFID系统，其读写距离不同，电子标签产品的价位也大不相同，在巷道密集的井下，投资成本比较大；另外，RFID标签的准确识别率目前只有80%左右，在情况复杂的矿井环境下，准确识别离大规模实际应用所要求的成熟程度尚有一定差距。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种矿井设备的无线定位系统，以解决现有定位系统容易受干扰、定位精度低的问题，并提供一种使用该无线定位系统的采煤系统，同时提供一种利用该无线定位系统的液压支架喷雾降尘控制系统。
为实现上述目的，本实用新型提供的矿井设备的无线定位系统的技术方案如下：一种矿井设备的无线定位系统，包括用于安装在沿采煤机移动方向上间隔设定距离设置的液压支架上的一组固定Zigbee无线模块，这些无线模块间隔设置在一条直线上，并与采煤机移动方向的直线平行，位置固定；还包括用于安装在采煤机上的一个移动Zigbee无线模块，该无线模块随采煤机移动；所述各固定Zigbee无线模块和该移动Zigbee无线模块构成一个基于Zigbee无线定位的通讯网络；所述移动Zigbee无线模块在行进过程中朝向各固定Zigbee无线模块发送数据信息并接收其返回的数据信号强度值，各固定Zigbee无线模块用于接收移动Zigbee无线模块发送的数据信息并返回其收到的数据的信号强度值。
所述各固定Zigbee无线模块和移动Zigbee无线模块均设有一个屏蔽外壳，所述屏蔽外壳包括周向封闭设置的金属侧壁，屏蔽外壳的一端设有非金属盖板；无线模块上设有一个用于接收、发射信号的天线，所述天线的发射端朝向非金属盖板方向；所述各固定Zigbee无线模块的非金属盖板朝向采煤机方向，移动Zigbee无线模块的非金属盖板正对各固定Zigbee无线模块。
两相邻固定Zigbee无线模块之间的间隔距离为2-5m, 所述采煤机与液压支架的最短距离为1-3m。
本实用新型提供的无线定位的采煤系统的技术方案如下：一种无线定位的采煤系统，包括采煤机、沿采煤机移动方向上间隔设置的液压支架及安装在采煤机和液压支架上的无线定位子系统，所述无线定位子系统包括安装在液压支架上的一组固定Zigbee无线模块，这些无线模块间隔设置在一条直线上，并与采煤机移动方向的直线平行，位置固定；还包括安装在采煤机上的一个移动Zigbee无线模块，该无线模块随采煤机移动；所述各固定Zigbee无线模块和该移动Zigbee无线模块构成一个基于Zigbee无线定位的通讯网络；所述移动Zigbee无线模块在行进过程中朝向各固定Zigbee无线模块发送数据信息并接收其返回的数据信号强度值，各固定Zigbee无线模块用于接收移动Zigbee无线模块发送的数据信息并返回其收到的数据的信号强度值。
所述各固定Zigbee无线模块和移动Zigbee无线模块均设有一个屏蔽外壳，所述屏蔽外壳包括周向封闭设置的金属侧壁，屏蔽外壳的一端设有非金属盖板；无线模块上设有一个用于接收、发射信号的天线，所述天线的发射端朝向非金属盖板方向；所述各固定Zigbee无线模块的非金属盖板朝向采煤机方向，移动Zigbee无线模块的非金属盖板正对各固定Zigbee无线模块。
两相邻固定Zigbee无线模块之间的间隔距离为2-5m，所述采煤机与液压支架的最短距离为1-3m。
