專利名稱：一種礦山井下監測監控裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于各種傳感器的參數實測、設備運行狀況、開停狀態等遠程監測與監控的礦山井下監測監控裝置，屬于礦山井下監測設備技術領域。
背景技術：
目前，在金屬和非金屬礦山井下開采過程中，由于井下環境惡劣，點檢工作難度大，增強井下作業的安全性顯得非常重要。其中很關鍵的工作是對井下各種傳感器的實測參數、設備運行狀況、開停狀態數據進行實時連續監測，并向位于地面的系統監控中心傳送巡檢參數，使監察人員可以實時查看各礦的監測數據，再通過其他必要的人工檢查、核查，可全面地掌握各礦的安全生產情況，提高了安全監察工作的有效性。同時執行地面監控中心發往井下的各種控制命令，保證井下工作的安全性。然而目前的礦井監測監控系統雖然滿足了井下安全監控的一般需要，但這些系統均存在著控制功能差、通用性差、不規范，系統不兼容、井下信息傳輸設備物理接口協議不規范、性能價格比低等問題，這既不符合監測與控制并重、硬件通用、軟件兼容、現場總線監控與三維界面顯示技術應用的發展趨勢，又滿足不了高效、安全生產的需要。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種礦山井下監測監控裝置，這種礦山井下監測監控裝置可掛接多種傳感器，能夠實現對風速、一氧化碳、設備開停等進行連續監測，具有多通道、多制式的信號采集功能和通訊功能，并接受地面監控中心輸出控制信號，實現了對井下傳感器的監控，保證了井下工作的安全性。解決上述技術問題的技術方案是:
一種礦山井下監測監控裝置，它的構成中包括脈沖信號濾波器、脈沖信號光電隔離傳輸模塊、多路模擬信號轉換開關、主微控制器模塊、從微控制器模塊、隔離電源、模塊接口 B、多路模擬信號轉換開關、開關量信號光電隔離傳輸模塊、開關量信號驅動器、模塊接口 A、MCU投入運行\停止運行切換模塊、輸出信號隔離電路、輸出信號上傳到上位機顯示、輸出信號調理模塊，傳感器脈沖輸入信號通過脈沖信號濾波器與脈沖信號光電隔離傳輸模塊的輸入端相連接，脈沖信號光電隔離傳輸模塊的輸出端與多路模擬信號轉換開關的輸入端相連接，多路模擬信號轉換開關的輸出端與主微控制器模塊的輸入端口相連接，主微控制器模塊的輸出端口與模塊接口 A相連接；開關量輸入信號通過開關量信號驅動器與開關量信號光電隔離傳輸模塊的輸入端相連接，開關量信號光電隔離傳輸模塊的輸出端與多路模擬信號轉換開關的輸入端口相連接，多路模擬信號轉換開關的輸出端口與從微控制器模塊的輸入端口相連接,從微控制器模塊的輸出端口分別與模塊接口 B、輸出信號隔離電路輸入端相連接，輸出信號隔離電路的輸出端與輸出信號調理模塊的輸入端相連接，輸出信號上傳到上位機顯示與輸出信號調理模塊相連接，MCU投入運行\停止運行切換模塊分別與主微控制器模塊、從微控制器模塊相連接。
上述礦山井下監測監控裝置，所述主微控制器模塊連接的模塊接口 A與CAN通訊控制器A相連接，CAN通訊控制器A與CAN通訊信號隔離傳輸模塊A相連接，CAN通訊信號隔離傳輸模塊A與CAN總線驅動器A相連接。上述礦山井下監測監控裝置，所述主微控制器模塊分別與RS485總線通訊、TCP/IP通訊模塊、工業用段LED顯示器相連接
上述礦山井下監測監控裝置，所述從微控制器模塊連接的模塊接口 B與CAN通訊控制器B相連接，CAN通訊控制器B與CAN通訊信號隔離傳輸模塊B相連接，CAN通訊信號隔離傳輸模塊B與CAN總線驅動器B相連接。上述礦山井下監測監控裝置，所述從微控制器模塊的輸出端口分別與32KSRAM、IXD液晶顯示器、RS232通訊模塊、I2C通訊模塊相連接。上述礦山井下監測監控裝置，所述主微控制器模塊和從微控制器模塊均分別與看門狗監控模塊、UPS電源工作狀態檢測模塊相連接。上述礦山井下監測監控裝置，所述MCU投入運行\停止運行切換模塊與18V-5VDC-DC隔離降壓轉換模塊相連接。本發明的有益之處在于:
