CN205000993U - 一种数字式矿用安全监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种数字式矿用安全监控系统，包括：井上部分和井下部分。所述井上部分，包括：监控主机，用于根据监控数据进行实时显示、监控和调度；传输接口，用于向监控主机传输井下部分提供的监控数据；所述井下部分，包括：终端设备，用于监测井下环境及设备运行状况；本安型分站，用于向所述传输接口上传所述终端设备的监控数据；不间断电源箱，用于对所述本安型分站、传输接口和终端设备进行供电；锂离子电池箱，用于对所述传输接口、本安型分站、不间断电源箱和终端设备供电。本实用新型提供的监控系统能实现监控数据的完整性、避免误报警和电磁干扰，从而提高矿井安全监控的可靠性。

Description

一种数字式矿用安全监控系统

技术领域

本实用新型实施例涉及矿井监控与通信技术领域，尤其涉及一种数字式矿用安全监控系统。

背景技术

《国家安全生产监督管理总局国家煤矿安全监察局关于建设完善煤矿井下安全避险“六大系统”的通知》(安监总煤装[2010]146号)要求建设完善矿井监测监控系统，“实现对煤矿井下甲烷和一氧化碳的浓度、温度、风速等的动态监控”，并“保证监测数据准确可靠”。

目前我国煤矿建设矿井监控系统的建设普及情况良好，实现了对瓦斯等各种灾害气体浓度的在线监测和仪器开停的控制等功能。虽然现有监控系统的整体功能已经日趋完善，但其整体性能尚需要进一步完善，现有监控系统存在的问题主要表现在：(1)煤矿安全监控系统网络结构可靠性差。现有监控系统大多数还采用主从式通信结构，虽然已有光纤环网通信结构的监控系统，但其分支仍采用主从式结构，数据传输速率低和冗余差，极易发生数据传输中断，无法实现设备间互联互控、区域危险快速控制。(2)监控系统设备数字化程度不高。现有监控系统在用的传感器大多采用模拟传输技术，不能实现传感器与分站双向传输数据以及工作状态识别及故障判断，造成监测数据可靠性差，误差数据难以有效鉴别和校正。(3)监控系统不具备开放性能。监控系统的生产厂家依据自身协议传输数据，导致异构系统无法接入，每个系统都拥有自身的传输线缆，造成井下线缆过多，增加了故障机率。(4)煤矿安全监控系统抗电磁干扰性较差。井下电磁环境恶劣，监控系统设备经常受到强电磁干扰，监控设备普遍不具备抗电磁干扰能力，极易使数据混乱，经常产生冒大数、误报警、误断电现象，甚至造成系统瘫痪。

发明内容

本实用新型提供一种数字式矿井安全监控系统，实现监控数据的完整性、避免误报警和电磁干扰，从而提高矿井安全监控的可靠性。

本实用新型实施例提供了一种数字式矿井安全监控系统，包括：井上部分和井下部分，其中：

所述井上部分，包括监控主机和传输接口，其中：所述监控主机用于根据监控数据进行实时显示、监控和调度；所述传输接口，与监控主机建立连接，用于向监控主机传输井下部分提供的监控数据；

所述井下部分，包括终端设备、至少一个本安型分站、不间断电源箱、以及锂离子电池箱，其中：所述终端设备，用于监测井下环境及设备运行状况；所述本安型分站，与终端设备建立连接，用于向所述传输接口上传所述终端设备的监控数据；所述不间断电源箱，为矿用隔爆兼本安型，用于对所述本安型分站、传输接口和终端设备进行供电；所述锂离子电池箱，用于对所述传输接口、本安型分站、不间断电源箱和终端设备供电。

进一步的，还包括:电磁干扰保护装置,安装于所述传输接口、本安型分站的电源入口和信号入口，以及不间断电源箱和终端设备的电源入口，所述电磁干扰保护装置包括：进行放电管、共模扼流线圈、瞬变电压抑制器阵列和储能模块，用于防护采矿作业时对所述传输接口、本安型分站、不间断电源箱和终端设备的脉冲群干扰、浪涌干扰、电磁辐射干扰以及静电干扰。