本实用新型提供的无线定位的液压支架喷雾降尘控制系统的技术方案如下：一种无线定位的液压支架喷雾降尘系统，包括沿采煤机移动方向上间隔设置的液压支架及用于安装在采煤机和液压支架上的无线定位子系统，所述每个液压支架上设有喷雾降尘装置，所述无线定位子系统包括安装在液压支架上的一组固定Zigbee无线模块，这些无线模块间隔设置在一条直线上，并与采煤机移动方向的直线平行，位置固定；还包括用于安装在采煤机上的一个移动Zigbee无线模块，该无线模块随采煤机移动；所述各固定Zigbee无线模块和该移动Zigbee无线模块构成一个基于Zigbee无线定位的通讯网络；各固定Zigbee无线模块相应各液压支架上的喷雾降尘装置控制连接；所述移动Zigbee无线模块在行进过程中朝向各固定Zigbee无线模块发送数据信息并接收其返回的数据信号强度值，各固定Zigbee无线模块用于接收移动Zigbee无线模块发送的数据信息并返回其收到的数据的信号强度值。
所述各固定Zigbee无线模块和移动Zigbee无线模块均设有一个屏蔽外壳，所述屏蔽外壳包括周向封闭设置的金属侧壁，屏蔽外壳的一端设有非金属盖板；无线模块上设有一个用于接收、发射信号的天线，所述天线的发射端朝向非金属盖板方向；所述各固定Zigbee无线模块的非金属盖板朝向采煤机方向，移动Zigbee无线模块的非金属盖板正对各固定Zigbee无线模块。
两相邻固定Zigbee无线模块之间的间隔距离为2-5m，所述采煤机与液压支架的最短距离为1-3m。
本实用新型的矿井设备的无线定位系统及采煤系统采用无线ZigBee通信技术，将安装在液压支架上的固定Zigbee无线模块和安装在采煤机上的移动Zigbee无线模块构成一个基于Zigbee无线定位技术的通讯网络，实现矿井采煤机的精确定位，定位精度达到1米左右，无线ZigBee信号传输稳定可靠，且能够穿透，不受井下粉尘、设备的阻挡影响。
另外，利用无线ZigBee通信在对采煤机精准定位的同时，可以实现采煤机定位之处液压支架的自动喷雾控制，避免了采用红外收发技术容易受粉尘、设备、人体等遮挡而丧失功能的缺陷。
无线模块屏蔽外壳的设计可以屏蔽无线发射模块朝两侧的散射程度，能在矿井环境恶劣干扰比较严重的情况下对设备实现精确、稳定、可靠的定位，大大增强了定位精度。
附图说明
图1是本实用新型矿井设备的无线定位系统的结构示意图；
图2是本实用新型无线定位的采煤系统实施例的结构示意图；
图3是无线模块组件的示意图。
具体实施方式
如图1所示为本实用新型实施例的矿井设备的无线定位系统，由图可知，该系统包括用于安装在沿采煤机移动方向上间隔设定距离设置的液压支架上的一组固定Zigbee无线模块，这些无线模块间隔设置在一条直线上，并与采煤机移动方向的直线平行，位置固定；还包括用于安装在采煤机上的一个移动Zigbee无线模块，该无线模块随采煤机移动；各固定Zigbee无线模块和该移动Zigbee无线模块构成一个基于Zigbee无线定位的通讯网络；所述移动Zigbee无线模块在行进过程中朝向各固定Zigbee无线模块发送数据信息并接收其返回的数据信号强度值，各固定Zigbee无线模块用于接收移动Zigbee无线模块发送的数据信息并返回其收到的数据的信号强度值。本实用新型两相邻固定Zigbee无线模块之间的间隔距离为2-5m, 所述采煤机与液压支架的最短距离为1-3m。
本实用新型实施例的矿井设备的无线定位系统的实施例中各无线模块的距离设定与工作原理和过程如下所述，与无线定位的采煤系统相同。
如图2所示为本实用新型无线定位的采煤系统实施例的结构示意图，包括采煤机、沿采煤机移动方向上间隔设置的液压支架及安装在采煤机和液压支架上的无线定位子系统，其无线定位子系统如上所述，该采煤系统的工作原理和过程如下：在沿采煤机移动方向上一排几十米至上百米的矿井设备液压支架上每隔3米放置1个固定Zigbee无线模块(每台液压支架宽1.5米)，这些无线模块位置固定已知，称为A类节点。在采煤机上安装1个移动Zigbee无线模块，该模块位置移动未知，称为B类节点，B节点与离它最近的A类节点的直线距离1-3米，两相邻A类节点距离为3米，即每两部液压支架上安装1块A类节点。当B节点随采煤机前进(直线L)的同时，不停的广播发送数据包，当离它较近的一部分A类节点收到数据包后点对点将其信号强度值返回给节点B，由B节点通过返回的信号强度值来判断离哪块A类节点最近，从而判断采煤机的行进位置。
