CN210530923U - 一种煤矿安全监测报警控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种煤矿安全监测报警控制系统，该煤矿安全监测报警控制系统，包括一级工业以太环网、二级工业以太环网、井下以太环网和CAN网络，一级工业以太环网连接二级工业以太环网，二级工业以太环网连接井下以太环网，井下以太环网连接CAN网络；本实用新型通过三级环网构成煤矿工业以太网，网络链路不易中断，容错率高，提高了以太网的稳定性，提高了安全监测报警控制系统的安全性；通过CAN网络连接有线设备，利用CAN总线较高的稳定性代替以太网直连有线设备，利用CAN网络容错率高、成本低的优点提高井下设备运行的稳定性，提高煤矿安全监测以及控制的稳定性，值得大力推广。
Description
技术领域
本实用新型属于煤矿安全系统领域，具体涉及一种煤矿安全监测报警控制系统。
背景技术
煤矿井下安装了不同厂家各种监控系统如安全监测监控系统、井下人员定位考勤系统、井下数字语音广播系统、无线通讯系统、井下无人值守泵房系统、变电所集控系统、煤矿井下智能放炮系统以及对井下重要场所的视频监控系统等。上述各种系统建于不同时期，使用不同的技术，各系统无法有效的集成，各自处于相互独立的状态。各个系统都需要从集控中心独立的连接一条通至井下的通讯线路，造成通讯线路大量重复投资，维修、维护困难，信息不能互通，使各种监测监控信息和自动化系统信息不能很好的整合、利用。且通讯线路不统一，悬挂困难不美观。
用在工业环境的以太网叫工业以太网，工业以太环网具有以下优点：
1、应用广泛。以太网应用是最广泛的计算机网络技术，几乎所有的编程议事如VisualC++,Java,VisualBasic等都支持以太网的应用开发，有巨大的网络基础和长期的经验知识，以及目前所有流行的操作系统和应用也都与以太网兼容；
2、通信速率高：千兆光纤环网，分支也达到100兆。而传统的现场总线最高速率只有12Mbit/s，显然以太网速率要比传统现场总线要快的多，完全可以满足工业控制网络不断增长的带宽要求；
3、资源共享能力强：随着网络的发展，以太网已渗透到各个角落，网络用户已解除了资源地理位置上的束缚，在联入互联网的任何一台计算上就能浏览工业控制现场的数据实现“管控一体化”，这是任何一种现场一都无法比拟的；
4、可持续发展潜力巨大：以太网的扩展性好，容易安装开通，并且可靠性较高。以太网接入采用异步工作方式，很适合于处理IP突发数据流。目前以太网从共享媒质转向全双工LAN交换后，在相当程度上实现了计算机间的信息隔离，消除了链路带宽的竞争和潜在的碰撞机会，同时使以太网的传输距离也大大地得到扩展。
将工业以太环网技术应用于煤矿井下各监控控制系统的通讯中能够将各种监控系统以及控制系统的通讯进行整合，现有技术中的工业以太网的线性拓扑结构网络稳定性较差，数据收发负荷较大，容易出现网络通讯中断，煤矿井下运行危险性较高。
实用新型内容
本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种稳定性强的煤矿安全监测报警控制系统。
本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：
一种煤矿安全监测报警控制系统，包括一级工业以太环网、二级工业以太环网、井下以太环网和CAN网络，一级工业以太环网连接二级工业以太环网，二级工业以太环网连接井下以太环网，井下以太环网连接CAN网络；
井下以太环网包括多个井下环网交换机，井下环网交换机通过网线依次连接并与一个百兆环网交换机连接构成环网；
二级工业以太环网包括多个百兆环网交换机，百兆环网交换机通过网线依次连接并与两个千兆环网交换机连接构成环网；
一级工业以太环网包括多个千兆环网交换机，千兆环网交换机通过网线依次连接并与核心环网交换机连接构成环网；