进一步的，所述储能模块设置于不间断电源箱出口处，包括电感和储能电容，用于当脉冲群干扰、浪涌干扰产生时，将干扰产生的电流进行限制避免因本安保护造成断电。

进一步的，所述终端设备为数字传感器，包括：甲烷传感器、一氧化碳传感器以及矿用开停传感器，用于获取井下作业时的环境数据和设备运行数据；同时，所述数字传感器均具有存储器，用于在无法与所述本安型分站建立通信时，记录监控数据并存储。

进一步的，所述甲烷传感器为光谱吸收式甲烷传感器，用于煤矿井下空气中甲烷浓度的在线连续测量。

进一步的，所述不间断电源箱，包括：

本安输出单元，具有多路22V/800mA独立本安输出功能，用于对所述本安型分站、传输接口和终端设备的供电；

电源管理单元，具有电源管理功能，用于上位机通过本安型分站切断指定模块的本安输出；

CAN总线接口，用于实时通过本安型分站向上位机传输电池电量及各路供电信息；

液晶显示单元，用于实时显示各路本安输出的供电信息；

后备电池单元，用于交流断电时为系统模块持续供电。

进一步的，所述锂离子电池箱为8节60AH磷酸铁锂电池组的串联，输出一路交流AC127V，满载功率为300W，用于为所述传输接口、本安型分站、矿用隔爆兼本安型不间断电源箱和终端设备供电。

本实用新型实施例提供的一种数字式矿井安全监控系统，首先通过光谱吸收式甲烷传感器、一氧化碳传感器、矿用开停传感器等终端设备采集监控数据信息，其次基于CAN2.0B协议建立终端设备与本安型分站之间、本安型分站与传输接口之间的通讯，然后通过传输接口基于RS232方式与监控主机建立通讯，最终通过监控主机根据监控数据实现矿井作业的实时显示、监控和调度。在本实用新型实施例中，利用CAN2.0B协议的特点，实现非正常数据误差的滤除和重构，降低误差，保证了监控数据的完整性、避免误报警；同时本实用新型实施例提供的数字式矿井安全监控系统，还利用电磁干扰保护装置保护本安型分站、不间断电源箱、终端设备的电源入口及信号不因电磁干扰而损坏，以及利用不间断电源箱进行常规供电和利用锂离子电池箱作为备用电源，保障了监控系统供电的稳定性，进一步提高矿井安全监控的可靠性。

附图说明

图1是本实用新型实施例一中一种数字式矿井安全监控系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例二中一种数字式矿井安全监控系统的结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本实用新型实施例一提供的一种数字式矿井安全监控系统的结构示意图，该系统包括：井上部分11和井下部分12，其中：

井上部分11，包括监控主机111和传输接口112，其中：监控主机111用于根据监控数据进行实时显示、监控和调度；传输接口112，与监控主机111建立连接，用于向监控主机111传输井下部分12提供的监控数据；

井下部分12，包括终端设备121、至少一个本安型分站122、不间断电源箱123、以及锂离子电池箱124，其中：终端设备121，用于监测井下环境及设备运行状况；本安型分站122，与终端设备111建立连接，用于向传输接口112上传终端设备121的监控数据；不间断电源箱123，为矿用隔爆兼本安型，用于对本安型分站122、传输接口112和终端设备121进行供电；锂离子电池箱124，用于传输接口112、本安型分站122、不间断电源箱123和终端设备121供电。

在本实施例中，监控主机111具体可作为监控系统的监控终端，通过配置在监控主机111里的监控软件，根据监控数据实时进行显示、监控和调度。监控主机111的监控数据从传输接口112处获取，传输接口112通过数字总线与井下部分12的本安型分站122建立连接，得到井下作业时的相关数据，然后通过RS232方式与监控主机111建立连接，传输相关监控数据。

在本实施例中，所述RS232方式为计算机的通讯接口之一，是由电子工业协会(ElectronicIndustriesAssociation，EIA)所制定的异步传输标准接口，通常RS-232接口以9个引脚(DB-9)或是25个引脚(DB-25)的型态出现。

在图1所示的井下部分12中，终端设备121用于监测井下环境及设备运行状况，并且通过数字总线方式与本安型分站122建立连接，进行监测数据的传输，通过本安型分站122，可将终端设备121所监控的数据通过传输接口112上传至监控主机111，从而实现对煤矿运行现场终端设备121的智能控制。

