一種煤礦機采工作面急停閉鎖開關位置識別裝置及識別方法與流程

本發明屬于電子設備技術領域，具體涉及一種煤礦機采工作面急停閉鎖開關位置識別裝置及識別方法。

背景技術：

急停閉鎖開關是煤礦安全生產重要設備，通常一個煤礦機采工作面需要多達幾十個急停閉鎖開關，這些開關全部由一臺電源供電，所以要求閉鎖開關具有低功耗，并且能識別出是哪些閉鎖開關發生閉鎖。

目前市面上急停閉鎖開關位置識別通常是通過現場總線（rs485或can總線）傳輸地址碼來實現的，但是現場總線功耗大，能帶載的閉鎖開關數量有限，增加了電源成本；由于使用地址碼表示每個閉鎖開關地址，所以安裝時要設置每個閉鎖開關的地址碼，使得安裝和維護變得困難。

技術實現要素：

針對上述問題，本發明提出一種煤礦機采工作面急停閉鎖開關位置識別裝置及識別方法，以單根信號線傳輸閉鎖和無閉鎖信息，并完成位置識別功能，具有低功耗、接線簡單的特性。

實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發明通過以下技術方案實現：

一種煤礦機采工作面急停閉鎖開關位置識別裝置，包括查詢模塊和緊急閉鎖開關模塊；所述查詢模塊包括第一信號收發電路；所述緊急閉鎖開關模塊包括順次相連的第一緊急閉鎖開關……第n緊急閉鎖開關，第一緊急閉鎖開關、……第n緊急閉鎖開關均包括開關件和第二信號收發電路；所述查詢模塊中的第一信號收發電路與第一緊急閉鎖開關的數據傳輸端相連，查詢模塊順次查詢第一緊急閉鎖開關……第n緊急閉鎖開關的閉鎖狀態。

進一步地，所述緊急閉鎖開關模塊包括若干個通過單根信號線順次相連的第一緊急閉鎖開關、第二緊急閉鎖開關……第n緊急閉鎖開關。

進一步地，所述第一信號收發電路的數據傳輸端分別與第一緊急閉鎖開關中的開關件的一端和第二信號收發電路的數據傳輸端相連，第一緊急閉鎖開關中的開關件的另一端分別與第二緊急閉鎖開關中的開關件的一端和第二信號收發電路的數據傳輸端相連；所述第二緊急閉鎖開關、……第n-1緊急閉鎖開關中相鄰兩個緊急閉鎖開關中，前一個緊急閉鎖開關的開關件分別與后一個緊急閉鎖開關的開關件的一端和第二信號收發電路的數據傳輸端相連，第n-1緊急閉鎖開關的數據傳輸端分別與第n緊急閉鎖開關中的開關件的一端和第二信號收發電路的數據傳輸端相連。

進一步地，所述第一信號收發電路包括第一信號發射電路和第一信號接收電路；所述第二信號收發電路包括第二信號發射電路和第二信號接收電路；

所述第一信號發射電路輸出端與第一緊急閉鎖開關中的開關件和第二信號接收電路相連，用于向第一緊急閉鎖開關……第n緊急閉鎖開關發送電流查詢信號；所述第一信號接收電路的輸入端與第一緊急閉鎖開關中的第二信號發射電路的輸出端相連，用于接收第一緊急閉鎖開關……第n緊急閉鎖開關發送的開關件閉鎖或者非閉鎖反饋信號；所述第一緊急閉鎖開關……第n緊急閉鎖開關中的開關件由控制芯片控制通斷。

進一步地，所述第一信號發射電路包括第一電流發生子電路，第一電流發生子電路的輸入端與控制芯片相連，第一電流發生子電路的輸出端與第一緊急閉鎖開關的輸入端相連；

所述第二信號發射電路分別用于產生兩種不同電流值的第二電流發生子電路和第三電流發生子電路，第二電流發生子電路和第三電流發生子電路的輸入端與控制芯片相連，第二電流發生子電路和第三電流發生子電路的輸出端相連后與位于其前方的查詢模塊的第一信號接收電路相連或者緊急閉鎖開關中的開關件相連；

所述第一信號接收電路包括第一電阻和第一比較器電路；所述第一電阻的一端與第一緊急閉鎖開關中的第二信號發射電路的輸出端相連，第一電阻的另一端與第一比較器電路的其中一個輸入端相連；所述第一比較器的輸出端與控制芯片的輸入端相連；

