CN202661846U

CN202661846U - 基于传感器网络井下用气量监控设备

Info

Publication number: CN202661846U
Application number: CN2012201990950U
Authority: CN
Inventors: 王方汉; 褚波; 杨余旺; 曹维勤; 胡继华; 于林洋; 张海兰; 田磊; 骆爽; 张丽
Original assignee: 王方汉; 褚波; 杨余旺
Priority date: 2012-05-07
Filing date: 2012-05-07
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2022-05-07

Abstract

本实用新型公开了一种基于传感器网络井下用气量监控设备，包含CPU控制电路，CPU控制电路连接有电源、A/D转换电路、数据存储器、断电保护时钟电路、D/A转换电路、TTL/RS-232转换电路，所述D/A转换电路连接阀门，TTL/RS-232转换电路连接通信模块，断电保护时钟电路与数据存储器连接，A/D转换电路连接有I/V转换电路，I/V转换电路连接数据放大器、数据放大器连接现场设备接口。本实用新型能够实时的监控井下用气管道流量，压力等参数，并能够提供数据以便最终统计；采用光纤传输，做到信号的快速准确传输，更具有实时性等优点；还具有可靠节能等优点。

Description

基于传感器网络井下用气量监控设备

技术领域

本实用新型涉及计算机网络技术领域，具体是涉及一种应用在管道网络用气量监控系统的基于传感器网络井下用气量监控设备。

背景技术

传感器技术、通信技术和计算机技术构成了现代信息技术的三大基础，三大技术的结合给信息化带来了巨大的促进作用，使传统检测系统的信息采集、数据处理等方式产生质的飞跃，各种现场数据直接在网络上传输、发布与共享；检测系统本身也发生了质的飞跃，可在网络上任何节点对现场传感器进行在线编程和组态，使测控系统的结构和功能产生了重大变革。

传统应用在管道网络用气量监控系统的电流传输信号技术常常采用的是一个仪表放大器来完成信号的调理并进行长线传输，这种传输方式由于是电压信号，传输线会受到噪声的干扰；传输线的分布电阻会产生压降；在现场不能提供仪表放大器的工作电压。

此外，现有的应用在管道网络用气量监控系统的单片机组成的自动控制系统中，为了减少对采样值的干扰，提高系统的可靠性，常常采用数字滤波的方法，但此方法不能消除周期性脉冲干扰又可以消除随机脉冲干扰。

发明内容

为克服现有技术的不足，本实用新型提供一种应用在管道网络用气量监控系统的基于传感器网络井下用气量监控设备。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于传感器网络井下用气量监控设备，包含CPU控制电路，其特征是：所述CPU控制电路连接有电源、A/D转换电路、数据存储器、断电保护时钟电路、D/A转换电路、TTL/RS-232转换电路，所述D/A转换电路连接阀门，所述TTL/RS-232转换电路连接通信模块，所述断电保护时钟电路与数据存储器连接，所述A/D转换电路连接有I/V转换电路，I/V转换电路连接数据放大器、数据放大器连接现场设备接口。

所述CPU控制电路采用STC12C5412AD单片机。

所述通信模块由管理层、通信层、间隔层三部分组成，通信层起到连接管理层和间隔层的作用，它们之间的信息交换方式采用串行通信方式，通信的工作方式为主从式通信，通信模块的数据传输采用以太网光纤传输技术。

所述现场设备接口需要采集3个物理量，分别是0～5V的压力、4～20mA的流量以及调节阀反馈4～20mA。由于STC12C5410AD是电压型A/D，所以需要将传感器输出的电流转为电压才能采集。

