CN210377085U - 煤矿井下水泵房巡检系统 - Google Patents

Abstract

一种煤矿井下水泵房巡检系统，包括主控机、环网传输平台和至少一个巡检机机器人；巡检机机器人上设置有图像采集分析模块、位置检测定位模块、环境参数监测模块、驱动控制模块、故障输出模块、红外热像仪和数据处理模块；图像采集分析模块、位置检测定位模块、环境参数监测模块、驱动控制模块、故障输出模块和红外热像仪均与数据处理模块连接；环网传输平台用于建立主控机与巡检机器人的交互通信；主控机用于与巡检机器人进行交互通信，并用于接收输入的控制指令，并将输入的控制指令发送给巡检机器人。该系统能自动化地实现水泵房各个设备的全面可靠监控，可以便于地面上的监控人中及时了解水泵房各个设备的情况。

Description

煤矿井下水泵房巡检系统

技术领域

本实用新型涉及一种煤矿井下水泵房巡检系统。

背景技术

随着我国煤矿开采技术越来越成熟，对煤矿生产等基础设施的安全运行也提出了更高的要求，国内各大煤矿在安全生产的巡检、维护和监管上均投入了大量的人力和物力。煤矿井下涌水是危及矿井安全的重要因素，一旦发生井下透水事故，不仅会严重影响井下的生产效率，甚至会发生淹没矿井，危及生产工人生命的情况。

现阶段，大多矿井已经对水泵房控制系统进行了自动化改造，部分程度地实现了水泵的自动化控制或无人值守。但是，大多数水泵房自动化控制系统仅能采用固定区域视频监控的模式，无法全面地巡检泵房设备情况，存在着很多监控死角，因而不利于水泵房设备的可靠监控，造成了一定的生产隐患。为了弥补自动化巡检方式的不足，现有技术通过人工巡检的方式提高监控的可靠性，但是通过人工的方式巡检还存在着巡检效率低、巡检不到位、巡检报表杜撰修改等漏洞。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种煤矿井下水泵房巡检系统，该系统能自动化地实现水泵房各个设备的全面可靠监控，可以便于地面上的监控人中及时了解水泵房各个设备的情况，能有助于提高巡检效率，并能保证巡检的真实性。

本实用新型提供一种煤矿井下水泵房巡检系统，包括铺设在水泵房巷道内的巡检轨道、主控机、环网传输平台和至少一个巡检机机器人；

所述巡检机器人设置在巡检轨道上，巡检机机器人上设置有图像采集分析模块、位置检测定位模块、环境参数监测模块、驱动控制模块、故障输出模块、红外热像仪和数据处理模块；

所述图像采集分析模块包括图像采集模块和音频采集模块，用于实现对巡检泵房沿线待监测设备的图像数据和声音数据的实时采集，并将采集的数据发送给数据处理模块；

所述位置检测定位模块用于采集巡检机器人在巡检轨道上的位置信息，并将位置信息发送给数据处理模块；

所述环境参数监测模块包括温度传感器、烟雾浓度传感器和甲烷浓度传感器，用于采集温度数据、烟雾浓度数据和甲烷浓度数据，并将采集的环境数据发送给数据处理模块；

所述驱动控制模块用于根据接收到的控制指令来控制巡检机器人在巡检轨道上的往复行走和定位；

所述故障输出模块用于根据数据处理模块的控制向地面值守人员进行故障的输出和示警；

所述红外热像仪用于实时获取各个被检测点的红外热像数据，并将检测到的红外热像数据发送给数据处理模块；

所述数据处理模块用于根据所接收到的图像数据和声音数据来识别出现场是否存在异常情况、现场设备是否存在异常状态，并根据图像数据识别出水泵房中仪表显示的数据，同时，将图像数据、异常情况、异常状态和仪表数据发送给主控机；用于根据位置信息确定巡检机器人的位置，并将机器人的位置发送给主控机；用于根据所接收到的环境数据进行处理以得出现场的温度、烟雾浓度和甲烷浓度数据，并将这些数据发送给主控机；用于根据对所接收数据的处理结果及所接收到的控制指令控制驱动控制模块的动作；用于在处理结果中出现异常时控制故障输出模块动作；用于对各个检测点的红外热像数据进行处理得到各个检测点的温度数据，并将各个检测点的温度数据发送给主控机；