所述第二信號接收電路包括第二電阻和第二比較器電路；所述第二電阻的一端與位于其前方的查詢模塊的第一信號發射電路的輸出端或者緊急閉鎖開關中的開關件相連，第二電阻的另一端與第二比較器電路的其中一個輸入端相連；所述第二比較器的輸出端與控制芯片的輸入端相連。

進一步地，所述開關件為電子開關，包括第一mos管和第二mos管，所述第一mos管的柵極與控制芯片相連以接入控制信號，其漏極與第二mos管的柵極相連，其源極接地；第二mos管的源極與直流電源相連，其漏極用于與查詢模塊或者緊急閉鎖開關相連。

一種煤礦機采工作面急停閉鎖開關位置識別方法，包括以下步驟：

步驟一、將緊急閉鎖開關模塊內各順次相連的急停閉鎖開關內的開關件均置于斷開狀態，同時設定各急停閉鎖開關在響應一次查詢信號后在設定的時間內不再響應查詢信號；

步驟二、查詢模塊按照設定的頻率不斷發送查詢信號給緊急閉鎖開關模塊，緊急閉鎖開關模塊中的各個急停閉鎖開關收到查詢信號后，若該急停閉鎖開關處于閉鎖狀態，則發送閉鎖信號到查詢模塊，否則發送正常信號到查詢模塊；

步驟三、得到緊急閉鎖開關模塊中各個急停閉鎖開關的閉鎖狀態。

進一步地，所述步驟二具體包括以下步驟：

2.1查詢模塊發送第一個查詢信號，緊急閉鎖模塊中的第一緊急閉鎖開關收到查詢信號，若第一緊急閉鎖開關處于閉鎖狀態，則向發送查詢模塊發送閉鎖信號，否則發送正常信號，查詢模塊由此得到第一緊急閉鎖開關的是否閉鎖的信息，之后，將第一緊急閉鎖開關內部的開關件k1閉合；

2.2查詢模塊發送第二個查詢信號，第一緊急閉鎖開關和第二緊急閉鎖開關都能收到查詢信號，由于第一緊急閉鎖開關已經響應過一次查詢信號，在設定時間內會忽略這次查詢，只有第二緊急閉鎖開關響應此次查詢，若第二緊急閉鎖開關處于閉鎖狀態，則向發送查詢模塊發送閉鎖信號，否則發送正常信號，查詢模塊由此得到第二緊急閉鎖開關的是否閉鎖信息，之后，第二緊急閉鎖開關將其內部的開關件k2閉合；

2.3依次類推，查詢模塊發送第n（n>2）個查詢信號，前n-1個緊急閉鎖開關都能收到查詢信號，由于前n-1個急停閉鎖模塊都已經響應過一次查詢信號，且在設定時間內會忽略這次查詢，只有第n緊急閉鎖開關響應此次查詢，若第n緊急閉鎖開關處于閉鎖狀態，則向發送查詢模塊發送閉鎖信號，否則發送正常信號，查詢模塊由此得到第n緊急閉鎖開關的是否閉鎖信息。

進一步地，所述緊急閉鎖模塊包括45個緊急閉鎖開關；所述查詢模塊和各緊急閉鎖開關發送的信號持續時間為5毫秒，緊急閉鎖開關應答過一次查詢信號后，接下來的1秒內不會再應答查詢信號，緊急閉鎖開關的開關件也會持續導通1秒，1秒后開關件會自動斷開。

進一步地，所述查詢模塊發送的查詢信號為10ma電流信號；緊急閉鎖開關發送的正常信號為5ma電流信號；緊急閉鎖開關發送的閉鎖信號為10ma電流信號。

本發明的有益效果：

本發明的一種煤礦機采工作面急停閉鎖開關位置識別裝置及識別方法，包括閉鎖查詢模塊和緊急閉鎖模塊，以單根信號線傳輸緊急閉鎖模塊中各個緊急閉鎖開關的閉鎖和無閉鎖信息，并完成位置識別，避免使用現場總線，因此降低了功耗，成本更低，也不需要設置地址碼，安裝和維護變得簡單。

附圖說明

圖1為本發明煤礦機采工作面急停閉鎖開關位置識別裝置的一種實施例的整體原理示意圖；

圖2為本發明煤礦機采工作面急停閉鎖開關位置識別裝置的一種實施例的查詢模塊中的第一信號發射電路的電路圖；

圖3為本發明煤礦機采工作面急停閉鎖開關位置識別裝置的一種實施例的查詢模塊中的第一信號接收電路的電路圖；

圖4為本發明煤礦機采工作面急停閉鎖開關位置識別裝置的一種實施例的開關件的電路圖；

圖5為本發明煤礦機采工作面急停閉鎖開關位置識別方法的一種實施例的流程圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