在本实施例中，监控系统通过不间断电源箱123向本安型分站122、传输接口112和终端设备121进行供电，从而保证监控系统的正常工作。具体的，不间断电源箱123为矿用隔爆兼本安型，所述矿用隔爆兼本安型不间断电源箱主要采用高集成数字电路模块的开关式直流稳压电源，具有电源输出效率高、超强的本安带载能力、输入电压允许波动范围大、关联设备安全接入能力强、完全独立的单路或多路输出、三路输出可任意配置等特点，广泛应用于煤矿开采中，对相关设备进行供电。同时，本实施例的监控系统还配置了锂离子电池箱124，也可为传输接口112、本安型分站122、不间断电源箱123和终端设备121供电，可作为突发情况时监控系统的备用电源。

优选的，本安型分站122与传输接口112及终端设备121建立连接时的数据总线方式为控制器局域网CAN总线方式。控制器局域网络(ControllerAreaNetwork,CAN)总线，是ISO国际标准化的串行通信网络，属于现场总线的范畴，能有效支持分布式控制或实时控制，一般的，在控制系统中，通过CAN总线可以统一模块间通信的数据类型，从而可以保证模块间通信传输数据的可靠性和安全性。示例性的，本实施例通过CAN总线方式建立本安型分站122与终端设备121以及传输接口112之间的通讯，进而保证监控数据的可靠性传输。

示例性的，本安型分站122与终端设备121之间采用标准的CAN2.0B通讯协议建立通讯，利用CAN2.0B通讯协议数据的校验码判断是否存在数据干扰源，对于存在干扰源的数据进行舍弃，并利用滤波的方式进行舍弃数据重构，对正常数据及重构后的舍弃数据进行传输。具体的，在本实施例中，本安型分站122与终端设备121之间采用标准的CAN2.0B通讯协议，进行全数字信号传输，可以自由交换数据，且数字总线CAN具有多重数据校验机制，利用CAN2.0B通讯协议数据的校验码判断是否存在数据干扰源，能够对存在干扰源的数据进行舍弃，并利用滤波的方式进行舍弃数据重构，可以实现非正常数据误差的滤除和重构、保证监控数据的完整性、避免误报警。

进一步的，终端设备121为数字传感器，包括：甲烷传感器、一氧化碳传感器以及矿用开停传感器，用于获取井下作业时的环境数据和设备运行数据；同时，所述数字传感器均具有存储器，用于在无法与所述本安型分站122建立通信时，记录监控数据并存储。

具体的，在本实施例中，终端设备121可以为甲烷传感器、一氧化碳传感器以及矿用开停传感器等，可用于获取矿井下的瓦斯浓度、一氧化碳浓度等环境数据以及获取矿车开停等设备运行数据；同时，在甲烷传感器、一氧化碳传感器以及矿用开停传感器上还设有存储器，可利用三次握手协议判断是否与本安型分站122建立通讯，在无法与本安型分站122建立通信时，记录监控数据并存储。

进一步的，甲烷传感器为光谱吸收式甲烷传感器，用于煤矿井下空气中甲烷浓度的在线连续测量。

在本实施例中，光谱吸收式甲烷传感器利用甲烷气体对于特定波长的激光有吸附作用的原理，通过检测激光光强被吸收的强弱来判断被测试环境中甲烷的浓度，并通过光电器件对甲烷浓度信号进行采集、处理，将采集信息本地显示并送往本安型分站122。

在本实施例的监控中，监控主机111、传输接口112、终端设备121、本安型分站122、不间断电源箱123以及锂离子电池箱124，均具备故障自识别、自诊断功能，保证了监控系统的智能化。且整个监控系统采用多主并发的通讯模式，每个本安型分站122节点如遇突发事件，均可作为主机主动向地面发送数据，一方面，保证井下每个传感器的状态变化可在2至3秒内传送至地面，与行业标准要求巡检周期30秒相比，本实施例所提的监控系统极大地提高了监控过程中的实时性和安全性；另一方面，基于多主通讯技术，井下分站之间可进行实时数据交换而无需上位机干预，因此，不同分站之间的异地断电时间可缩短至5秒内，与行业标准要求的两个巡检周期60秒相比，进一步体现了本实施例所提的监控系统的实时性和安全性。

