專利名稱：基于模塊化通用智能型煤礦井下皮帶運輸監測控制系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及礦山自動化工程領域中的煤礦井下皮帶運輸監測控制系統，尤其是基于模塊化通用智能型煤礦井下皮帶運輸監測控制系統。
背景技術：
大同煤業(集團)公司是一個年產2. 6億噸的大型礦井，煤炭的生產主要靠膠帶輸送機運輸，原有系統每個膠帶輸送機均獨立控制開停，系統分散，控制的靈活性、可靠性差。且各膠帶輸送機的配置差異較大，給統一調配、事故處理造成諸多不便。原有系統每個膠帶輸送機設置專人專崗進行操作，生產效率、人員利用率低。原控制系統采用傳統的分立元件及繼電器控制方式，僅能實現就地的簡單操作，控制方式不靈活，且大量的實時數據不能由調度人員及時監測和管理，系統運行狀態以及出現故障時不能及時發現并處理，嚴重影響了運輸系統的可靠運轉，進而制約了整個生產系統的運行效率。因而實施模塊化通用智能型煤礦井下皮帶運輸監測控制系統是提高整個礦井生產效率和現代化管理水平的重要和關鍵環節。隨著計算機技術，通訊技術，自動化技術的飛速發展，為實現礦井運輸系統的集中控制和管理提供了良好的技術保障。該系統主要有井下主控機及本安彩色顯示器、多種皮帶保護模塊化傳感器、地面控制計算機組成，所述多種皮帶保護模塊化傳感器采用總線接口分別電連接在井下主控機上，所述有井下主控機單元與地面控制計算機通訊，在所述井下主控機單元中通過上位機固化的監控軟件，在中心計算機的統一控制下，實現地面對煤礦井下皮帶運輸系統遠程自動化監測、控制，數據的遠程動態監測功能，包括各設備運行狀態及各種保護信號的采集與傳輸，該系統具備故障信息處理自動化、時間提示、故障智能記憶化、查詢系統日志事件可視化、皮帶結構重構自動化，同時又具備傻瓜式上位機搭建平臺，局域網監視和故障報警短信通知功能。
發明內容
本發明提供一種基于模塊化通用智能型煤礦井下皮帶運輸監測控制系統，以解決傳統技術中系統分散，控制方式的靈活性、可靠性差；且各膠帶輸送機的配置差異較大，給統一調配、事故處理造成諸多不便的問題。為了達到上述目的，本發明采用的技術方案是
基于模塊化通用智能型煤礦井下皮帶運輸監測控制系統，其特征在于包括有井下主控機及本安彩色顯示器單元、多種皮帶保護模塊化傳感器單元、地面控制計算機單元；所述的多種皮帶保護模塊化傳感器單元包括有安裝在井下的多種皮帶保護傳感器和各傳感器的皮帶保護模塊化傳感器接口，皮帶保護模塊化傳感器接口包括有依次連接的信號輸入電路、信號放大電路、信號濾波電路、以嵌入式單片機為核心的信號處理電路，所述的各傳感器的信號輸出端分別與各自的帶保護模塊化傳感器接口的信號輸入電路的信號輸入端連接，各帶保護模塊化傳感器接口的以嵌入式單片機為核心的信號處理電路的控制輸出端共同接入一個4線式CAN總線接口的輸入口，以嵌入式單片機為核心的信號處理電路還外接有地址設置模塊、顯示模塊；所述的井下主控機及本安彩色顯示器單元包括有中央處理器、本安彩色顯示器，所述中央處理器通過串口與本安彩色顯示器連接，中央處理器上集成電連接有兩路CAN總線接口電路、語音報警電路，語音報警電路的信號輸出端連接功放單元，功放單元的信號輸出端連接揚聲器，中央處理器還外接有RS232接口、存儲器接口、鍵盤接口 ；所述的地面控制計算機單元包括有計算機，計算機中固化有監控軟件；所述4線式CAN總線接口的輸出口通過一路CAN總線接口電路與中央處理器電連接，所述各傳感器采集的信號信息通過信號輸入電路、信號放大電路、信號濾波電路及以嵌入式單片機為核心的信號處理電路處理后傳送至中央處理器中，中央處理器再次分析后在本安彩色顯示器中動態顯示出皮帶保護參數和畫面，中央處理器通過另一路CAN總線接口電路與計算機通訊，中央處理器還控制連接井下抱閘電機的電磁閥。