下面結合附圖對本發明的應用原理作詳細的描述。

現有技術中的急停閉鎖開關位置識別通常是通過現場總線（rs485或can總線）傳輸地址碼來實現的，但是現場總線功耗大，能帶載的閉鎖開關數量有限，增加了電源成本；由于使用地址碼表示每個閉鎖開關地址，所以安裝時要設置每個閉鎖開關的地址碼，使得安裝和維護變得困難，因此，本發明以單根信號線傳輸閉鎖和無閉鎖信息，并完成位置識別功能，具有低功耗、接線簡單的特性。

實施例一

如圖1-4所示，一種煤礦機采工作面急停閉鎖開關位置識別裝置，包括查詢模塊和緊急閉鎖開關模塊；所述查詢模塊包括第一信號收發電路；所述緊急閉鎖開關模塊包括順次相連的第一緊急閉鎖開關、……第n緊急閉鎖開關，第一緊急閉鎖開關、……第n緊急閉鎖開關均包括開關件和第二信號收發電路；所述查詢模塊中的第一信號收發電路與第一緊急閉鎖開關的數據傳輸端相連，查詢模塊順次查詢第一緊急閉鎖開關、第二緊急閉鎖開關……第n緊急閉鎖開關的閉鎖狀態。

在本實施例的其中一種實施方式中，參見圖1，所述緊急閉鎖開關模塊包括若干個通過單根信號線順次相連的第一緊急閉鎖開關、第二緊急閉鎖開關……第n緊急閉鎖開關，以單根信號線傳輸閉鎖和無閉鎖信息，并完成位置識別功能，具有低功耗、接線簡單的特性，其中，n的值根據實際待識別的緊急閉鎖開關的個數來確定。

在本實施例的優選實施方式中，所述第一信號收發電路的數據傳輸端分別與第一緊急閉鎖開關中的開關件的一端和第二信號收發電路的數據傳輸端相連，第一緊急閉鎖開關中的開關件的另一端分別與第二緊急閉鎖開關中的開關件的一端和第二信號收發電路的數據傳輸端相連；所述第二緊急閉鎖開關、……第n-1緊急閉鎖開關中相鄰兩個緊急閉鎖開關中，前一個緊急閉鎖開關的開關件分別與后一個緊急閉鎖開關的開關件的一端和第二信號收發電路的數據傳輸端相連，第n-1緊急閉鎖開關的數據傳輸端分別與第n緊急閉鎖開關中的開關件的一端和第二信號收發電路的數據傳輸端相連，以實現能夠通過控制各個緊急閉鎖開關中的開關件的通斷順次向各個急閉鎖開關發送查詢信號，并獲得各個各個急閉鎖開關發送的閉鎖或者非閉鎖信號。

進一步地，所述第一信號收發電路包括第一信號發射電路和第一信號接收電路；所述第二信號收發電路包括第二信號發射電路和第二信號接收電路；

所述第一信號發射電路輸出端與第一緊急閉鎖開關中的開關件和第二信號接收電路相連，用于向第一緊急閉鎖開關……第n緊急閉鎖開關發送電流查詢信號；所述第一信號接收電路的輸入端與第一緊急閉鎖開關中的第二信號發射電路的輸出端相連，用于接收第一緊急閉鎖開關……第n緊急閉鎖開關發送的開關件閉鎖或者非閉鎖反饋信號；所述第一緊急閉鎖開關……第n緊急閉鎖開關中的開關件由控制芯片控制通斷。

具體地，所述第一信號發射電路包括第一電流發生子電路，第一電流發生子電路的輸入端與控制芯片相連，利用控制芯片控制第一電流發生子電路的通斷，第一電流發生子電路的輸出端與第一緊急閉鎖開關的輸入端相連；在本發明的其他實施方式中，本發明不對其具體的電路結構形式進行限定；所述控制芯片為現有技術中常見的單片機芯片、arm芯片等，這類芯片可以在市場上購買到。

所述第二信號發射電路包括用于產生兩種不同電流值的第二電流發生子電路和第三電流發生子電路，第二電流發生子電路和第三電流發生子電路的輸入端均與控制芯片相連，利用控制芯片控制第二電流發生子電路和第三電流發生子電路的通斷，從而使得第二信號發射電路輸出不同的電流值，第二電流發生子電路和第三電流發生子電路的輸出端相連后與位于其前方的查詢模塊的第一信號接收電路相連或者緊急閉鎖開關中的開關件相連（即第一緊急閉鎖開關中的第二信號發射電路與位于其前方的查詢模塊的第一信號接收電路相連，其他緊急閉鎖開關中的第二信號發射電路與與它緊鄰且位于它前方的緊急閉鎖開關中的開關件相連，這里所說的前方是按照查詢信號的電流的流向來區分的，即查詢信號的源頭方向）；所述第二信號發射電路還可以是其他形式的任意能夠產生兩種不同電流值的電路，本發明不對具體的電路結構形式進行限定。