本实用新型的有益效果是：

1、能够实时的监控井下用气管道流量，压力等参数，并能够提供数据以便最终统计；

2、能够方便的控制蝶阀的开闭和调节阀的开度，实现节能的目的；同时控制简单，只需在上位机发送控制命令，减轻了工作人员的负担，并且便于管理；

3、采用光纤传输，做到信号的快速准确传输；

4、在不同层都设置了信号采集点，能够实时观察井下用气状态，并对数据进行存储，进行月统计，年统计为决策人员提供数据支持；

5、矿井开采分为多层，在同一时期并非所有层同时开采，可以关闭非开采层的蝶阀，这样减少管道泄露。当开采进度慢时可以将调节阀的开度降低，以降低空压机的负荷，进而达到节能效果；

6、井下提升设备功率大，设备启动时产生电弧对于信号传输具有很大影响，采用光纤传输具有抗干扰性强，更具有实时性等优点。

附图说明

图1是本实用新型总体结构框图。

图2是本实用新型的通信原理框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落在申请所附权利要求书所限定的范围。

如图1所示，一种基于传感器网络井下用气量监控设备，包含CPU控制电路，CPU控制电路连接有电源、A/D转换电路、数据存储器、断电保护时钟电路、D/A转换电路、TTL/RS-232转换电路，所述D/A转换电路连接阀门，TTL/RS-232转换电路连接通信模块，断电保护时钟电路与数据存储器连接，A/D转换电路连接有I/V转换电路，I/V转换电路连接数据放大器、数据放大器连接现场设备接口。

所述CPU控制电路采用STC12C5412AD单片机。在使用单片机系统进行数据采集时，需要使用ADC将传感器输出的信号转换为单片机可识别处理的数字信号。系统使用的单片机STC12C5412AD单片机内部已经带有A/D转换，故不需要再使用外置A/D转换芯片。STC12C5412AD系列带A/D转换的单片机在P1口(P1.7～P1.0)有8路10位高速A/D转换器，速度可达100KHZ(10万次/秒)。8路电压输入型A/D。上电复位后P1口为弱上拉型I/O口，用户可以通过软件设置将8路中任何一路设置为A/D转换，不需作为A/D使用的口可继续作为I/O口使用。系统中需要采集3个物理量，分别是0～5V的压力、4～20mA的流量以及调节阀反馈4～20mA。由于STC12C5410AD是电压型A/D，所以需要将传感器输出的电流转为电压才能采集。

本实用新型的目的是参照压力和流量的实时值和现实工作所在的时间段来实时的控制阀门的开度和关闭状态，从而一方面减轻了工作人员的负担，另一方面还起到节能的作用。

如图2所示，本实用新型的通信模块由管理层(站控层)、通信层(中间层)、间隔层(现场监控层)三部分组成，通信层起到连接管理层和间隔层的作用。它们之间的信息交换方式采用串行通信方式，通信的工作方式为主-从式通信，监控主机主动查询，每5秒发送一次查询信息。通信开始时监控机发出查询命令，系统给出应答，双方进入通信状态，否则系统会给出相应的故障告警。单片机的通信接口为串口，要对多个采集点组网需将串口网络化，串口服务器就使得基于TCP/IP的串口数据流传输成为了可能，它能将多个串口设备连接并能将串口数据流进行选择和处理，把现有的RS-232接口的数据转化成IP端口的数据，然后进行IP化的管理，IP化的数据存取，这样就能将传统的串行数据送上流行的IP通道，串口服务器完成的是一个面向连接的RS-232链路和面向无连接以太网之间的通信数据的存储控制，系统对各种数据进行处理，处理来自采集板的串口数据流，并进行格式转换，使之成为可以在以太网中传播的数据帧；对来自以太网的数据帧进行判断，并转换成串行数据送达响应的串口设备。由于现场距离调度中心较远，而且存在电磁干扰，所以数据传输采用以太网光纤传输技术，会涉及到光电信号的转换，本实用新型选用光纤收发器。

本实用新型是以单片机为核心，以“监测”和“控制”为目的、测控一体化的系统。这种系统被称为计算机测控系统，它对被控对象的控制是依据对被控对象的测量结果决定的。计算机测控系统硬件大体分为：被测控对象、传感器、输入通道、计算机、输出通道、控制电路模块、执行机构等。