井下环网交换机通过CAN网络连接有线设备，CAN网络包括以太网转CAN转换器、接口单元和电控单元，以太网转CAN转换器通过网线与井下环网交换机双向连接，以太网转CAN转换器通过数据传输线双向连接电控单元，电控单元通过CAN接口单元连接数据传输线，CAN接口单元包括CAN收发器和CAN控制器，CAN收发器双向连接数据传输线，CAN收发器与CAN控制器双向连接，CAN控制器与电控单元双向连接，电控单元与有线设备连接。通过CAN总线连接多个CAN接口单元构成CAN网络，并通过太网转CAN转换器将CAN网络连接到井下以太环网，利用CAN网络实现有线设备与井下以太环网的通信；
CAN收发器将数据传输线的差分信号转换为二进制码流接收，CAN控制器将接收到的二进制码流进行解析并接收，在此过程中进行收发比对、去位填充、执行CRC校验等操作。
CAN控制器将要输出的信号生成CAN帧并以二进制码流的方式发送，在此过程中进行位填充、添加CRC校验、应答检测等操作；CAN收发器将二进制码流转换为差分信号发送到数据传输线，再由数据传输线发送到以太网转CAN转换器，转换数据通讯协议后发送到以太网。
井下环网交换机通过网线连接多个无线wifi基站，无线wifi基站与无线终端设备通过wifi连接。通过无线wifi基站和无线终端设备的无线连接将无线终端设备连接到以太网。
作为本实用新型的进一步优化方案，所述电控单元包括电控单元处理器，电控单元处理器与CAN控制器双向连接，电控单元处理器连接有线设备。电控单元处理器接收或上传信号到CAN控制器，并对有线设备进行控制。
作为本实用新型的进一步优化方案，所述有线设备为执行器，执行器的信号输入端与电控单元处理器的信号输出端连接；电控单元处理器优选为微处理器PIC16F873。
作为本实用新型的进一步优化方案，所述有线设备为传感器，传感器的信号输出端与电控单元处理器的信号输入端连接；电控单元处理器优选为微处理器C8051F041。
作为本实用新型的进一步优化方案，所述无线终端设备包括矿用WIFI手机、RFID阅读器、便携式瓦斯传感器，其中RFID阅读器通过网线连接WIFI模块。
作为本实用新型的进一步优化方案，所述二级工业以太环网连接多个井下以太环网。通过设置多环分散井下数量较多的井下环网交换机组成多个井下以太环网，降低井下以太环网中额井下环网交换机的数量，提高网络稳定性。
作为本实用新型的进一步优化方案，煤矿安全监测报警控制系统还包括视频监控组件，视频监控组件包括云台摄像机、枪式摄像机、半球摄像机和手持摄像机，云台摄像机、枪式摄像机和半球摄像机的视频信号输出端通过网线连接井下环网交换机，手持摄像机通过WIFI连接无线wifi基站，云台摄像机的控制信号输入端连接电控单元，电控单元通过CAN网络连接井下环网交换机。
将不同类型的摄像机集合通过以太环网传输信号，并且通过以太环网下发控制信号到CAN网络，通过底层CAN网络向云台摄像机等需要控制的摄像机发送控制信号，解决以太网控制云台摄像机需要配备转码器以及控制信号传输不稳定的问题。
作为本实用新型的进一步优化方案，煤矿安全监测报警控制系统还包括时钟同步组件，时钟同步组件包括一级授时服务器、北斗时间信号接收装置和二级授时服务器，一级授时服务器的输入端与北斗时间信号接收装置的输出端连接，一级授时服务器与核心环网交换机通过网线双向连接，二级授时服务器通过网线与百兆环网交换机双向连接。
北斗时间信号接收装置接收卫星时间信号，并将卫星时间信号发送到一级授时服务器，一级授时服务器通过以太网向二级授时服务器发送时钟同步报文，使二级授时服务器与一级授时服务器时间同步，二级授时服务器通过井下以太环网和CAN网络向无线终端设备和有线设备发送时钟同步报文使无线终端设备和有线设备与二级授时服务器时间同步。通过一级授时服务器和二级授时服务器进行两级时钟同步网络，二级授时服务器与一级授时服务器时间同步后再与无线终端设备和有线设备进行时间同步，避免一级授时服务器通过多级环网直接与无线终端设备和有线设备同步，降低网络负荷，并且提高时钟同步网络的稳定性。
本实用新型的有益效果在于：
1)本实用新型通过三级环网构成煤矿工业以太网，网络链路不易中断，容错率高，提高了以太网的稳定性，提高了安全监测报警控制系统的安全性；
2)本实用新型的井下以太环网能够形成多环，分散井下环网交换机组成多个环网，进一步提高以太网通信的稳定性；