所述第一信號接收電路包括第一電阻和第一比較器電路；所述第一電阻的一端與第一緊急閉鎖開關中的第二信號發射電路的輸出端相連，第一電阻的另一端與第一比較器電路的其中一個輸入端相連；所述第一比較器的輸出端與控制芯片的輸入端相連，用于將比較結果輸出到控制芯片；

所述第二信號接收電路包括第二電阻和第二比較器電路；所述第二電阻的一端與位于其前方的查詢模塊的第一信號發射電路的輸出端或者緊急閉鎖開關中的開關件相連，第二電阻的另一端與第二比較器電路的其中一個輸入端相連；所述第二比較器的輸出端與控制芯片的輸入端相連，用于將比較結果輸出到控制芯片。

為了便于電路設計，在實際應用中，可以將第一信號接收電路與第二信號接收電路的電路結構設置為相同結構。

所述開關件為電子開關，包括第一mos管和第二mos管，所述第一mos管的柵極與控制芯片相連以接入控制信號，其漏極與第二mos管的柵極相連，其源極接地；第二mos管的源極與直流電源相連，其漏極用于與查詢模塊或者緊急閉鎖開關相連。電子開關的通斷由控制芯片輸出的開關控制信號所控制（利用信號線接入到單片機i/o引腳），使用高低電平來控制電子開關的通斷，具體見圖4，圖4中的查詢線入和查詢線出分別代表電子開關的輸入端和輸出端。

下面結合實際應用中的具體電路，就第一收發電路與第二收發電路的工作過程進行詳細說明。

如圖2所示，所述第一信號發射電路包括能夠產生10ma電流信號的第一電流發生子電路，所述第二信號發射電路包括能夠分別產生10ma和5ma電流信號的第二電流發生子電路（圖中未示出）和第三電流發生子電路（圖中未示出），第二電流發生子電路與第一電流發生子電路結構相同；所述第三電流發生子電路與第二電流發生子電路中，除了電阻的阻值設置不同，電路的布局、除了電阻外的其他器件和連接關系均相同，當第一電流發生子電路的控制引腳findsend低電平、findrec為高電平時，查詢模塊發出10ma閉鎖查詢信號，該10ma閉鎖查詢信號通過查詢線傳送給沿線的緊急閉鎖開關；控制引腳findsend、findrec均由控制芯片（優選為單片機）的i/o口控制；當查詢模塊發送完10ma查詢信號后，將控制引腳findsend設置為高電平、findrec設置為低電平，查詢模塊開始進入接收狀態。當緊急閉鎖模塊收到查詢模塊的10ma閉鎖查詢信號后，利用第二信號發射電路發送5ma（沒有閉鎖）或者10ma（有閉鎖）信號給第一信號接收電路（如圖3所示），5ma或者10ma電流流過第一信號接收電路中的第一電阻（圖2中的r107，圖2的查詢線和圖三的查詢線是等電位，直接相連的）時，產生不同幅值的電壓，該電壓被送往第一比較器電路（圖3中的lm324芯片），分別與1.1v和3.3v電壓相比較，從而得知查詢線上的電流是5ma還是10ma，根據反饋回來的電流大小，查詢模塊通過控制芯片能夠判別出當前緊急閉鎖模塊是處于閉鎖還是非閉鎖狀態；當接收到的是5ma電流信號時，代表緊急閉鎖開關處于正常狀態（即斷開）；當接收到的是10ma電流信號時，代表緊急閉鎖開關處于閉鎖狀態。

整個煤礦機采工作面急停閉鎖開關位置識別裝置的查詢過程具體為：

查詢模塊發送第一個查詢信號，第一緊急閉鎖開關收到查詢信號，若第一緊急閉鎖開關處于閉鎖狀態，則向發送查詢模塊發送閉鎖信號，否則發送正常信號，查詢模塊由此得到第一緊急閉鎖開關的是否閉鎖的信息，之后，第一緊急閉鎖開關將其內部的開關件k1閉合；