所述的基于模塊化通用智能型煤礦井下皮帶運輸監測控制系統，其特征在于所述的皮帶保護傳感器包括有堆煤、沿線急停、溫度、煙霧、撕裂、跑偏、速度、張力、開停、斷帶傳感器。所述的基于模塊化通用智能型煤礦井下皮帶運輸監測控制系統，其特征在于所述計算機中的監控軟件包括有模塊化分析控制軟件單元及可擴充式皮帶結構重構數據庫軟件單元，總線式采集軟件單元建立標準、統一動態皮帶結構重構自動化監控系統。所述的基于模塊化通用智能型煤礦井下皮帶運輸監測控制系統，其特征在于所述中央處理器上還集成電連接有通話打點按鈕信號器，中央處理器與通話打點按鈕信號器之間連接有操作按鈕控制電路，通話打點按鈕信號器還與前臺信號、話筒、后臺信號、功放單元連接。所述的基于模塊化通用智能型煤礦井下皮帶運輸監測控制系統，其特征在于所述中央處理器采用嵌入式單片機芯片。所述的基于模塊化通用智能型煤礦井下皮帶運輸監測控制系統，其特征在于還包括有本安電源，本安電源的輸入電壓為127V或660V交流電壓，本安電源的電壓輸出端經過隔離防爆電路后為井下的各皮帶保護傳感器、本安彩色顯示器提供12V電壓，為嵌入式單片機芯片提供5V電壓。本發明主要由井下主控機及本安彩色顯示器單元、多種皮帶保護模塊化傳感器、地面控制計算機組成，將多個不同的皮帶保護傳感器分別接入各自對應的模塊化傳感器接口，再通過4線式CAN總線接口傳送至井下主控機及本安彩色顯示器單元，中央處理器對信號初步處理后，通過CAN總線輸出電路將皮帶保護與控制信號傳送至地面計算機分析，實現地面對煤礦井下皮帶運輸系統遠程自動化監測、控制，數據的遠程動態監測功能，具備故障信息處理自動化、時間提示、故障智能記憶化、查詢系統日志事件可視化、皮帶結構重構自動化，同時又具備傻瓜式上位機搭建平臺，局域網監視和故障報警短信通知功能。本發明的有益效果在于
(I)在地面計算機控制中心對井下膠帶運輸系統進行可視化集中自動控制、綜合保護以及生產數據的遠程傳輸，真正實現了井下膠帶輸送機的無人值守。(2)井下各主控機及各保護模塊化傳感器是通用裝置，其硬件配置和控制軟件完全相同，通過地面計算機控制中心可以對井下各主控機及各保護模塊化傳感器控制流程、閉鎖關系進行在線配置，充分適應礦井膠帶運輸系統流程變更及設備移位與更新的實際工況。(3)地面計算機控制中心監控軟件采用可視化軟件VC開發，編程靈活、界面友好、方便操作和易于維護，該系統在上位機、和井下各主控機分別采用了嵌入式技術和冗余技術，進一步提高系統的可靠性。
圖I是皮帶保護模塊化傳感器接口的電路原理框圖。圖2是井下主控機及本安彩色顯示器單元的電路原理框圖。圖3是主控機單元的程序流程圖。圖4是可擴充式上位機編程軟件的功能框圖。圖5是系統基本型硬件組成圖。圖6是系統擴展型硬件組成圖。圖7是本安電源為各裝置供電的示意圖。
具體實施例方式如圖1、2所示，基于模塊化通用智能型煤礦井下皮帶運輸監測控制系統，包括有井下主控機及本安彩色顯示器單元、多種皮帶保護模塊化傳感器單元、地面控制計算機單元；所述的多種皮帶保護模塊化傳感器單元包括有安裝在井下的多種皮帶保護傳感器I和各傳感器的皮帶保護模塊化傳感器接口 2，皮帶保護模塊化傳感器接口 2包括有依次連接的信號輸入電路3、信號放大電路4、信號濾波電路5、以嵌入式單片機為核心的信號處理電路6，所述的各傳感器I的信號輸出端分別與各自的帶保護模塊化傳感器接口 2的信號輸入電路3的信號輸入端連接，各帶保護模塊化傳感器接口 2的以嵌入式單片機為核心的信號處理電路6的控制輸出端共同接入一個4線式CAN總線接口 7的輸入口，以嵌入式單片機為核心的信號處理電路6還外接有地址設置模塊8、顯示模塊9 ；