3)本实用新型通过CAN网络连接有线设备，利用CAN总线较高的稳定性代替以太网直连有线设备，利用CAN网络容错率高、成本低的优点提高井下设备运行的稳定性，简化布线，提高煤矿安全监测以及控制的稳定性；并且增设设备时不需要额外增加井下环网交换机，拓展性更好。
附图说明
图1是实施例一中本实用新型的结构示意图；
图2是实施例二中本实用新型的二级工业以太环网与井下以太环网的连接结构示意图；
图3是实施例三中本实用新型的视频监控组件的结构示意图；
图4是实施例四中本实用新型的时钟同步组件的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制；在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。
实施例一
如图1所示，一种煤矿安全监测报警控制系统，包括一级工业以太环网、二级工业以太环网、井下以太环网和CAN网络，一级工业以太环网连接二级工业以太环网，二级工业以太环网连接井下以太环网，井下以太环网连接CAN网络；
井下以太环网包括多个井下环网交换机，井下环网交换机通过网线依次连接并与一个百兆环网交换机连接构成环网。
二级工业以太环网包括多个百兆环网交换机，百兆环网交换机通过网线依次连接并与两个千兆环网交换机连接构成环网。
一级工业以太环网包括多个千兆环网交换机，千兆环网交换机通过网线依次连接并与核心环网交换机连接构成环网。
井下环网交换机通过CAN网络连接有线设备，CAN网络包括以太网转CAN转换器、接口单元和电控单元，以太网转CAN转换器通过网线与井下环网交换机双向连接，以太网转CAN转换器通过数据传输线双向连接电控单元，电控单元通过CAN接口单元连接数据传输线，CAN接口单元包括CAN收发器和CAN控制器，CAN收发器双向连接数据传输线，CAN收发器与CAN控制器双向连接，CAN控制器与电控单元双向连接，电控单元与有线设备连接。通过CAN总线连接多个CAN接口单元构成CAN网络，并通过太网转CAN转换器将CAN网络连接到井下以太环网，利用CAN网络实现有线设备与井下以太环网的通信，简化布线，便于增加有线设备和节点单元，相较于有线设备直连以太网提高设备通信的稳定性。
CAN收发器将数据传输线的差分信号转换为二进制码流接收，CAN控制器将接收到的二进制码流进行解析并接收，在此过程中进行收发比对、去位填充、执行CRC校验等操作。
CAN控制器将要输出的信号生成CAN帧并以二进制码流的方式发送，在此过程中进行位填充、添加CRC校验、应答检测等操作；CAN收发器将二进制码流转换为差分信号发送到数据传输线，再由数据传输线发送到以太网转CAN转换器，转换数据通讯协议后发送到以太网。
井下环网交换机通过网线连接多个无线wifi基站，无线wifi基站与无线终端设备通过wifi连接。通过无线wifi基站和无线终端设备的无线连接将无线终端设备连接到以太网。
进一步，电控单元包括电控单元处理器，电控单元处理器与CAN控制器双向连接，电控单元处理器连接有线设备。电控单元处理器接收或上传信号到CAN控制器，并对有线设备进行控制。
再进一步的，有线设备为执行器，执行器的信号输入端与电控单元处理器的信号输出端连接；电控单元处理器优选为微处理器PIC16F873。
再进一步的，有线设备为传感器，传感器的信号输出端与电控单元处理器的信号输入端连接；电控单元处理器优选为微处理器C8051F041。
再进一步的，执行器为气动执行器或液动执行器或电动执行器。
再进一步的，传感器为甲烷浓度传感器、一氧化碳浓度传感器、二氧化碳浓度传感器、氧气浓度传感器、硫化氢浓度传感器、湿度传感器、温度传感器、风速传感器。
进一步，无线终端设备包括矿用WIFI手机、RFID阅读器、便携式瓦斯传感器，其中RFID阅读器通过网线连接WIFI模块，该WIFI模块的型号优选为KB3070-N WiFi DTU。
进一步，核心环网交换机通过互联网或网线连接服务器。
进一步，CAN控制器的型号为飞利浦SJA1000。
进一步，CAN收发器的型号为PCA82C250。