本实用新型的监测对象是矿井的用气量，主要包括管道流量和压力；控制对象主要是智能型调节阀和开关型蝶阀。传感器主要包括流量计和压力传感器，当然通过阀门内部的传感器我们可以采集到阀门的开度和开关等状态信息。输入通道信号类别主要包括三路模拟量和一路数字量，采集的载体是以STC12C5410AD为核心的信号采集板卡。计算机是研华工控机，输出通道是一路模拟量和一路开关量。控制电路模块主要包括蝶阀开关量继电器控制模块和调节阀(4～20mA)输出模拟量控制模块。执行机构就是阀门内部的电动执行器。

本实用新型的通信模块由管理层(站控层)、通信层(中间层)、间隔层(现场监控层)三部分组成，通信层起到连接管理层和间隔层的作用。它们之间的信息交换方式采用串行通信方式，通信的工作方式为主-从式通信，监控主机主动查询，每5秒发送一次查询信息。通信开始时监控主机发出查询命令，系统给出应答，双方进入通信状态，否则系统会给出相应的故障告警。单片机的通信接口为串口，要对多个采集点组网需将串口网络化，串口服务器就使得基于TCP/IP的串口数据流传输成为了可能，它能将多个串口设备连接并能将串口数据流进行选择和处理，把现有的RS-232接口的数据转化成IP端口的数据，然后进行IP化的管理，IP化的数据存取，这样就能将传统的串行数据送上流行的IP通道，串口服务器完成的是一个面向连接的RS-232链路和面向无连接以太网之间的通信数据的存储控制，系统对各种数据进行处理，处理来自采集板的串口数据流，并进行格式转换，使之成为可以在以太网中传播的数据帧；对来自以太网的数据帧进行判断，并转换成串行数据送达响应的串口设备。

由于井下多为大功率设备，输电线也是10Kv的高压，还有有轨电车运行时会产生电火花等环境因素，对于本实用新型信号的采集与传输会产生较大的影响。为了提高信号采集的准确度，在采集数据时采用数字滤波技术减少采样值的干扰，在传输时采用光纤传输技术。这样就涉及到光电信号的转换，本实用新型采用光纤收发器来实现这一功能，系统成对使用该设备，先将电信号转换为光信号经光纤传输到终端再由另一光纤收发器将此光信号转换为电信号交与单片机或计算机处理。

本实用新型的上位机采用Visual C++6.0为平台，开发了功能齐全的数据库，实现了命令发送、数据显示、数据存储、数据查询以及报表打印等功能。系统界面清晰明了，运用不同的标识简单有效的展现出当前的用气量参数和阀门的状态。采用两级用户模式管理该系统，阀门的控制和历史数据的统计和分析需要管理员权限，这样既能够保证生产安全同时也保证了信息的安全。该系统借助开发平台的控件完善了数据处理功能，主要包括曲线显示和统计量的柱状图显示，为系统的管理人员和决策人员提供了数据资源。

Claims

1.一种基于传感器网络井下用气量监控设备，包含CPU控制电路，其特征是：所述CPU控制电路连接有电源、A/D转换电路、数据存储器、断电保护时钟电路、D/A转换电路、TTL/RS-232转换电路，所述D/A转换电路连接阀门，所述TTL/RS-232转换电路连接通信模块，所述断电保护时钟电路与数据存储器连接，所述A/D转换电路连接有I/V转换电路，I/V转换电路连接数据放大器、数据放大器连接现场设备接口。

2.根据权利要求1所述的一种基于传感器网络井下用气量监控设备，其特征是：所述CPU控制电路采用STC12C5412AD单片机。

3.根据权利要求1所述的一种基于传感器网络井下用气量监控设备，其特征是：所述通信模块由管理层、通信层、间隔层三部分组成，管理层、通信层与间隔层之间的信息交换方式采用串行通信方式，通信的工作方式为主从式通信，通信模块的数据传输采用以太网光纤传输技术。