所述的井下主控機及本安彩色顯示器單元包括有中央處理器10、本安彩色顯示器11，所述中央處理器10通過串口與本安彩色顯示器11連接，中央處理器10上集成電連接有兩路CAN總線接口電路12、語音報警電路13，語音報警電路13的信號輸出端連接功放單元14，功放單元14的信號輸出端連接揚聲器15，中央處理器10還外接有RS232接口、存儲器接口、鍵盤接口 ；所述的地面控制計算機單元包括有計算機16，計算機16中固化有監控軟件；所述4線式CAN總線接口 7的輸出口通過一路CAN總線接口電路12與中央處理器10電連接，所述各傳感器I采集的信號信息通過信號輸入電路3、信號放大電路4、信號濾波電路5及以嵌入式單片機為核心的信號處理電路6處理后傳送至中央處理器10中，中央處理器10再次分析后在本安彩色顯示器11中動態顯示出皮帶保護參數和畫面，中央處理器10通過另一路CAN總線接口電路12與計算機16通訊，中央處理器10還控制連接井下抱閘電機的電磁閥17。所述的皮帶保護傳感器I包括有堆煤、沿線急停、溫度、煙霧、撕裂、跑偏、速度、張力、開停、斷帶傳感器。所述計算機16中的監控軟件包括有模塊化分析控制軟件單元及可擴充式皮帶結構重構數據庫軟件單元，總線式采集軟件單元建立標準、統一動態皮帶結構重構自動化監控系統。所述中央處理器10上還集成電連接有通話打點按鈕信號器18，中央處理器10與通話打點按鈕信號器18之間連接有操作按鈕控制電路19，通話打點按鈕信號器18還與前臺信號20、話筒21、后臺信號22、功放單元14連接。所述中央處理器10采用嵌入式單片機芯片，該芯片運算速度快，接口功能強，使用相對較為靈活。還包括有本安電源23，本安電源23的輸入電壓為127V或660V交流電壓，本安電源23的電壓輸出端經過隔離防爆電路24后為井下的各皮帶保護傳感器I、本安彩色顯示器11提供12V電壓，為中央處理器10的嵌入式單片機芯片提供5V電壓。系統對傳感器送來的信號，經過CAN總線轉換送入中央處理器進行分析，不但可以鑒別出供電回路的運行狀態，還可以對負載的運行狀態進行判斷，同時將運行狀態顯示出來。一旦回路故障動作后，系統將顯示其位置，并驅動語言報警電路給于聲光報警。回路的故障狀態存儲在RAM中，可通過鍵盤查詢其位置和故障時間。數據通訊按232標準，傳輸到具有對應接口的外設上供查詢調閱。系統根據不同種類的保護信號傳感器和信號處理的需求，設計了不同的模塊化傳感器接口，如堆煤信號傳感器接口、急停信號傳感器接口、速度信號傳感器接口、溫度信號傳感器接口、張力信號傳感器接口等等，若需要獲取更多其他信號傳感器接口，可以對這種特定信號再設計兩個傳感器接口(開關量、模擬量)，所有接口以一種統一、標準的本安盒體進行封裝，輸出接口采用快插式4線式CAN總線接口，可以優化設計參數，提高信號的精度，而且擴展接口方便。供電采用127V或660V交流供電，輸出隔離的二路+12V本安電源，一路供彩屏液晶顯示器；一路供傳感器使用；一路5V電壓供嵌入式單片機及外圍電路使用，通過光電隔離，提高了裝置的穩定性。單片機經邏輯電路送出10路控制信號分別控制主、副電機、抱閘、灑水電磁閥、張緊、給煤機、破碎機、刮板機、轉載機。通話打點按鈕信號器分別與前、后臺聯機，實現語言通話、打點。其硬件原理框圖如附圖2所示。主控機單元的程序流程圖單元