进一步，以太网转CAN转换器的型号为CANET-4E-U。
进一步，井下环网交换机、百兆环网交换机采用山东中煤电器有限公司的矿用隔爆型交换机KJJ660。
进一步，千兆环网交换机采用台湾摩莎以太交换机EDS-518A-SS-SCMOXA。
进一步，核心环网交换机采用台湾摩莎网管型以太网交换机IKS-G6824-4-L3P。
本发明的工作原理：本实用新型构建三层环网，提高煤矿网络通信的可靠性，并利用CAN网络连接有线设备，利用无线基站连接无线终端设备，实现井下设备的综合以太网通信，采用CAN总线将有线设备上联到以太网环网，利用CAN网络容错率高、成本低的优点提高井下设备运行的稳定性，提高煤矿安全监测以及控制的稳定性。
实施例二
如图2所示，在实施例一的基础上，二级工业以太环网连接多个井下以太环网。
通过设置多环分散井下数量较多的井下环网交换机组成多个井下以太环网，降低井下以太环网中额井下环网交换机的数量，提高网络稳定性。
实施例三
如图3所示，煤矿安全监测报警控制系统还包括视频监控组件，视频监控组件包括云台摄像机、枪式摄像机、半球摄像机和手持摄像机，云台摄像机、枪式摄像机和半球摄像机的视频信号输出端通过网线连接井下环网交换机，手持摄像机通过WIFI连接无线wifi基站，云台摄像机的控制信号输入端连接电控单元，电控单元通过CAN网络连接井下环网交换机。
将不同类型的摄像机集合通过以太环网传输信号，并且通过以太环网下发控制信号到CAN网络，通过底层CAN网络向云台摄像机等需要控制的摄像机发送控制信号，解决以太网控制云台摄像机需要配备转码器以及控制信号传输不稳定的问题。
实施例四
如图4所示，煤矿安全监测报警控制系统还包括时钟同步组件，时钟同步组件包括一级授时服务器、北斗时间信号接收装置和二级授时服务器，一级授时服务器的输入端与北斗时间信号接收装置的输出端连接，一级授时服务器与核心环网交换机通过网线双向连接，二级授时服务器通过网线与百兆环网交换机双向连接。
北斗时间信号接收装置接收卫星时间信号，并将卫星时间信号发送到一级授时服务器，一级授时服务器通过以太网向二级授时服务器发送时钟同步报文，使二级授时服务器与一级授时服务器时间同步，二级授时服务器通过井下以太环网和CAN网络向无线终端设备和有线设备发送时钟同步报文使无线终端设备和有线设备与二级授时服务器时间同步。通过一级授时服务器和二级授时服务器进行两级时钟同步网络，二级授时服务器与一级授时服务器时间同步后再与无线终端设备和有线设备进行时间同步，避免一级授时服务器通过多级环网直接与无线终端设备和有线设备同步，降低网络负荷，并且提高时钟同步网络的稳定性；
进一步的，在二级授时服务器出现问题后由一级授时服务器通过以太网和CAN网络向无线终端设备和有线设备发送时钟同步报文。
进一步的，时钟同步报文为NTP报文，基于NTP协议进行时钟同步。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种煤矿安全监测报警控制系统，其特征在于：包括一级工业以太环网、二级工业以太环网、井下以太环网和CAN网络，一级工业以太环网连接二级工业以太环网，二级工业以太环网连接井下以太环网，井下以太环网连接CAN网络；
井下以太环网包括多个井下环网交换机，井下环网交换机通过网线依次连接并与一个百兆环网交换机连接构成环网；
二级工业以太环网包括多个百兆环网交换机，百兆环网交换机通过网线依次连接并与两个千兆环网交换机连接构成环网；
一级工业以太环网包括多个千兆环网交换机，千兆环网交换机通过网线依次连接并与核心环网交换机连接构成环网；
井下环网交换机通过CAN网络连接有线设备，CAN网络包括以太网转CAN转换器、接口单元和电控单元，以太网转CAN转换器通过网线与井下环网交换机双向连接，以太网转CAN转换器通过数据传输线双向连接电控单元，电控单元通过CAN接口单元连接数据传输线，CAN接口单元包括CAN收发器和CAN控制器，CAN收发器双向连接数据传输线，CAN收发器与CAN控制器双向连接，CAN控制器与电控单元双向连接，电控单元与有线设备连接；
