專利名稱：一種x射線礦用傳送帶監測系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種X射線礦用傳送帶監測系統。
背景技術：
煤礦的井下傳送帶是開采原煤的唯一輸送通道，傳送帶發生故障會導致原煤無法輸送至井上，從而使生產陷于停頓，造成經濟損失。所以隨時掌握傳送帶的運行情況，監測傳送帶的接頭、斷頭，能夠及時發現問題，避免造成損失。最初的傳送帶監測全由人工完成，通過X射線照射傳送帶，查看傳送帶內鋼絲的接頭、斷頭情況，再匯報給井上指揮中心進行處理。由人工操作的X射線監測設備只能工作很短一段時間，否則發出的X射線對人體有害，這對于需要連續監測的長達數千米的傳送帶來說是很不可行的。隨著煤礦自動化技術的進步，出現了采用X射線監測設備加防爆工控機構成的傳送帶監測系統，X射線源放置于傳送帶的下方，X射線采集板放置于傳送帶的上方，X射線采集板輸出的采集信號通過雙絞排線輸入到防爆工控機內的接口卡，通過防爆工控機內的軟件轉換為以太網信號由光纖收發器輸入光纖，再經井上的光纖收發器后輸入井上控制計算機。并由控制計算機進行存儲、分析、顯示。系統能自動監測傳送帶內鋼絲的接頭、斷頭和傳送帶的傳送速度，并能計算出接頭、斷頭的位置、長度，為地面指揮中心決策提供了直觀可靠的依據。所以相對于人工監測，這個系統是一個進步，但是該系統具有局限性:1、需要采用昂貴的防爆工控機在井下采集X射線采集板輸出的采集信號；2、需要在防爆工控機中運行較復雜的協議轉換軟件，將X光采集信號封裝入IP幀進行傳送，而且由于X光采集信號數據量大(達到200Mbps以上)，需要采用千兆光纖以太網進行傳輸。由于井下有各種大型施工機械及電機等強電設備，使井下的電磁環境復雜、干擾大，防爆工控機、千兆以太收發器等設備容易受到干擾，使千兆以太網的丟包率增大，無法保證大數據流量實時傳輸的要求。
發明內容
針對現有技術存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種X射線礦用傳送帶監測系統。利用光纖高速復接傳輸技術傳輸X射線采集信號，取消了井下防爆工控機，并通過X射線采集數據和以太網信號的復接光傳輸，提高了系統抗干擾能力和可靠性。為達到上述目的，本發明采用下述技術方案:
一種X射線礦用傳送帶監測系統，包括X射線源、X射線采集板、速度傳感器、防爆攝像機、礦井下的下位通信控制器、礦井上的上位通信控制器和控制計算機，控制計算機通過上位通信控制器、光纖連接到下位通信控制器；所述的下位通信控制器連接井下的X射線采集板、速度傳感器、防爆攝像機，將X射線采集信號、視頻輸入信號、速度信號變換為光信號發送至光纖；所述的下位通信控制器連接井下的X射線源，通過發送X射線源控制信號開啟或關斷X射線源；所述的下位通信控制器連接井下的X射線采集板，轉發X射線采集板控制信號；所述的上位通信控制器接收光纖的信號，還原出各種信號后通過USB接口發送到控制計算機；所述的上位通信控制器接收來自控制計算機的指令信號，通過光纖發送給下位通信控制器；控制計算機通過上位通信控制器及下位通信控制器采集傳送帶X射線傳感信號，并進行存儲、顯示，從而實現對井下傳送帶的實時監測。上述的下位通信控制器由輸入系統和輸出系統構成，其輸入系統是:由50針接口輸入的并行X射線采集信號經隔離485接口后輸入下位復接器，視頻輸入信號經視頻采樣芯片后輸入下位復接器，下位100M以太接口經下位以太交換芯片變換為下位以太網MII接口的上行信號后輸入下位復接器，速度信號接口送來的速度信號經光耦隔離后輸入下位復接器，上述信號在下位復接器中復接為高速信號后輸入下位千兆光模塊；其輸出系統是:下位千兆光模塊輸出的高速信號經下位解復接器解出三路信號，一路經485接口后輸出X射線采集板控制信號，第二路輸出下位以太網MII接口下行信號，經下位以太交換芯片輸出至下位100M以太接口，第三路輸出X射線源控制信號，用以控制繼電器。