本發明可以掛接多種傳感器，能夠實現對風速、一氧化碳、設備開停等進行連續監測，具有多通道、多制式的信號采集功能和通訊功能；本發明利用CAN總線和光纖傳輸相結合的方式實現數據的發送和接收，將監測分站監測的各種環境參數、設備狀態傳輸到地面監控中心，并接受地面監控中心輸出控制信號，實現了對井下傳感器的監控，保證了井下工作的安全性；本發明連接的上位機監控界面具有專用數據庫，能夠實現數據的存儲、打印輸出功能，開發的三維顯示界面，對傳感器采集的數據進行自動顯示和統計，顯示內容形象，同時具有異常情況自動報警、提醒等功能以及具有軟件調度功能，實現局域網共享。保證了井下通訊作業的正常，為井下作業人員安全提供了保障。本發明解決了現有的監控監測系統存在的控制功能差、通用性差、不規范，系統不兼容、井下信息傳輸設備物理接口協議不規范、性能價格比低等問題，是現有設備的升級換代產品。
圖1是本發明的電原理框 圖2是本發明的電原理圖。圖中標號如下:傳感器脈沖輸入信號1、脈沖信號濾波器2、多路模擬信號轉換開關3、主微控制器模塊4、從微控制器模塊5、隔離電源6、模塊接口 B7、多路模擬信號轉換開關8、開關量信號光電隔離傳輸模塊9、開關量信號驅動器10、開關量輸入信號11、模塊接口A12、MCU投入運行\停止運行切換模塊13、輸出信號隔離電路14、輸出信號上傳到上位機顯不15、輸出信號調理模塊16。
具體實施例方式本發明的結構中分別以主微控制器模塊4、從微控制器模塊5為核心,對傳感器脈沖輸入信號I和開關量輸入信號11進行處理。
圖中顯示，傳感器脈沖信號I經過脈沖信號濾波器2、脈沖信號光電隔離傳輸模塊、多路模擬信號轉換開關3與主微控制器模塊4相連。實現了傳感器的脈沖信號的采集功能，經過隔離濾波后輸入多路模擬信號轉換開關3，利用多路模擬信號轉換開關3的選擇輸出作用，實現同時有多路傳感器信號輸入時的有序處理，保證了主微控制器模塊4的信號采集功能。CAN通訊控制器A、CAN通訊信號隔離傳輸模塊A、CAN總線驅動器A、RS485總線通訊、TCP/IP通訊模塊與主微控制器模塊4相連。利用CAN模塊實現不同分站輕松組建自愈環網，結合光纖傳輸實現各個分站的數據向上位機的傳輸，實現通訊功能。看門狗監控模塊、MCU投入運行/停止運行切換模塊13、18V_5V DC-DC隔離降壓轉換模塊、UPS電源工作狀態檢測模塊、工業用段LED顯示器與主微控制器模塊4相連。看門狗監控模塊實現系統運行定期自動復位，保證系統正常運行，防止進入死循環；隔離降壓轉換模塊為主微控制器模塊4提供穩定供電電壓；UPS電源工作狀態檢測模塊實現對UPS電源的實時監測，保證掉電時對系統的穩定供電，實現監測數據在電網掉電后仍能繼續監測4小時以上。圖中顯示，開關量信號驅動器10、開關量信號光電隔離傳輸模塊9與從微控制器模塊5相連，實現開關量信號的采集與處理功能，采集的傳感器輸出的開關量信號經過隔離驅動輸入到從微控制器模塊5的I/O 口處理。32KSRAM、CAN通訊控制器B、CAN通訊信號隔離傳輸模塊B、CAN總線驅動器B與從微控制器模塊5相連。利用CAN通訊信號隔離傳輸模塊B、CAN總線驅動器B實現控制器與上位機之間的通訊，利用32KSRAM實現采集數據的存儲。看門狗監控模塊、18V-5V DC-DC隔離降壓轉換模塊、UPS電源工作狀態檢測模塊、IXD液晶顯示器、RS232通訊模塊、I2C通訊模塊與從微控制器模塊5相連。IXD液晶顯示器實現工作狀態與系統報警信號的顯示，一旦系統故障，從微控制器模塊5輸出報警信號，實現分站的自診斷和故障顯示功能，同時進行聲光報警。結合開發的上位機軟件，實現初始化參數的設置和掉電保護功能。