井下环网交换机通过网线连接多个无线wifi基站，无线wifi基站与无线终端设备通过wifi连接。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿安全监测报警控制系统，其特征在于：所述电控单元包括电控单元处理器，电控单元处理器与CAN控制器双向连接，电控单元处理器连接有线设备。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿安全监测报警控制系统，其特征在于：所述有线设备为执行器，执行器的信号输入端与电控单元处理器的信号输出端连接。
4.根据权利要求1所述的一种煤矿安全监测报警控制系统，其特征在于：所述有线设备为传感器，传感器的信号输出端与电控单元处理器的信号输入端连接。
5.根据权利要求1所述的一种煤矿安全监测报警控制系统，其特征在于：所述无线终端设备包括矿用WIFI手机、RFID阅读器、便携式瓦斯传感器，其中RFID阅读器通过网线连接WIFI模块。
6.根据权利要求1所述的一种煤矿安全监测报警控制系统，其特征在于：所述二级工业以太环网连接多个井下以太环网。
7.根据权利要求1所述的一种煤矿安全监测报警控制系统，其特征在于：煤矿安全监测报警控制系统还包括视频监控组件，视频监控组件包括云台摄像机、枪式摄像机、半球摄像机和手持摄像机，云台摄像机、枪式摄像机和半球摄像机的视频信号输出端通过网线连接井下环网交换机，手持摄像机通过WIFI连接无线wifi基站，云台摄像机的控制信号输入端连接电控单元，电控单元通过CAN网络连接井下环网交换机。
8.根据权利要求1所述的一种煤矿安全监测报警控制系统，其特征在于：煤矿安全监测报警控制系统还包括时钟同步组件，时钟同步组件包括一级授时服务器、北斗时间信号接收装置和二级授时服务器，一级授时服务器的输入端与北斗时间信号接收装置的输出端连接，一级授时服务器与核心环网交换机通过网线双向连接，二级授时服务器通过网线与百兆环网交换机双向连接。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201920857432.2U CN210530923U (zh) | 2019-06-06 | 2019-06-06 | 一种煤矿安全监测报警控制系统 |
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| CN201920857432.2U CN210530923U (zh) | 2019-06-06 | 2019-06-06 | 一种煤矿安全监测报警控制系统 |
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| CN210530923U true CN210530923U (zh) | 2020-05-15 |
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| CN (1) | CN210530923U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115052023A (zh) * | 2022-08-15 | 2022-09-13 | 理工雷科智途(北京)科技有限公司 | 一种高级辅助驾驶系统数据传输方法及装置 |
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- 2019-06-06 CN CN201920857432.2U patent/CN210530923U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115052023A (zh) * | 2022-08-15 | 2022-09-13 | 理工雷科智途(北京)科技有限公司 | 一种高级辅助驾驶系统数据传输方法及装置 |
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