上述的上位通信控制器由輸入系統和輸出系統構成，其輸入系統是:上位千兆光模塊輸出的高速信號經上位解復接器解出三路信號，第一路為并行視頻數字信號，經視頻數模轉換器變換為視頻輸出信號，第二路為并行X射線采集信號，經USB轉換器后輸出至USB接口，第三路為上位以太網MII接口的上行信號，經上位以太交換芯片變換為100M以太網信號，通過上位100M以太接口輸出；其輸出系統是:上位以太交換芯片輸出的上位以太網MII接口下行信號及USB轉換器輸出的X射線采集板控制信號，經上位復接器復接為高速信號后輸出至上位千兆光模塊。本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點:
1、采用X射線檢測傳送帶內部鋼絲繩的接頭與斷頭，比采用磁傳感器更加直觀，減少誤報；2、整個檢測過程全部自動完成，無須人工查看輸送帶內部狀況，消除了 X射線對人體的損害，提高了探測準確度；3、采用高速數字復接技術傳輸X射線傳感信號，使下位通信控制器結構簡單，避免了采用昂貴的防爆工控機及軟件出錯造成的系統故障；4、上位通信控制器通過USB接口將X射線采集數據傳輸到控制計算機，數據傳輸速率高、可靠性好、時延小；5、建立了視頻監控通道，可以對X射線采集系統及傳送帶運行情況進行實時監測；6、建立了一個100M以太網通道，可以傳輸工控以太網等信號。
圖1本發明的X射線礦用傳送帶監測系統實施例的系統結構圖。圖2下位通信控制器原理框圖。圖3上位通信控制器原理框圖。
具體實施例方式本發明一種X射線礦用傳送帶監測系統的優選實施例詳述如下:
參見圖1，在上行方向，X射線采集板2輸出的采集信號13、速度傳感器10輸出的速度信號11、防爆攝像機12輸出的視頻輸入信號17及下位以太網接口 20輸入的以太網信號輸入下位通信控制器15，變換為上行光信號(1310nm波長)輸入光纖9，經上位通信控制器16后直接輸出視頻輸出信號18及經上位以太網接口 21輸出的100M以太信號，速度信號及X射線采集信號經USB接口 19輸入井上控制計算機7進行存儲和處理。
在下行方向，井上控制計算機7通過USB接口 19發出的控制信號及上位以太網接口 21輸入的下行信號經上位通信控制器16變換為1550nm光信號后輸入至光纖9,經下位通信控制器15光電變換后輸出X射線源控制信號14、X射線采集板控制信號34及輸出到下位以太網接口 20的100M以太網下行信號。圖2為下位通信控制器原理框圖，在上行方向，下位復接器31接收4個輸入信號，分別是:1)視頻輸入信號17經視頻采樣芯片26后輸出的并行數字信號；2)速度信號11經光耦22隔離后的信號；3)由X射線采集板2經50針接口 25輸入的采集信號13，經隔離485接口 27變換為并行采集信號，隔離485接口 27使外部的輸入和內部的電路隔離，以符合煤礦本安要求；4)下位100M以太網接口 20經下位以太交換芯片29變換輸出的下位媒質無關接口(MII)30的并行上行信號。上述4個信號經下位復接器31復接為高速串行碼流后輸入下位千兆光模塊33的發送端,變換為1310nm光信號后發送。在下行方向，下位千兆光模塊33接收來自上位通信控制器16的下行信號，變換為電信號后輸入下位解復接器32，輸出以下3個信號:1)經隔離485接口 28輸出X射線采集板控制信號34 ;2)下位以太MII接口 30的并行下行信號，經下位以太交換芯片29輸出至下位100M以太接口 20 ;3)X射線源控制信號14，控制繼電器23的導通和關斷，用以開啟或關斷X射線源I。下位復接器31和下位解復接器32采用工業級的單片復接芯片，以提高抗干擾能力和簡化電路設計。圖3為上位通信控制器16原理框圖，在上行方向，由下位通信控制器15通過光纖9發送來的光信號經上位千兆光模塊42的光接收部分變換為高速串行電信號進入下位解復接器35，解出以下3路信號:1)并行采集信號，經USB轉換器38轉換為USB信號經USB接口 19輸出，USB轉換器38由FPGA芯片和USB物理層接口芯片構成；2)并行數字視頻信號，經視頻數模轉換37后輸出視頻輸出信號25 ;3)上位MII接口 40的上行信號，經上位以太交換芯片39后輸出至上位100M以太接口 21。