專利名稱：煤礦通用智能分站系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于安全檢測控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種煤礦通用智能分站系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
針對煤礦安全生產(chǎn)形勢嚴峻的現(xiàn)狀，對于煤礦井下各種技術(shù)參數(shù)的實時 采集和各種設(shè)備的自動控制，現(xiàn)有技術(shù)采取了許多方法。煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控 系統(tǒng)包含了煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)、煤礦瓦斯抽采(放)監(jiān)控系統(tǒng)、煤礦供電監(jiān) 控系統(tǒng)、煤礦排水監(jiān)控系統(tǒng)、煤礦火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、煤礦瓦斯突出監(jiān)控系統(tǒng)、 人員位置監(jiān)測系統(tǒng)等專業(yè)子系統(tǒng)，再根據(jù)每個子系統(tǒng)所采集的前端信號進行 相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集和處理，分站系統(tǒng)與各子系統(tǒng)前端數(shù)字傳感器的連接方式以
RS-485總線方式實現(xiàn)。
但是現(xiàn)有這些系統(tǒng)的功能大都比較單一，造成線路復(fù)雜、集成困難、數(shù) 據(jù)交換不方便，影響了實時監(jiān)控的效果，因此研制多功能的煤礦安全生產(chǎn)監(jiān) 控系統(tǒng)，提高數(shù)據(jù)采集和處理速度，能夠更好的保證了事故的預(yù)防和監(jiān)控。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種煤礦通用智能分站系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技.術(shù) 中功能比較單一，線路復(fù)雜，集成困難，數(shù)據(jù)交換不方便的問題。
本實用新型所采用的技術(shù)方案是， 一種煤礦通用智能分站系統(tǒng)，包括主 顯示模塊，主顯示模塊分別與數(shù)字傳感器、開關(guān)量采集模塊、顯示器、紅外 接口、控制總線模塊和通訊模塊連接，通訊模塊再與網(wǎng)絡(luò)控制器模塊連接，網(wǎng)絡(luò)控制器模塊又分別與電源模塊、聲光報警、斷電裝置和復(fù)電裝置連接。 本實用新型的分站系統(tǒng)，其特征還在于所述的數(shù)字傳感器由數(shù)字轉(zhuǎn)換
模塊和分別與數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊相連接的甲烷模擬量傳感器、風速模擬量傳感
器、風壓模擬量傳感器、 一氧化碳模擬量傳感器和溫度模擬量傳感器組成。 本實用新型的有益效果是，功能多，集成度高，數(shù)據(jù)處理速度快，較好
的保證了實現(xiàn)數(shù)字化礦山的需求。


圖1是本實用新型分站系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意框圖2是本實用新型分站系統(tǒng)中的主顯示模塊和通訊模塊連接原理圖3是本實用新型分站系統(tǒng)中的開關(guān)量采集原理圖4是本實用新型分站系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)顯示原理圖5是本實用新型分站系統(tǒng)中的通訊模塊電原理框圖6是本實用新型分站系統(tǒng)中的開關(guān)量采集模塊工作流程示意圖。
圖中，l.數(shù)字傳感器，2.開關(guān)量采集模塊，3.主顯示模塊，4.網(wǎng)絡(luò)控制
器?！姥耄?.顯示器，6.電源模i央，7.聲光報警，8.斷電裝置，9.復(fù)電裝置，10.