所述环网传输平台用于建立主控机与巡检机器人的交互通信；

所述主控机安装在井上，用于将接收到的图像数据、异常情况、异常状态、仪表数据、巡检机器人的位置状态、各项环境数据和各个检测点的温度数据进行显示；用于对所接收的数据进行处理，并根据处理结果向巡检机器人发出对应的控制指令；用于接收输入的控制指令，并将输入的控制指令发送给巡检机器人。

所述环网传输平台由安装在煤矿地面上的一台交换机A和安装在井下的四台交换机B 组成，交换机A通过光缆分别与四台交换机B连接。

各个检测点包括水泵前轴、水泵后轴和巷道沿线电缆。

所述主控机为地面工业级设备。

本实用新型通过巡检机器人和水泵房中安装的巡检轨道的设置，可以使巡检机器人在煤矿井下泵房巷道内实现设定路线的往复式行走，实现了煤矿井下水泵房内设备的全自动无人巡检和故障自动报警等功能。同时，通过巡检机器人上搭载的图像采集分析模块、位置检测定位模块、环境参数监测模块、故障输出模块、红外热像仪，能采集到现场的图像信息、异常情况、异常状态、仪表数据、环境参数数据和各个检测点的温度数据，并将其发送给主控机进行显示，进而代替了巡检工实现水泵房的无人巡检，可以实现对水泵房内的机电设备进行全天候的巡检，便于井上的监控中心第一时间了解到水泵房现场的情况，提高了巡检工作效率和水泵房的自动化管理水平。同时，本系统还可以通过主控机来控制巡机器人的移动，设置无人值守巡检的间隔时间和周期。该系统取代了日常巡检人员的巡检工作，提高了工作效率，降低了巡检工作人员的工作负荷，同时，能为煤矿的安全运行、煤矿管理水平的提高提供了可靠的保障，同时，能有利于提高经济效益和社会效益。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图；

图2是本实用新型中环网传输平台的原理框图；

图3是本实用新型中图像采集处理模块的原理框图；

图4是本实用新型中编码器的鉴相电路的电路图；

图5是本实用新型中编码器顺时针放置时的输出波形图；

图6是本实用新型中编码器逆时针放置时的输出波形图；

图7是本实用新型中红外热像仪的红外热成像原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1至图3所示，一种煤矿井下水泵房巡检系统，包括铺设在水泵房巷道内的巡检轨道、主控机、环网传输平台和至少一个巡检机机器人；

作为一种优选，巡检机器人可以有多个，巡检机器人负责采集现场信号，并通过其中的数据处理模块进行初步分析统计和处理，并能根据处理结果采取相应的应对措施，还能根据接收到的地面操作人员的指令进行相应动作的执行；作为一种优选，可以使巡检机器人具有智能识别功能，巡检机器人中的数据处理模块也可以采用智能感知关键技术算法，这样能便于准确判断出水泵房中各个设备当前的运行状态，从面能便于基于大数据分析预警技术，对煤矿设备运行故障超前预判、预警，减少故障停机时间。

所述巡检机器人设置在巡检轨道上，巡检机机器人上设置有图像采集分析模块、位置检测定位模块、环境参数监测模块、驱动控制模块、故障输出模块、红外热像仪和数据处理模块；

所述图像采集分析模块包括图像采集模块和音频采集模块，用于实现对巡检泵房沿线待监测设备的图像数据和声音数据的实时采集，并将采集的数据发送给数据处理模块；作为一种优选，如图3所示，所述图像采集处理模块，利用ISP-PLD器件，控制高速A/D转换器将采集的图像数据存储，再利用单片机8031对数据进行压缩和传输。同步分离芯片分离图像信号中的复合同步、场同步信号供ISP采图控制。ISP芯片通过启动控制线高速A/D转换器连接，与两片RAM 62256相连。单片机8031的数据线和地址线与ISP相连，同时控制与RAM连通。单片机8031通过数据传输系统与主控机连接。摄像仪采集的数据除图像数据外还有场同步、行同步、开槽脉冲等数据，需要进行同步分离后，再将图像数据进行A/D 转换。