查詢模塊發送第二個查詢信號，第一緊急閉鎖開關和第二緊急閉鎖開關都能收到查詢信號，由于第一緊急閉鎖開關已經響應過一次查詢信號，在設定時間內會忽略這次查詢，只有第二緊急閉鎖開關響應此次查詢，若第二緊急閉鎖開關處于閉鎖狀態，則向發送查詢模塊發送閉鎖信號，否則發送正常信號，查詢模塊由此得到第二緊急閉鎖開關的是否閉鎖信息，之后，第二緊急閉鎖開關將其內部的開關件k2閉合；

依次類推，查詢模塊發送第n（n>2）個查詢信號，前n-1個緊急閉鎖開關都能收到查詢信號，由于前n-1個急停閉鎖模塊都已經響應過一次查詢信號，且在設定時間內會忽略這次查詢，只有第n緊急閉鎖開關響應此次查詢，若第n緊急閉鎖開關處于閉鎖狀態，則向發送查詢模塊發送閉鎖信號，否則發送正常信號，查詢模塊由此得到第n緊急閉鎖開關的是否閉鎖信息。

綜上所述：

本發明的一種煤礦機采工作面急停閉鎖開關位置識別裝置，包括閉鎖查詢模塊和緊急閉鎖模塊，以單根信號線傳輸緊急閉鎖模塊中各個緊急閉鎖開關的閉鎖和無閉鎖信息，并完成位置識別，避免使用現場總線，因此降低了功耗，成本更低，也不需要設置地址碼，安裝和維護變得簡單。

實施例二

如圖5所示，一種煤礦機采工作面急停閉鎖開關位置識別方法，包括以下步驟：

步驟一、設定各順次相連的急停閉鎖開關內的開關件均處于斷開狀態，同時設定各急停閉鎖開關在響應一次查詢信號后在設定的時間內不再響應查詢信號；

步驟二、查詢模塊按照設定的頻率不斷發送查詢信號給緊急閉鎖開關模塊，緊急閉鎖開關模塊中的各個急停閉鎖開關收到查詢信號后，如果該急停閉鎖開關處于閉鎖狀態，則發送閉鎖信號到查詢模塊，否則發送正常信號到查詢模塊；

步驟三、得到緊急閉鎖開關模塊中各個急停閉鎖開關的閉鎖狀態。

優選地，所述步驟二具體包括以下步驟：

2.1查詢模塊發送第一個查詢信號，第一緊急閉鎖開關收到查詢信號，若第一緊急閉鎖開關處于閉鎖狀態，則向發送查詢模塊發送閉鎖信號，否則發送正常信號，查詢模塊由此得到第一緊急閉鎖開關的是否閉鎖的信息，之后，第一緊急閉鎖開關將其內部的開關件k1閉合；

2.2查詢模塊發送第二個查詢信號，第一緊急閉鎖開關和第二緊急閉鎖開關都能收到查詢信號，由于第一緊急閉鎖開關已經響應過一次查詢信號，在設定時間內會忽略這次查詢，只有第二緊急閉鎖開關響應此次查詢，若第二緊急閉鎖開關處于閉鎖狀態，則向發送查詢模塊發送閉鎖信號，否則發送正常信號，查詢模塊由此得到第二緊急閉鎖開關的是否閉鎖信息，之后，第二緊急閉鎖開關將其內部的開關件k2閉合；

2.3依次類推，查詢模塊發送第n（n>2）個查詢信號，前n-1個緊急閉鎖開關都能收到查詢信號，由于前n-1個急停閉鎖模塊都已經響應過一次查詢信號，且在設定時間內會忽略這次查詢，只有第n緊急閉鎖開關響應此次查詢，若第n緊急閉鎖開關處于閉鎖狀態，則向發送查詢模塊發送閉鎖信號，否則發送正常信號，查詢模塊由此得到第n緊急閉鎖開關的是否閉鎖信息。

在本實施例的一種實施方式中，所述緊急閉鎖模塊包括45個緊急閉鎖開關，緊急閉鎖模塊中緊急閉鎖開關的數量存儲在查詢模塊中，查詢模塊一共發出45個查詢信號；所述查詢模塊和各緊急閉鎖開關發送的信號持續時間為5毫秒，緊急閉鎖開關應答過一次查詢信號后，接下來的1秒內不會再應答查詢信號，緊急閉鎖開關的開關件也會持續導通1秒，1秒后開關件會自動斷開。

優選地，所述查詢模塊發送的查詢信號為10ma電流；因為緊急閉鎖開關大部分時間處于非閉鎖模式，發送正常信號，為了節省功耗，所以設定正常信號為5ma電流，閉鎖信號為10ma電流。

本實施例中的一種煤礦機采工作面急停閉鎖開關位置識別方法可以依托于實施例一中的煤礦機采工作面急停閉鎖開關位置識別裝置來實現。

以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。