紅外接口， ll.控制總線模塊，12.通訊模塊，13.雙端口 RAM, 14.開關(guān)量傳感器。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型迸行詳細說明。 本實用新型的煤礦通用智能分站系統(tǒng)(以下簡稱分站系統(tǒng))，是針對辨
礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的需要進行設(shè)置。
如圖1，本實用新型分站系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是，包括主顯示模塊3，主顯示模 塊3分別與數(shù)字傳感器1、開關(guān)量采集模塊2、顯示器5、紅外接口 10、控制總線模塊11和通訊模塊12連接，通訊模塊12再與網(wǎng)絡(luò)控制器模塊4連 接，網(wǎng)絡(luò)控制器模塊4又分別與電源模塊6、聲光報警7、斷電裝置8和復(fù) 電裝置9連接。
主顯示模塊3、控制總線模塊11與數(shù)字傳感器1、開關(guān)量采集模塊2均 以RS-485方式連接，這樣做的好處是不論讀取數(shù)字傳感器還是開關(guān)量采集 模塊，都是以數(shù)字量的型式出現(xiàn)，減輕了主顯示模塊3的工作量，使其主要 工作放在顯示數(shù)據(jù)和控制方面。分站系統(tǒng)具有采集數(shù)字傳感器數(shù)據(jù)的功能、 采集開關(guān)量傳感器14信號的功能、控制系統(tǒng)執(zhí)行器(包括聲光報警7、斷電 裝置8和復(fù)電裝置9)的功能、顯示和報警功能、傳輸數(shù)據(jù)的功能。
如圖2，主顯示模塊3和通訊模塊12之間用雙端口 RAM13進行數(shù)據(jù)交 換，通訊模塊12接收到網(wǎng)絡(luò)控制器模塊4指令后，傳送數(shù)據(jù)。
如圖5，通訊模塊12與網(wǎng)絡(luò)控制器模塊4之間的聯(lián)系以RS-485串口方 式連接，完成地面上位機讀取分站系統(tǒng)信息和發(fā)送指令的功能。通訊模塊12 將處理采集的數(shù)據(jù)通過RS-485方式傳輸給網(wǎng)絡(luò)控制器模塊4，網(wǎng)絡(luò)控審l傻 模塊4將數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場總線上傳。通訊模塊12和網(wǎng)絡(luò)控制器模塊4的聯(lián)系 為RS485串口，因此只有一個2芯接頭輸出。
分站系統(tǒng)采用多CPU工作方式，其中主顯示模塊3、網(wǎng)絡(luò)控制器模塊4 及開關(guān)量采集模塊2均設(shè)置有各自的CPU。主顯示模塊3的功能是采集數(shù)字 傳感器1的數(shù)字信號和開關(guān)量傳感器14的數(shù)字信號，根據(jù)采集到的信息判 斷所接傳感器的狀態(tài)，并對斷電設(shè)備進行控制；開關(guān)量采集模塊2的功能是 將開關(guān)量傳感器14的信號轉(zhuǎn)換成主顯示模塊3需要的數(shù)字量。通訊模塊-12 的功能是數(shù)據(jù)編排和數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)絡(luò)控制器模塊4的功能是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò) 傳輸。如圖2，主顯示模塊3和通訊模塊12之間的通訊，考慮到速度問題采用 雙端口 RAM13進行，主顯示模塊3將接收到的數(shù)字傳感器1和開關(guān)量采集 模塊2的數(shù)字信號保存在約定的RAM地址中，通訊模塊12根據(jù)主顯示模塊 3指出RAM的狀態(tài)，讀取RAM中的數(shù)據(jù)，打包處理以后通過網(wǎng)絡(luò)控制器 模塊4上傳。同理如果上位主機向分站系統(tǒng)發(fā)送指令(例如分站系統(tǒng)數(shù)字傳 感器的設(shè)置)，通訊模塊12接收到主機數(shù)據(jù)之后，也會保存在約定的RAM 中，并通知主顯示模塊3對接收到的數(shù)據(jù)進行分析處理，完成相應(yīng)的指令。