所述位置检测定位模块用于采集巡检机器人在巡检轨道上的位置信息，并将位置信息发送给数据处理模块；作为一种优选，所述位置检测定位模块由编码器和接近开关组成，编码器和接近开关的设置能便于实现巡检机器人的精确定位和位置校验。编码器为安装在电动机轴的外端的增量式光电编码器，增量式光电编码器与数据处理模块(PLC)连接，利用数据处理模块(PLC)的功能块可以得到编码器的脉冲、频率及巡检机器人的运行方向，结合编码器本身的精度、滚动直径等数据，可计算巡检机器人的移动速度和在巷道中的位置，同时为减少累计误差，接近开关可以安装在巡检轨道的两端，以便于进行位置校验。作为一种优选，编码器选用EPC－755A光电编码器，输出电路选用集电极开路型，输出分辨率选用360个脉冲/圈。作为一种优选，如图4所示，编码器的鉴相电路用1个D触发器和2个与非门组成，计数电路由3片74LS193组成。如图5所示，当编码器顺时针旋转时，通道A输出波形超前通道B输出波形90°，D触发器输出Q(波形W1)为高电平，Q(波形 W2)为低电平，上面与非门打开，计数脉冲通过(波形W3)，送至双向计数器74LS193的加脉冲输入端CU，进行加法计数；此时下面与非门关闭，其输出为高电平(波形W4)。如图6 所示，编码器逆时针旋转时，通道A输出波形比通道B输出波形延迟90°，D触发器输出Q (波形W1)为低电平，Q(波形W2)为高电平，上面与非门关闭，其输出为高电平(波形 W3)；此时，下面与非门打开，计数脉冲通过(波形W4)，送至双向计数器74LS193的减脉冲输入端CD，进行减法计数。

所述环境参数监测模块包括温度传感器、烟雾浓度传感器和甲烷浓度传感器，用于采集温度数据、烟雾浓度数据和甲烷浓度数据，并将采集的环境数据发送给数据处理模块；

所述驱动控制模块用于根据接收到的控制指令来控制巡检机器人在巡检轨道上的往复行走和定位；

所述故障输出模块用于根据数据处理模块的控制向地面值守人员进行故障的输出和示警；

所述红外热像仪用于实时获取各个被检测点的红外热像数据，以便于预警水泵前后轴、巷道沿线电缆等温度异常情况，并将检测到的红外热像数据发送给数据处理模块；巡检机器人的红外热成像原理如图7所示，利用红外探测器、光学成像物镜和光机扫描系统接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元上，在光学系统和红外探测器之间，有一个光机扫描机构对被测物体的红外热像进行扫描，并聚焦在单元或分光探测器上，由探测器将红外辐射能转换成电信号，经放大处理、转换或标准视频信号通过电视屏或监测器显示红外热像图。根据热像图，可分析水泵房电机或水泵壳体表面的问题，可超限报警。

所述数据处理模块用于根据所接收到的图像数据和声音数据来识别出现场是否存在异常情况、现场设备是否存在异常状态，并根据图像数据识别出水泵房中仪表显示的数据；同时，将图像数据、异常情况、异常状态和仪表数据发送给主控机；用于根据位置信息确定巡检机器人的位置，以使巡检机器人具有移动定位功能，并将机器人的位置发送给主控机；作为一种优选，可以利用二维坐标定位系统，通过控制软件或预先设置的设备坐标，将巡检机器人准确的定位至预定位置；用于根据所接收到的环境数据进行处理以得出现场的温度、烟雾浓度和甲烷浓度数据，并将这些数据发送给主控机；用于根据对所接收数据的处理结果及所接收到的控制指令控制驱动控制模块的动作；用于在处理结果中出现异常时控制故障输出模块动作；用于对各个检测点的红外热像数据进行处理得到各个检测点的温度数据，并将各个检测点的温度数据发送给主控机；数据处理模块通过处理红外热像数据，来得到并存储被检测设备的发热情况，以便于预警水泵前后轴、巷道沿线电缆等温度异常。