本实用新型实施例一提供的一种数字式矿井安全监控系统，利用井下部分设备的多通讯结构，极大提高了系统响应时间，保证了监控系统的实时性和安全性；利用不间断电源箱对井上和井下部分相关设备的供电，以及将锂离子电池箱作为后备电源为传输接口、本安型分站、不间断电源箱、终端设备的供电，保障了监控系统供电的稳定性和可靠性；同时利用系统所有设备具有自识别、自诊断功能的特点，实现了监控系统的智能化。

实施例二

图2为本实用新型实施例二的一种数字式矿井安全监控系统上的结构示意图，本实用新型实施例二为上述实施例一的优化，本实用新型实施例二提供的一种数字式矿井安全监控系统，除包括实施例一所述井上部分及井下部分中的装置设备外，还包括：电磁干扰保护装置23。

其中，电磁干扰保护装置23安装于传输接口212、本安型分站222的电源入口和信号入口，以及不间断电源箱223和终端设备221的电源入口，电磁干扰保护装置23包括：进行放电管、共模扼流线圈、瞬变电压抑制器阵列和储能模块，用于防护采矿作业时对所述传输接口212、本安型分站222、不间断电源箱223和终端设备221的脉冲群干扰、浪涌干扰、电磁辐射干扰以及静电干扰。

在本实施例中，如图2所示，在监控系统的传输接口212和本安型分站222的电源入口及信号入口增加了电磁干扰保护装置23，同时在不间断电源箱223和终端设备221的电源入口增加了电池干扰保护装置23。电磁干扰保护装置23的路线设置分为两种：第一干扰保护路线231，设置于监控系统相应设备的电源入口，第二干扰保护路线232，设置于监控系统相应设备的信号入口处，具体的，所述第一干扰保护路线231和第二干扰保护路线232的设置均用于对采煤机、输送机、电机车、馈电开关、变压器等造成的脉冲群干扰、浪涌干扰、无线通信基站以及高压设备工作造成的电磁辐射干扰以及设备日常维护造成的静电干扰进行防护，保护监控系统相对应设备在运行中不因上述干扰而损坏。

进一步的，所述储能模块设置于不间断电源箱223出口处，包括电感和储能电容，用于当脉冲群干扰、浪涌干扰产生时，将干扰产生的电流进行限制避免因本安保护造成断电。

具体的，电磁干扰保护装置23包括进行放电管、共模扼流线圈、瞬变电压抑制器阵列、储能模块。其中，所述进行放电管在电磁干扰保护装置23中用于进行高压保护；所述共模扼流圈用于过滤共模的电磁干扰信号；所述瞬变电压抑制器(TransientVoltageSuppressor，TVS)阵列用于防止微处理器或单片机因瞬间的脉冲，如静电放电效应、交流电源的浪涌电流及开关电源的噪音所导致的失灵；所述储能模块包括电感与储能电容，当脉冲群干扰、浪涌干扰产生时，通过储能模块将干扰产生的电流限制在800mA以下，可以避免采矿作业过程中因本安保护造成断电。

进一步的，不间断电源箱223，包括：本安输出单元，具有多路22V/800mA独立本安输出功能，用于对所述本安型分站222、传输接口212和终端设备221的供电；电源管理单元，具有电源管理功能，用于上位机通过本安型分站222切断指定模块的本安输出；CAN总线接口，用于实时通过本安型分站222向上位机传输电池电量及各路供电信息；液晶显示单元，用于实时显示各路本安输出的供电信息；后备电池单元，用于交流断电时为系统模块持续供电。

具体的，在本实施例中，不间断电源箱223为矿用隔爆兼本安型，用于对本安型分站222、传输接口212和终端设备221进行供电；其中，具体供电单元为本安输出单元，示例性的，本安输出单元设置为8路22V/800mA独立本安输出，为监控系统中的相应设备提供充足的电源；不间断电源箱223通过电源管理单元对电源的输出进行管理，一般的，上位机通过本安型分站222切断指定模块的本安输出，所述上位机具体指可以直接发出操控命令的计算机，示例性的，本实施例中的上位机可指监控系统中的监控主机211；同时，不间断电源箱223可基于CAN总线接口实时通过本安型分站222向上位机传输电池电量及各路供电信息，优选的，所述电池电量及各路供电信息可通过本安型分站222与传输接口212基于CAN2.0B通讯协议建立通讯，实现向监控主机211的传输；最后在不间断电源箱223的液晶显示单元可以实时显示各路本安输出的供电信息，以及当交流断电时，可基于后备电池单元持续供电，一般的可为监控系统设备持续供电4小时。