圖中顯75,主微控制器模塊4、從微控制器模塊5、信號濾波器、信號光電隔離傳輸模塊、多路模擬信號轉換開關實現開關量與模擬量信號采集控制功能，CAN通訊控制器、CAN通訊信號隔離傳輸模塊、CAN總線驅動器實現各個分站之間的通訊與自愈環網的輕松組建以及向上位機的信息傳輸，段LED顯示器、IXD液晶顯示器實現工作狀態的顯示與報警信號的顯示，18V-5V DC-DC隔離降壓轉換模塊、UPS電源工作狀態檢測模塊實現系統穩定供電。圖中顯示，本發明的一個實施例采用的部分器件如下:
主微控制器模塊4、從微控制器模塊5為Atmegal28微控制器；多路模擬信號轉換開關
3、多路模擬信號轉換開關8為CD4051芯片；脈沖信號光電隔離傳輸模塊、開關量信號光電隔離傳輸模塊9為P521芯片；MCU投入運行\停止運行切換模塊13為MAX705芯片；輸出信號隔離電路14為P521芯片；輸出信號上傳到上位機顯示15為8550芯片。以單獨的采集一路傳感器脈沖信號和一路開關量信號輸入為例，采集的開關量、脈沖信號經過濾波電路、穩壓電容、高速光耦組成的信號調理電路后為4mA-20mA信號分別輸入到多路模擬信號轉換開關⑶4051芯片的第4引腳和第2引腳，輸出信號分別從⑶4051芯片的第12引腳分別輸入到主微控制器模塊4的Atmegal28微控制器的引腳15、從微控制器模塊5的Atmegal28微控制器的I/O引腳10。主微控制器模塊4、從微控制器模塊5的Atmegal28微控制器的第4引腳輸出復位和看門狗電路的控制脈沖信號，定時的向看門狗輸出低(高)電平信號，保證系統正常穩定運行。CAN通訊模塊，利用帶SPI接口的CAN總線控制器MCP2515的四路SPI輸出引腳分別與主微控制器模塊4、從微控制器模塊5的Atmegal28微控制器的引腳38、39、40、41相連,從微控制器模塊5的Atmegal28微控制器的引腳31輸出控制信號，經過輸出信號隔離電路14、輸出信號調理模塊16、輸出信號上傳到上位機顯示15，實現井下監測監控分站系統的基本功能。另外,主微控制器模塊4、從微控制器模塊5的Atmegal28微控制器的引腳5、6、7、8連接安裝在分站外殼上IXD顯示屏，通過IXD顯示屏上的九盞指示燈指示分站的工作狀態與報警信號以及輸出通道的信息，LED液晶顯示器做為上位機顯示界面，開發的三維顯示界面，對傳感器采集的數據進行自動顯示和統計，顯示內容形象，同時具有異常情況自動報警、提醒等功能以及具有軟件調度功能，實現局域網共享。本發明具有如下主要功能:
具有雙向通信及工作狀態指示功能；具有風速、風壓、一氧化碳、二氧化氮、溫度等模擬量采集及顯示功能；具有饋電狀態、風筒開關、風門開關、煙霧等開關量采集及顯示功能；具有累計量采集功能，具有控制(含斷電和聲光報警，聲光報警可由傳感器或聲光報警器完成)功能；具有初始化參數設置和掉電保護功能，而且初始化參數可通過監控主機的上位機軟件進行輸入和修改；具有自診斷和故障指示功能，具有備用電源。當電網停電后，應能對風速、風壓、一氧化碳、二氧化氮、局部風機開停等主要監控量繼續監控4個小時以上。本發明作為井下監測監控分站分布在井下，本發明的上游與工業級光纖環網交換機相連接，本發明的下游連接有被控機電設備、風速傳感器、風機開停傳感器、紅外二氧化碳檢測傳感器、一氧化碳檢測傳感器、氧氣檢測傳感器。通過這些傳感器采集的各種信號，本發明可以實現對井下環境的監測監控，本發明與這些裝置的連接與信號傳輸不屬于本發明的涉及的內容，不再贅述。
權利要求