主顯示模塊3與數(shù)字傳感器1、開關(guān)量采集模塊2之間的數(shù)據(jù)傳輸采-用 RS-485總線方式，波特率采用1200bit/s(2400bit/s)，主從結(jié)構(gòu)，分站系統(tǒng)為 主機，數(shù)字傳感器1為從機。主機每秒鐘巡回檢測一遍各個數(shù)字傳感器1和 開關(guān)量釆集模塊2，數(shù)字傳感器1和開關(guān)量采集模塊2接收到主機指令之后， 向主機傳輸數(shù)據(jù)。主機巡檢完數(shù)字傳感器1之后，顯示數(shù)字傳感器1數(shù)值和 開關(guān)量狀態(tài)，并根據(jù)數(shù)字傳感器1數(shù)據(jù)和開關(guān)量狀態(tài)，控制斷電設(shè)備，完成 相應(yīng)的功能。
主顯示模塊3的構(gòu)成包括 一個urat雙工串口，用于數(shù)字傳感器ir據(jù)
傳輸，主顯示模塊3和通訊模塊12之間用雙端RAM進行數(shù)據(jù)交換；64Kbyte Flash; 256Byte內(nèi)部RAM; 321/0以上(LCD顯示器、輸出控制等等)；硬 件看門狗；軟件復(fù)位；E2PR0M(保存設(shè)置參數(shù))；顯示部分采用點陣式LCD; 人機對話采用紅外接口實現(xiàn)。
開關(guān)量采集模塊2的構(gòu)成包括 一個URAT雙工串口 (與主顯示模塊3 進行數(shù)據(jù)傳輸)；8Kbyte Flash以上；128Byte內(nèi)部RAM;內(nèi)部8/16路 8/10bitAD轉(zhuǎn)換(將開關(guān)量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號)；硬件看門狗；軟件復(fù)位。'
如圖6，開關(guān)量采集模塊2的工作原理是，通過2芯輸入，進入一分三電路，分別進行i/v轉(zhuǎn)換電路、v/v轉(zhuǎn)換電路和開關(guān)量轉(zhuǎn)換電路實施信號轉(zhuǎn)
換，然后進行三選一電路的選擇，將信號輸入單片機單元中進行AD轉(zhuǎn)換， 再經(jīng)過RS-485總線方式從串口輸出。
本實用新型分站系統(tǒng)以煤礦安全監(jiān)控為目的，具體的功能設(shè)置如下 分站系統(tǒng)具有與數(shù)傳接口雙向通信及工作狀態(tài)指示功能； 分站系統(tǒng)具有模擬量采集功能，模擬量輸入信號對應(yīng)數(shù)字信號和頻率型 模擬信號，具有甲烷、風速、風壓、 一氧化碳、溫度等模擬量采集及顯示功 能；以上模擬量傳感器配接數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊之后，便成為獨立的數(shù)字傳感器l， 每個井下分站系統(tǒng)可以帶8個數(shù)字傳感器1，或帶8個頻率輸出的傳感器'l。 分站系統(tǒng)具有開關(guān)量采集和顯示功能，具有對饋電狀態(tài)、風筒壓力、風 門開關(guān)、煙霧等開關(guān)量采集和顯示功能；如圖3，將各個開關(guān)上的傳感器開 關(guān)量信號(通/斷)和模擬量信號(lmA/5mA)轉(zhuǎn)換成電壓信號采集，每個 井下分站系統(tǒng)可以帶8/16路開關(guān)量傳感器14;同時將8/16開關(guān)量傳感器14 采集電路做成一個模塊即開關(guān)量采集模塊2，如圖4，由一個單片機CPU負 責專門采集8/16開關(guān)量傳感器14的數(shù)據(jù)，并按順序向主顯示模塊3輸送數(shù) 字傳感器信息(可以表示數(shù)字傳感器三種狀態(tài)的數(shù)字量)。 ' 分站系統(tǒng)具有累計量采集和顯示功能。