所述环网传输平台用于建立主控机与巡检机器人的交互通信；环网传输平台可以通过井上/下1000M矿井防爆工业以太环网进行搭建，由于工业以太环网具有链路冗余功能，也使得数据传输的可靠性大为提高。如图2所示，所述环网传输平台由安装在煤矿地面上的一台交换机A和安装在井下的四台交换机B组成，交换机A通过光缆分别与四台交换机B连接。

所述主控机安装在井上，用于将接收到的图像数据、异常情况、异常状态、仪表数据、巡检机器人的位置状态、各项环境数据和各个检测点的温度数据进行显示；用于对所接收的数据进行处理，并根据处理结果向巡检机器人发出对应的控制指令；用于接收输入的控制指令，并将输入的控制指令发送给巡检机器人。

各个检测点包括水泵前轴、水泵后轴和巷道沿线电缆。

所述主控机为地面工业级设备。

作为一种优选，还可以设置控制箱，控制箱设置在水泵房内，用于向数据处理模块发出控制指令，以便于控制巡检机器人的移动。

通过巡检机器人和水泵房中安装的巡检轨道的设置，可以使巡检机器人在煤矿井下泵房巷道内实现设定路线的往复式行走，实现了煤矿井下水泵房内设备的全自动无人巡检和故障自动报警等功能。同时，通过巡检机器人上搭载的图像采集分析模块、位置检测定位模块、环境参数监测模块、故障输出模块、红外热像仪，能采集到现场的图像信息、异常情况、异常状态、仪表数据、环境参数数据和各个检测点的温度数据，并将其发送给主控机进行显示，进而代替了巡检工实现水泵房的无人巡检，可以实现对水泵房内的机电设备进行全天候的巡检，便于井上的监控中心第一时间了解到水泵房现场的情况，提高了巡检工作效率和水泵房的自动化管理水平。同时，本系统还可以通过主控机来控制巡机器人的移动，设置无人值守巡检的间隔时间和周期，还可以与主控机中程序化操作系统相结合，在需要操作水泵电机时，自动将巡检机器人运行至现场设备附近，取代人员操作。该系统取代了日常巡检人员的巡检工作，提高了工作效率，降低了巡检工作人员的工作负荷，同时，能为煤矿的安全运行、煤矿管理水平的提高提供了可靠的保障，同时，能有利于提高经济效益和社会效益。

本实用新型可靠性高，安装、操作、使用方便，维护简单，对减员增效、减轻巡检人员的劳动强度具有重要意义。

工作过程：主控机主要负责处理巡检机器人(数据采集分站)传递过来的现场信号，并进行数据处理，还能将处理结果反馈回巡检机器人(数据采集分站)，同时对于一些危险信息，通过故障输出模块进行示警提醒，以告知地面值守人员进行及时处理；由主控机发出的信号命令可以利用环网传输平台进行传递，巡检机器人(数据采集分站)负责采集现场信息传递给主控机，并根据指令执行对应的动作。巡检机器人(数据采集分站)在泵房巷道内安装的轨道上往复运行，同时通过采集控现场数据实现对水泵房中各设备的监测，同时，可以根据设定的控制策略实现巡检机器人的自动、定期巡检。巡检机器人(数据采集分站)内部安装有数据处理模块(PLC)，可以通过开关量输入接口、模拟量输入接口将现场不同用途的开关量信号和传感器的模拟量信号取入，经过数据处理模块(PLC)内部程序的处理和逻辑运算，将控制信息用开关量输出接口输出，控制现场设备的开停，同时将必要的监测数据传送给主控机(上位机)。巡检系统可以实现就地、远程实时巡检或定点监视，具备图像存储功能，利用矿井工业以太网平台，将视频图像上传到调度室，同时可与自动化系统配套实现视频联动。