1.一種礦山井下監測監控裝置，其特征在于:它的構成中包括脈沖信號濾波器(2)、脈沖信號光電隔離傳輸模塊、多路模擬信號轉換開關(3)、主微控制器模塊(4)、從微控制器模塊(5)、隔離電源(6)、模塊接口 B (7)、多路模擬信號轉換開關(8)、開關量信號光電隔離傳輸模塊(9)、開關量信號驅動器(10)、模塊接口 A(12)、MCU投入運行\停止運行切換模塊(13)、輸出信號隔離電路(14)、輸出信號上傳到上位機顯不(15)、輸出信號調理模塊(16),傳感器脈沖輸入信號(I)通過脈沖信號濾波器(2)與脈沖信號光電隔離傳輸模塊的輸入端相連接，脈沖信號光電隔離傳輸模塊的輸出端與多路模擬信號轉換開關(3)的輸入端相連接，多路模擬信號轉換開關(3)的輸出端與主微控制器模塊(4)的輸入端口相連接，主微控制器模塊(4)的輸出端口與模塊接口 A (12)相連接；開關量輸入信號(11)通過開關量信號驅動器(10)與開關量信號光電隔離傳輸模塊(9)的輸入端相連接,開關量信號光電隔離傳輸模塊(9)的輸出端與多路模擬信號轉換開關(8)的輸入端口相連接，多路模擬信號轉換開關(8)的輸出端口與從微控制器模塊(5)的輸入端口相連接,從微控制器模塊(5)的輸出端口分別與模塊接口 B (7)、輸出信號隔離電路(14)輸入端相連接，輸出信號隔離電路(14)的輸出端與輸出信號調理模塊(16)的輸入端相連接，輸出信號上傳到上位機顯不(15)與輸出信號調理模塊(16)相連接，MCU投入運行\停止運行切換模塊(13)分別與主微控制器模塊(4)、從微控制器模塊(5)相連接。
2.根據權利要求1所述的礦山井下監測監控裝置，其特征在于:所述主微控制器模塊(4)連接的模塊接口 A (12)與CAN通訊控制器A相連接，CAN通訊控制器A與CAN通訊信號隔離傳輸模塊A相連接，CAN通訊信號隔離傳輸模塊A與CAN總線驅動器A相連接。
3.根據權利要求2所述的礦山井下監測監控裝置，其特征在于:所述主微控制器模塊(4)分別與RS485總線通訊、TCP/IP通訊模塊、工業用段LED顯示器相連接 根據權利要求3所述的礦山井下監測監控裝置，其特征在于:所述從微控制器模塊(5)連接的模塊接口 B (7)與CAN通訊控制器B相連接，CAN通訊控制器B與CAN通訊信號隔離傳輸模塊B相連接， CAN通訊信號隔離傳輸模塊B與CAN總線驅動器B相連接。
4.根據權利要求4所述的礦山井下監測監控裝置，其特征在于:所述從微控制器模塊(5)的輸出端口分別與32KSRAM、IXD液晶顯示器、RS232通訊模塊、I2C通訊模塊相連接。
5.根據權利要求5所述的礦山井下監測監控裝置，其特征在于:所述主微控制器模塊(4)和從微控制器模塊(5)均分別與看門狗監控模塊、UPS電源工作狀態檢測模塊相連接。
6.根據權利要求6所述的礦山井下監測監控裝置，其特征在于:所述MCU投入運行\停止運行切換模塊(13)與18V-5V DC-DC隔離降壓轉換模塊相連接。
全文摘要
一種礦山井下監測監控裝置，屬于礦山井下監測設備技術領域，用于礦山井下各種傳感器、設備運行狀況的遠程監測監，其技術方案是它的脈沖信號濾波器、脈沖信號光電隔離傳輸模塊、多路模擬信號轉換開關、主微控制器模塊依次連接，主微控制器模塊的輸出端口與模塊接口A相連接；開關量信號驅動器、開關量信號光電隔離傳輸模塊、多路模擬信號轉換開關、從微控制器模塊依次連接，從微控制器模塊的輸出端口分別與模塊接口B相連接。本發明可掛接多種傳感器，能夠實現對風速、一氧化碳、設備開停等進行連續監測，具有多通道、多制式的信號采集功能和通訊功能，并接受地面監控中心輸出控制信號，實現了對井下傳感器的監控，保證了井下工作的安全性。
文檔編號G05B19/418GK103217954SQ201310092629
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月22日 優先權日2013年3月22日
發明者南世卿, 王亞東 申請人:河北鋼鐵集團礦業有限公司, 河北鋼鐵集團有限公司, 河北鋼鐵集團礦山設計有限公司