分站系統(tǒng)具有控制(含斷電、復(fù)電和聲光報警，聲光報警可由數(shù)字傳感 器或聲光報警器完成)功能，包括以下具體功能
A、甲烷濃度超限聲光報警7、斷電裝置8和復(fù)電裝置9的控制功能
al、甲烷濃度達到或超過報警濃度時，聲光報警7 (聲光報警可由數(shù)字 傳感器或聲光報警器完成)。
a2、甲烷濃度達到或超過斷電濃度時，切斷被控設(shè)備電源并閉鎖；甲烷濃度達低于復(fù)電濃度時，自動解鎖。
a3、與閉鎖有關(guān)的設(shè)備未投入正常運行或故障時，應(yīng)切斷該設(shè)備所監(jiān)控 區(qū)域的全部非本質(zhì)安全型電器設(shè)備的電源并閉鎖；當與閉鎖控制有關(guān)的設(shè)'備 工作正常并穩(wěn)定運行后，自動解鎖。
B、甲垸風電閉鎖功能
bl、掘進工作面甲垸濃度達到或超過1.0n/。CHJ寸，聲光報警；掘進工作 面甲烷濃度達到或超過1.5%CH4時，切斷掘進巷道內(nèi)全部非本質(zhì)安全型電器 設(shè)備的電源并閉鎖；掘進工作面甲垸濃度低于1.0%014時，自動解鎖。
b2、掘進工作面回風流中的甲垸濃度達到或超過1.0n/。CHJ寸，聲光報警，
同時切斷掘進巷道內(nèi)全部非本質(zhì)安全型電器設(shè)備的電源并閉鎖；當掘進工作 面回風流中的甲垸濃度低于1.0WCH,時，自動解鎖。
b3、被串掘進工作面入風流中的甲烷濃度達到或超過0.5^CHJ寸，聲光 報警，同時切斷被串掘進工作面巷道內(nèi)全部非本質(zhì)安全型電器設(shè)備的電源并 閉鎖；當被串掘進工作面入風流中的甲垸濃度低于0.5n/。CHJ寸，自動解鎖。
b4、局部通風機停止運轉(zhuǎn)或風筒風量低于規(guī)定值時，聲光報警，同時切 斷供風區(qū)域的全部非本質(zhì)安全型電器設(shè)備的電源并閉鎖；當局部通風機或風 筒恢復(fù)正常時，自動解鎖。
b5、局部通風機停止運轉(zhuǎn)，掘進工作面或回風流中甲烷濃度大于 3.0n/。CHJ寸，應(yīng)對局部通風機進行閉鎖使之不能啟動，只有通過密碼操作軟
件或使用專用工具方可人工解鎖；當掘進工作面或回風流中甲烷濃度低于 1.5。/。CHJ寸，自動解鎖。
b6、與閉鎖控制有關(guān)的設(shè)備(含分站系統(tǒng)、電源、甲烷數(shù)字傳感器、設(shè) 備開停數(shù)字傳感器、斷電控制器等)故障或斷電時，切斷該設(shè)備所監(jiān)控區(qū)域的全部非本質(zhì)安全型電器設(shè)備的電源并閉鎖。與閉鎖控制有關(guān)的設(shè)備接通電
源lmin內(nèi)，應(yīng)繼續(xù)閉鎖該設(shè)備全部非本質(zhì)安全型電器設(shè)備的電源。當與閉 鎖控制有關(guān)的設(shè)備工作正常并穩(wěn)定運行后，自動解鎖。嚴禁對局部通風機進 行故障閉鎖控制。
分站系統(tǒng)具有初始化參數(shù)設(shè)置和掉電保護功能，初始化參數(shù)可通過主站 或編程器輸入和修改。
分站系統(tǒng)具有自診斷和故障顯示功能。
分站系統(tǒng)的電源模塊6還設(shè)置有備用電源或外接備用電源，電網(wǎng)停電后， 備用電源連續(xù)工作時間不小于2h;當電網(wǎng)停電后，應(yīng)能對甲烷、風速、風壓、 一氧化碳、局部通風機開停、風筒狀態(tài)等只要監(jiān)控量繼續(xù)監(jiān)控。 .