本实用新型无线定位的液压支架喷雾降尘控制系统，包括沿采煤机移动方向上间隔设置的液压支架及用于安装在采煤机和液压支架上的无线定位子系统，每个液压支架上均设有喷雾降尘装置，其无线定位子系统如上所述，主控器与各A类节点液压支架上的喷雾降尘装置均控制连接。
本实用新型液压支架喷雾降尘控制系统的实施例中各无线模块的距离设定和原理如上所述，与无线定位的采煤系统相同。
本实用新型液压支架喷雾降尘控制系统的工作过程如下：当B节点随采煤机前进(直线L)的同时，不停的广播发送数据包，当离它较近的一部分A类节点收到数据包后点对点将其信号强度值返回给节点B，由B节点通过返回的信号强度值来判断离哪块A类节点最近，从而判断采煤机的行进位置，同时该A类节点的无线模块控制其与其相应的液压支架及两侧与其相邻近的液压支架的喷雾降尘装置进行喷雾。
由于本设计原理是基于提取无线数据收发的数据信号强度值并比较来实现定位，而无线接收数据信号强度值本身会随环境等因素而波动变化，因此将制约着无线定位的精度，大量实验结果也证实了这一问题，即当最近的3、4个节点距离相差很小(1-2米)时其信号强度差值不明显或不稳定。因此本实施例将无线模块外设置一个屏蔽外壳，如图4所示，无线模块本体1安装在一个机械屏蔽外壳内，通过无线模块上设的天线接收信号。屏蔽外壳包括周向封闭设置的金属侧壁2，屏蔽外壳的一端设有非金属盖板3，屏蔽外壳的另一端为出线端；无线模块上设有一个用于接收、发射信号的天线，天线的发射端朝向非金属盖板方向。在本实施例中各固定Zigbee无线模块的非金属盖板朝向采煤机方向，移动Zigbee无线模块的非金属盖板正对各固定Zigbee无线模块。
本实施例的天线由两条连杆41和42组成“L”形结构，其中一个连杆为主体信号杆41，其垂直于无线模块本体1，另一个连杆42为信号杆末梢，信号杆末梢与无线模块本体平行且方向背向非金属盖板一侧，主体信号杆透过前方的非金属盖板3发射。另外，屏蔽外壳出线端设有一个金属底板6，底板6上设有出线孔7，底板的外端面于出线孔处设有一个管状出线筒5。
该屏蔽外壳一方面能够满足煤矿防爆要求，另一个很重要的方面就是可以屏蔽无线发射模块朝两侧的散射程度，保证无线发射模块随采煤机行进到液压支架上某个接收模块正前方时，该接收模块信号强度值最强，其两侧接收模块的信号强度值与其差值较大，这样才能在矿井环境恶劣干扰比较严重的情况下对设备实现精确、稳定、可靠的定位。
Claims (9)
1.一种矿井设备的无线定位系统，其特征在于：包括用于安装在沿矿井设备移动方向上间隔设定距离设置的液压支架上的一组固定Zigbee无线模块，这些无线模块间隔设置在一条直线上，并与矿井设备移动方向的直线平行，位置固定；还包括用于安装在矿井设备上的一个移动Zigbee无线模块，该无线模块随矿井设备移动；所述各固定Zigbee无线模块和该移动Zigbee无线模块构成一个基于Zigbee无线定位的通讯网络；所述移动Zigbee无线模块在行进过程中朝向各固定Zigbee无线模块发送数据信息并接收其返回的数据信号强度值，各固定Zigbee无线模块用于接收移动Zigbee无线模块发送的数据信息并返回其收到的数据的信号强度值。