主控機單元的程序流程圖單元是運行在主控機單元的程序流程圖單元上的程序，它和上位機軟件經過通信，對每個通道輸入的信號類型、采樣頻率、采樣模式等進行用戶動態配置，比如速度傳感器可以配置為皮帶保護速度信號，用戶只要在保護監測開始時通過在上位機分析軟件中的采集設置界面對相應的通道進行通道信號類型設置即可，其軟件工作的流程如附圖3所示。可擴充式上位機編程軟件的功能框圖
A、軟件的框架構成如下
I)統一的數據采集與功能模板可設定采集單元的采集模式、通道數，采樣頻率和采樣時間等，在實現功能單元同步集成的基礎上，各功能子單元也可以獨立采集分析數據。2)各子功能單元配置自主控制軟件和人機接口，可作為獨立的動態顯示器。3)所有功能單元的同步數據有機集成，在時頻域進行對比分析和關聯耦合性分析，構建融合友好的人機界面，建立皮帶3D動畫的綜合運動模型。4)井下主控機單元通過中央處理器外接的以CAN總線接口或RS232接口與計算機通訊；在所述計算機中設置有模塊化分析控制軟件單元及可擴充式皮帶結構重構數據庫軟件單元，通過總線式采集軟件單元調取皮帶3D動畫圖片模型建立標準、統一動態皮帶結構重構自動化監控畫面。為相關理論研究和應用開發提供數據平臺。5)提供數據打印接口、標準文本數據導入接口，供備案使用，獲取采集的數據進行分析。6)查詢功能地面監控室可以在計算機屏幕上查詢所有分站的歷史故障信息和用戶登錄信息。7)局域網瀏覽功能地面監控室同一局域網的計算機可以通過網頁的方式瀏覽其皮帶運行的有關信息，只能監視，不能控制。B、軟件在對多源數據進行融合分析時，主要采取的一些算法
1)在邏輯控制方面，構造多輸入多輸出模糊控制分類器進行自動識別；
2)地面控制中心監控軟件采用可視化軟件VC開發，編程靈活、界面友好、方便操作和易于維護，可擴充式上位機編程軟件的功能框圖如圖4所示。系統基本型硬件組成圖
整個控制系統主要有多種皮帶保護模塊化傳感器單元、井下主控機及本安彩色顯示器單元、地面控制計算機單元三部分組成，采用總線技術集中加分布控制方式，將多個不同的皮帶保護傳感器分別接入各自對應的模塊化傳感器接口，再通過快速拔插式接口傳送至井下主控機及本安彩色顯示器單元，中央處理器對信號初步處理后，通過CAN總線輸出電路將皮帶保護參數與控制信號傳送至地面計算機分析，再通過地面控制中心監控軟件實現對煤礦井下皮帶運輸系統遠程自動化監測、控制，數據的遠程動態監測功能，具備故障信息處理自動化、時間提示、故障智能記憶化、查詢故障及系統日志事件可視化、皮帶結構重構自動化，同時又具備傻瓜式上位機搭建平臺，局域網監視和故障報警短信通知功能。控制網絡采用PR0FIBUS現場總線連接地面控制計算機和井下主控機，實現控制及數據和信息的交互。接入PR0FIBUS網的所有設備稱為節點，每個節點分配一個地址，通過各自地址相互通信。地面控制中心，與礦計算機局域網連接，將膠帶運輸系統工作狀況在網上發布，使聯網的調度及有權限的計算機可以隨時查看膠帶運輸系統的運行狀態。
權利要求