用于爆炸性環(huán)境的分站系統(tǒng)應(yīng)是防爆型，其輸入輸出信號應(yīng)滿足下列要 求 一是外接斷電控制器的分站系統(tǒng)輸入、輸出信號是本質(zhì)安全的；二是內(nèi) 置斷電控制器的分站系統(tǒng)，除控制隔爆開關(guān)的斷電信號外，其他輸入輸出信 號是本質(zhì)安全的。
分站系統(tǒng)控制執(zhí)行時間能夠滿足有關(guān)安全要求，安全監(jiān)控分站系統(tǒng)甲垸 超限斷電及甲烷風電閉鎖的控制執(zhí)行時間不大于2秒。
最大傳輸距離數(shù)字傳感器1和開關(guān)量采集傳感器(執(zhí)行器)至分站.系 統(tǒng)的最大傳輸距離不小于2km;分站系統(tǒng)至傳輸接口、分站系統(tǒng)至分站系統(tǒng) 之間的最大傳輸距離不小于10km。
分站系統(tǒng)所能接入數(shù)字傳感器、執(zhí)行器的數(shù)量宜在2、 4、 8、 16、 32、 64、 128中選取。
時分制、異步、多主從、直流供電、外接斷電控制器。
本實用新型分站系統(tǒng)的軟件功能包括，主顯示模塊3的軟件功能包括自檢、采集、數(shù)據(jù)處理、顯示、存儲、控 制、故障報警、數(shù)據(jù)傳輸、設(shè)置及鍵盤處理功能。
開關(guān)量采集模塊2的軟件功能包括數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸、設(shè)置及存儲功 能。 .
工作模式為時分制、異步通訊、多主從結(jié)構(gòu)、現(xiàn)場總線、直流供電。
本實用新型實施例的結(jié)構(gòu)部件包括8路數(shù)字傳感器1、 8路模擬/開關(guān) 量傳感器14、 2/4路斷電控制輸出、網(wǎng)絡(luò)控制器模塊4和電源輸入共計18/20 個接頭。其中數(shù)字傳感器為2芯(RS485差分信號A、 B線)；8路開關(guān)量傳 感器14為2芯(電流型l-5ma或4-20ma,信號線、地線)；數(shù)字傳感器1的 8個接頭合成一個接頭和開關(guān)量采集模塊2的一個RS485合成一個進入主顯 示模塊3的RS485;開關(guān)量采集模塊2接收8路開關(guān)量信號，處理完成以.后 轉(zhuǎn)換成RS485，和數(shù)字傳感器1的RS485并聯(lián)， 一起輸入主顯示模塊3。
分站系統(tǒng)所有模塊的供電由電源模塊6(外部本安電源)提供，因此有 一個2芯供電輸入接頭。
軟件劃分
數(shù)字傳感器l部分在原有軟件的基礎(chǔ)上增加數(shù)字處理功能，就是將甲 垸的頻率值變成數(shù)字量的同時，計算出相應(yīng)的濃度值，并增加了判別報警功 能。有報警功能就必須能設(shè)置報警點、斷電點和復(fù)電點，因此數(shù)字傳感器.模 塊應(yīng)具有接收處理設(shè)置報警點的功能。這樣傳輸數(shù)據(jù)時要增加3個字節(jié)的數(shù) 據(jù)長度，2個字節(jié)表示濃度值， 一個字節(jié)表示數(shù)字傳感器的狀態(tài)(正常還是 異常，異常包括斷線、報警、斷電、復(fù)電等)。
開關(guān)量采集模塊2部分開關(guān)量傳感器14的輸入方式有電流輸入 (l-5ma，4-20ma)，電壓輸入(l-5V)和觸點輸入，硬件采用模擬開關(guān)按需要將3種信號接入單片機內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換，進行處理，采集8路開關(guān)量傳感器 14的狀態(tài)，每個開關(guān)量傳感器14的狀態(tài)為一個字節(jié)(通、斷和異常)。因此 開關(guān)量采集模塊2要具有設(shè)置功能，并能將設(shè)置的數(shù)據(jù)保存，所以具有與主 顯示模塊3通訊的功能。
主顯示模塊3的軟件又分以下幾個部分-
顯示和鍵盤處理軟件顯示界面程序，數(shù)字傳感器數(shù)據(jù)、狀態(tài)顯示，人 機對話輸入/輸出程序，設(shè)置數(shù)字傳感器參數(shù)程序。