具体控制方式：1.就地控制，井下操作人员根据现场需要以及设备状况，通过操作就地控制箱上的按钮，实现巡检机器人的移动，同时，可以结合现场设置的与数据处理模块连接的隔爆监视器完成现场监视；2.远程控制，地面调度人员可以根据实际需求，可实时调整定位当前图像采集分析模块(可以是摄像仪)的位置，还可设定图像采集分析模块(摄像仪)移动轨迹，同时可以在地面通过主控机完成对图像采集分析模块(摄像仪)拉远、拉近及变焦调节等，可远程设定视频巡视速度及巡视范围；3.自动巡检，系统可以依据预先设定好的行驶轨迹自动执行巡检作业，并可自动实现实时预警。还可以便于配合自动控制系统，完成目标位置定位及图像抓拍等。

本系统还可以具有如下功能：具有实时控制移动视频装置的能力，包括速度、定位、异常处理能力，并完成信息的整合；自动控制巡检机器人的巡视间隔时间，自动保存图片、影像资料；实时显示巡检机器人的设备状态；对巡检机器人发回影像资料进行分析，正常保存记录不告警，不正常发出告警信息；具有完善的人机接口界面，可手动控制移动视频装置。

Claims (4)

1.一种煤矿井下水泵房巡检系统，包括铺设在水泵房巷道内的巡检轨道、主控机、环网传输平台和至少一个巡检机机器人；其特征在于，

所述巡检机器人设置在巡检轨道上，巡检机器人上设置有图像采集分析模块、位置检测定位模块、环境参数监测模块、驱动控制模块、故障输出模块、红外热像仪和数据处理模块；

所述图像采集分析模块包括图像采集模块和音频采集模块，用于实现对巡检泵房沿线待监测设备的图像数据和声音数据的实时采集，并将采集的数据发送给数据处理模块；

所述位置检测定位模块用于采集巡检机器人在巡检轨道上的位置信息，并将位置信息发送给数据处理模块；

所述环境参数监测模块包括温度传感器、烟雾浓度传感器和甲烷浓度传感器，用于采集温度数据、烟雾浓度数据和甲烷浓度数据，并将采集的环境数据发送给数据处理模块；

所述驱动控制模块用于根据接收到的控制指令来控制巡检机器人在巡检轨道上的往复行走和定位；

所述故障输出模块用于根据数据处理模块的控制向地面值守人员进行故障的输出和示警；

所述红外热像仪用于实时获取各个被检测点的红外热像数据，并将检测到的红外热像数据发送给数据处理模块；

所述数据处理模块用于根据所接收到的图像数据和声音数据来识别出现场是否存在异常情况、现场设备是否存在异常状态，并根据图像数据识别出水泵房中仪表显示的数据，同时，将图像数据、异常情况、异常状态和仪表数据发送给主控机；用于根据位置信息确定巡检机器人的位置，并将机器人的位置发送给主控机；用于根据所接收到的环境数据进行处理以得出现场的温度、烟雾浓度和甲烷浓度数据，并将这些数据发送给主控机；用于根据对所接收数据的处理结果及所接收到的控制指令控制驱动控制模块的动作；用于在处理结果中出现异常时控制故障输出模块动作；用于对各个检测点的红外热像数据进行处理得到各个检测点的温度数据，并将各个检测点的温度数据发送给主控机；

所述环网传输平台用于建立主控机与巡检机器人的交互通信；

所述主控机安装在井上，用于将接收到的图像数据、异常情况、异常状态、仪表数据、巡检机器人的位置状态、各项环境数据和各个检测点的温度数据进行显示；用于对所接收的数据进行处理，并根据处理结果向巡检机器人发出对应的控制指令；用于接收输入的控制指令，并将输入的控制指令发送给巡检机器人。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿井下水泵房巡检系统，其特征在于，所述环网传输平台由安装在煤矿地面上的一台交换机A和安装在井下的四台交换机B组成，交换机A通过光缆分别与四台交换机B连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种煤矿井下水泵房巡检系统，其特征在于，各个检测点包括水泵前轴、水泵后轴和巷道沿线电缆。

4.根据权利要求3所述的一种煤矿井下水泵房巡检系统，其特征在于，所述主控机为地面工业级设备。

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