1.基于模塊化通用智能型煤礦井下皮帶運輸監測控制系統，其特征在于包括有井下主控機及本安彩色顯示器單元、多種皮帶保護模塊化傳感器單元、地面控制計算機單元；所述的多種皮帶保護模塊化傳感器單元包括有安裝在井下的多種皮帶保護傳感器和各傳感器的皮帶保護模塊化傳感器接口，皮帶保護模塊化傳感器接口包括有依次連接的信號輸入電路、信號放大電路、信號濾波電路、以嵌入式單片機為核心的信號處理電路，所述的各傳感器的信號輸出端分別與各自的帶保護模塊化傳感器接口的信號輸入電路的信號輸入端連接，各帶保護模塊化傳感器接口的以嵌入式單片機為核心的信號處理電路的控制輸出端共同接入一個4線式CAN總線接口的輸入口，以嵌入式單片機為核心的信號處理電路還外接有地址設置模塊、顯示模塊；所述的井下主控機及本安彩色顯示器單元包括有中央處理器、本安彩色顯示器，所述中央處理器通過串口與本安彩色顯示器連接，中央處理器上集成電連接有兩路CAN總線接口電路、語音報警電路，語音報警電路的信號輸出端連接功放單元，功放單元的信號輸出端連接揚聲器；所述的地面控制計算機單元包括有計算機，計算機中固化有監控軟件；所述4線式CAN總線接口的輸出口通過一路CAN總線接口電路與中央處理器電連接，所述各傳感器采集的信號信息通過信號輸入電路、信號放大電路、信號濾波電路及以嵌入式單片機為核心的信號處理電路處理后傳送至中央處理器中，中央處理器再次分析后在本安彩色顯示器中動態顯示出皮帶保護參數和畫面，中央處理器通過另一路CAN總線接口電路與計算機通訊，中央處理器還控制連接井下抱閘電機的電磁閥。
2.根據權利要求I所述的基于模塊化通用智能型煤礦井下皮帶運輸監測控制系統，其特征在于所述的皮帶保護傳感器包括有堆煤、沿線急停、溫度、煙霧、撕裂、跑偏、速度、張力、開停、斷帶傳感器。
3.根據權利要求I所述的基于模塊化通用智能型煤礦井下皮帶運輸監測控制系統，其特征在于所述計算機中的監控軟件包括有模塊化分析控制軟件單元及可擴充式皮帶結構重構數據庫軟件單元，總線式采集軟件單元建立標準、統一動態皮帶結構重構自動化監控系統。
4.根據權利要求I所述的基于模塊化通用智能型煤礦井下皮帶運輸監測控制系統，其特征在于所述中央處理器上還集成電連接有通話打點按鈕信號器，中央處理器與通話打點按鈕信號器之間連接有操作按鈕控制電路，通話打點按鈕信號器還與前臺信號、話筒、后臺信號、功放單元連接。
5.根據權利要求I所述的基于模塊化通用智能型煤礦井下皮帶運輸監測控制系統，其特征在于所述中央處理器采用嵌入式單片機芯片。
6.根據權利要求I或5所述的基于模塊化通用智能型煤礦井下皮帶運輸監測控制系統，其特征在于還包括有本安電源，本安電源的輸入電壓為127V或660V交流電壓，本安電源的電壓輸出端經過隔離防爆電路后為井下的各皮帶保護傳感器、本安彩色顯示器提供12V電壓，為嵌入式單片機芯片提供5V電壓。
7.根據權利要求I或5所述的基于模塊化通用智能型煤礦井下皮帶運輸監測控制系統，其特征在于所述的中央處理器還外接有RS232接口、存儲器接口、鍵盤接口。
全文摘要
本發明公開了一種基于模塊化通用智能型煤礦井下皮帶運輸監測控制系統，包括有井下主控機及本安彩色顯示器單元、多種皮帶保護模塊化傳感器單元、地面控制計算機單元；采用總線技術集中加分布控制方式，將多個不同的皮帶保護傳感器分別接入各自對應的模塊化傳感器接口，再通過快速拔插式接口傳送至井下主控機，中央處理器對信號初步處理后，通過CAN總線輸出電路將皮帶保護參數與控制信號傳送至地面計算機分析，再通過地面控制中心監控軟件實現對煤礦井下皮帶運輸系統遠程自動化監測、控制。本發明實現了數據的遠程動態監測功能，具備故障信息處理自動化、時間提示、故障智能記憶化、查詢故障及系統日志事件可視化、皮帶結構重構自動化。
文檔編號G05B19/048GK102913278SQ20121043369
公開日2013年2月6日 申請日期2012年11月2日 優先權日2012年11月2日
發明者司志良, 范守保, 杜博, 陳萬輝, 楊林, 吳雪峰 申請人:宿州市恒泰電器有限公司