報警、輸出控制軟件判別數(shù)字傳感器狀態(tài)數(shù)據(jù)，第一時間進行報警處 理，并在顯示屏幕上相應(yīng)的數(shù)字傳感器上有所表示，同時如果需要進行斷電 (或復(fù)電)控制，控制相應(yīng)的輸出控制電路進行動作。并將數(shù)字傳感器異常 情況上報，計算累積量，有累計存儲功能。
通訊軟件上行通訊軟件和下行通訊程序，解析上位命令設(shè)置數(shù)字傳、感
器°
通訊模塊12包含上行通訊軟件、下行通訊程序，還包括數(shù)據(jù)打包上傳。
綜上所述，本實用新型針對煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的需要進行設(shè)置，功 能多，集成度高，數(shù)據(jù)處理速度快，較好的滿足了實現(xiàn)數(shù)字化礦山的需求。
權(quán)利要求1、一種煤礦通用智能分站系統(tǒng)，其特征在于包括主顯示模塊(3)，主顯示模塊(3)分別與數(shù)字傳感器(1)、開關(guān)量采集模塊(2)、顯示器(5)、紅外接口(10)、控制總線模塊(11)和通訊模塊(12)連接，通訊模塊(12)再與網(wǎng)絡(luò)控制器模塊(4)連接，網(wǎng)絡(luò)控制器模塊(4)又分別與電源模塊(6)、聲光報警(7)、斷電裝置(8)和復(fù)電裝置(9)連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分站系統(tǒng)，其特征在于所述的數(shù)字傳感器 (1)由數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊和分別與數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊相連接的甲垸模擬量傳感器、風速模擬量傳感器、風壓模擬量傳感器、 一氧化碳模擬量傳感器和溫度模擬 量傳感器組成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分站系統(tǒng)，其特征在于所述的開關(guān)量采集 模塊(2)的構(gòu)成包括 一個URAT雙工串口，用于與主顯示模塊(3)進'行 數(shù)據(jù)傳輸；8Kbyte Flash以上；128Byte內(nèi)部RAM;內(nèi)部8/16路8/10bitAD 轉(zhuǎn)換，將饋電狀態(tài)、風筒壓力、風門開關(guān)、煙霧的開關(guān)量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號； 硬件看門狗；軟件復(fù)位。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分站系統(tǒng)，其特征在于所述的主顯示模塊 (3)的構(gòu)成包括 一個URAT雙工串口，用于數(shù)字傳感器數(shù)據(jù)傳輸，主顯示模塊(3)和通訊模塊(12)之間用雙端口RAM (13)進行數(shù)據(jù)交換；通 訊模塊(12)和網(wǎng)絡(luò)控制器模塊(4)之間的數(shù)據(jù)傳輸采用串口方式；64Kbyte Flash; 256Byte內(nèi)部RAM; 321/0以上LCD顯示器、輸出控制；硬件看門 狗；軟件復(fù)位；E2PROM保存設(shè)置參數(shù)；顯示部分采用點陣式LCD;紅外 接口。
專利摘要本實用新型公開了一種煤礦通用智能分站系統(tǒng)，包括主顯示模塊，主顯示模塊分別與數(shù)字傳感器、開關(guān)量采集模塊、顯示器、紅外接口、控制總線模塊和通訊模塊連接，通訊模塊再與網(wǎng)絡(luò)控制器模塊連接，網(wǎng)絡(luò)控制器模塊又分別與電源模塊、聲光報警、斷電裝置和復(fù)電裝置連接。本實用新型針對煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的需要進行設(shè)置，功能多，集成度高，數(shù)據(jù)處理速度快，較好的滿足了實現(xiàn)數(shù)字化礦山的需求。
文檔編號E21F17/00GK201377337SQ20092003239
公開日2010年1月6日 申請日期2009年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月30日
發(fā)明者文新國 申請人:陜西斯達煤礦安全裝備有限公司