2.根据权利要求1所述的矿井设备的无线定位系统，其特征在于：所述各固定Zigbee无线模块和移动Zigbee无线模块均设有一个屏蔽外壳，所述屏蔽外壳包括周向封闭设置的金属侧壁，屏蔽外壳的一端设有非金属盖板；无线模块上设有一个用于接收、发射信号的天线，所述天线的发射端朝向非金属盖板方向；所述各固定Zigbee无线模块的非金属盖板朝向矿井设备方向，移动Zigbee无线模块的非金属盖板正对各固定Zigbee无线模块。
3.根据权利要求1或2所述的矿井设备的无线定位系统，其特征在于：两相邻固定Zigbee无线模块之间的间隔距离为2-5m, 所述矿井设备与液压支架的最短距离为1-3m。
4.一种无线定位的采煤系统，包括采煤机、沿采煤机移动方向上间隔设置的液压支架及安装在采煤机和液压支架上的无线定位子系统，其特征在于：所述无线定位子系统包括安装在液压支架上的一组固定Zigbee无线模块，这些无线模块间隔设置在一条直线上，并与采煤机移动方向的直线平行，位置固定；还包括安装在采煤机上的一个移动Zigbee无线模块，该无线模块随采煤机移动；所述各固定Zigbee无线模块和该移动Zigbee无线模块构成一个基于Zigbee无线定位的通讯网络；所述移动Zigbee无线模块在行进过程中朝向各固定Zigbee无线模块发送数据信息并接收其返回的数据信号强度值，各固定Zigbee无线模块用于接收移动Zigbee无线模块发送的数据信息并返回其收到的数据的信号强度值。
5.根据权利要求4所述的无线定位的采煤系统，其特征在于：所述各固定Zigbee无线模块和移动Zigbee无线模块均设有一个屏蔽外壳，所述屏蔽外壳包括周向封闭设置的金属侧壁，屏蔽外壳的一端设有非金属盖板；无线模块上设有一个用于接收、发射信号的天线，所述天线的发射端朝向非金属盖板方向；所述各固定Zigbee无线模块的非金属盖板朝向采煤机方向，移动Zigbee无线模块的非金属盖板正对各固定Zigbee无线模块。
6.根据权利要求4或5所述的无线定位的采煤系统，其特征在于：两相邻固定Zigbee无线模块之间的间隔距离为2-5m，所述采煤机与液压支架的最短距离为1-3m。
7.一种无线定位的液压支架喷雾降尘系统，包括沿采煤机移动方向上间隔设置的液压支架及用于安装在采煤机和液压支架上的无线定位子系统，所述每个液压支架上设有喷雾降尘装置，其特征在于：所述无线定位子系统包括安装在液压支架上的一组固定Zigbee无线模块，这些无线模块间隔设置在一条直线上，并与采煤机移动方向的直线平行，位置固定；还包括用于安装在采煤机上的一个移动Zigbee无线模块，该无线模块随采煤机移动；所述各固定Zigbee无线模块和该移动Zigbee无线模块构成一个基于Zigbee无线定位的通讯网络；各固定Zigbee无线模块相应各液压支架上的喷雾降尘装置控制连接；所述移动Zigbee无线模块在行进过程中朝向各固定Zigbee无线模块发送数据信息并接收其返回的数据信号强度值，各固定Zigbee无线模块用于接收移动Zigbee无线模块发送的数据信息并返回其收到的数据的信号强度值。
8.根据权利要求7所述的无线定位的液压支架喷雾降尘系统，其特征在于：所述各固定Zigbee无线模块和移动Zigbee无线模块均设有一个屏蔽外壳，所述屏蔽外壳包括周向封闭设置的金属侧壁，屏蔽外壳的一端设有非金属盖板；无线模块上设有一个用于接收、发射信号的天线，所述天线的发射端朝向非金属盖板方向；所述各固定Zigbee无线模块的非金属盖板朝向采煤机方向，移动Zigbee无线模块的非金属盖板正对各固定Zigbee无线模块。
9.根据权利要求7或8所述的无线定位的液压支架喷雾降尘系统，其特征在于：两相邻固定Zigbee无线模块之间的间隔距离为2-5m，所述采煤机与液压支架的最短距离为1-3m。
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