进一步的，锂离子电池箱224为8节60AH磷酸铁锂电池组的串联，输出一路交流AC127V，满载功率为300W，用于为传输接口212、本安型分站222、不间断电源箱223和终端设备221供电。

在本实施例中，锂离子电池箱224具体作为监控系统中相应设备备用电源，当不间断电源箱223出现突发状况时，可由锂离子电池箱224为相关监控设备供电，示例性的，锂离子电池箱224由8节60AH磷酸铁锂电池组串联而成。

本实用新型实施例二提供的一种数字式矿井安全监控系统，在监控系统相应设备的电源入口和/或信号入口增加了电磁干扰保护装置，通过电磁干扰保护装置对脉冲群干扰、浪涌干扰、电磁辐射干扰以及静电干扰进行保护，增强了抗电磁干扰保护能力，从而使监控系统的抗浪涌、抗静电和抗脉冲群的能力达到了国标3级的要求。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (7)

1.一种数字式矿用安全监控系统，包括井上部分和井下部分，其特征在于，

所述井上部分，包括监控主机和传输接口，其中：所述监控主机用于根据监控数据进行实时显示、监控和调度；所述传输接口，与监控主机建立连接，用于向监控主机传输井下部分提供的监控数据；

所述井下部分，包括终端设备、至少一个本安型分站、不间断电源箱、以及锂离子电池箱，其中：所述终端设备，用于监测井下环境及设备运行状况；所述本安型分站，与终端设备建立连接，用于向所述传输接口上传所述终端设备的监控数据；所述不间断电源箱，为矿用隔爆兼本安型，用于对所述本安型分站、传输接口和终端设备进行供电；所述锂离子电池箱，用于对所述传输接口、本安型分站、不间断电源箱和终端设备供电。

2.根据权利要求1所述的一种数字式矿用安全监控系统，其特征在于，还包括:

电磁干扰保护装置,安装于所述传输接口、本安型分站的电源入口和信号入口，以及不间断电源箱和终端设备的电源入口，所述电磁干扰保护装置包括：进行放电管、共模扼流线圈、瞬变电压抑制器阵列和储能模块，用于防护采矿作业时对所述传输接口、本安型分站、不间断电源箱和终端设备的脉冲群干扰、浪涌干扰、电磁辐射干扰以及静电干扰。

3.根据权利要求2所述的一种数字式矿用安全监控系统，其特征在于，所述储能模块设置于不间断电源箱出口处，包括电感和储能电容，用于当脉冲群干扰、浪涌干扰产生时，将干扰产生的电流进行限制避免因本安保护造成断电。

4.根据权利要求2所述的一种数字式矿用安全监控系统，其特征在于，所述终端设备为数字传感器，包括：甲烷传感器、一氧化碳传感器以及矿用开停传感器，用于获取井下作业时的环境数据和设备运行数据；同时，所述数字传感器均具有存储器，用于在无法与所述本安型分站建立通信时，记录监控数据并存储。

5.根据权利要求4所述的一种数字式矿用安全监控系统，其特征在于，

所述甲烷传感器为光谱吸收式甲烷传感器，用于煤矿井下空气中甲烷浓度的在线连续测量。

6.根据权利要求2所述的一种数字式矿用安全监控系统，其特征在于，所述不间断电源箱，包括：

本安输出单元，具有多路22V/800mA独立本安输出功能，用于对所述本安型分站、传输接口和终端设备的供电；

电源管理单元，具有电源管理功能，用于上位机通过本安型分站切断指定模块的本安输出；

CAN总线接口，用于实时通过本安型分站向上位机传输电池电量及各路供电信息；

液晶显示单元，用于实时显示各路本安输出的供电信息；

后备电池单元，用于交流断电时为系统模块持续供电。

7.根据权利要求2所述的一种数字式矿用安全监控系统，其特征在于，所述锂离子电池箱为8节60AH磷酸铁锂电池组的串联，输出一路交流AC127V，满载功率为300W，用于为所述传输接口、本安型分站、矿用隔爆兼本安型不间断电源箱和终端设备供电。