上位解復接器35采用與下位通信控制器15的下位復接器31配對的工業級解復接芯片。在下行方向，USB轉換器38輸出的X射線采集板控制信號34與上位以太MII接口 40的并行下行信號在上位復接器36中復接后輸入上位千兆光模塊42,變換為1550nm光信號后經光纖9發送。上位復接器36米用與下位通信控制器15的下位解復接器32配對的工業級復接芯片。由于上行復接信號的速率較高而下行復接信號的速率較低，所以上行復接、解復接芯片對和下行復接、解復接芯片對采用了不同速率的復接芯片，千兆光模塊也采用了上行速率高、下行速率低的非對稱光模塊，從而降低了系統成本。由圖2、3可以看出，本發明中井下的下位通信控制器完全由硬件構成，而且都采用成熟的工業級芯片，具有很強的抗干擾能力。下位通信控制器和上位通信控制器中的復接/解復接器將X光采集信號和速度信號通過USB接口送交井上控制計算機7處理，將系統中最關鍵的、軟件工作量最大的數據處理部分由井上控制計算機完成。由于井上控制計算機位于地面的控制機房中，各種干擾、溫濕度、粉塵環境等要比井下好很多，因此使硬件受到破壞、軟件受到干擾的可能性比采用井下防爆工控機的系統要小很多，只需采用普通的工控機實現。這些措施使本發明構成的系統的抗干擾能力和可靠性有了極大的提高，成本也大為降低。系統還提供了視頻監控通道，可以對X射線采集系統及傳送帶運行情況進行實時監測。系統建立了一個100M以太網通道，可以傳輸工控以太網等信號，并為系統擴展打下了基礎。
權利要求
1.一種X射線礦用傳送帶監測系統，包括X射線源(l)、x射線采集板(2)、速度傳感器(10)、防爆攝像機(12)、礦井下的下位通信控制器(15)、礦井上的上位通信控制器(16)和控制計算機(7 )，其特征在于，控制計算機(7 )通過上位通信控制器(16 )、光纖(9 )連接到下位通信控制器(15);所述的下位通信控制器(15)連接井下的X射線采集板(2)、速度傳感器(10)、防爆攝像機(12)，將X射線采集信號(13)、視頻輸入信號(17)、速度信號(11)變換為光信號發送至光纖(9);所述的下位通信控制器(15)連接井下的X射線源(I )，通過發送X射線源控制信號(14)開啟或關斷X射線源(I);所述的下位通信控制器(15)連接井下的X射線采集板(2)，轉發X射線采集板控制信號(34);所述的上位通信控制器(16)接收光纖(9)的信號，還原出各種信號后通過USB接口(19)發送到控制計算機(7);所述的上位通信控制器(16 )接收來自控制計算機(7 )的指令信號，通過光纖(9 )發送給下位通信控制器(15)；控制計算機(7)通過上位通信控制器(16)及下位通信控制器(15)采集傳送帶X射線傳感信號，并進行存儲、顯示，從而實現對井下傳送帶的實時監測。
2.根據權利要求1所述的X射線礦用傳送帶監測系統，其特征在于，所述的下位通信控制器(15)由輸入系統和輸出系統構成，其輸入系統是:由50針接口(25)輸入的并行X射線采集信號(13)經隔離485接口(27)后輸入下位復接器(31)，視頻輸入信號(17)經視頻采樣芯片(26 )后輸入下位復接器(31 )，下位100M以太接口( 20 )經下位以太交換芯片(29 )變換為下位以太網MII接口(30)的上行信號后輸入下位復接器(31)，速度信號接口(24)送來的速度信號(11)經光耦(22 )隔離后輸入下位復接器(31)，上述信號在下位復接器(31)中復接為高速信號后輸入下位千兆光模塊(33);其輸出系統是:下位千兆光模塊(33)輸出的高速信號經下位解復接器(32)解出三路信號，一路經485接口(28)后輸出X射線采集板控制信號(34)，第二路輸出下位以太網MII接口(30)下行信號，經下位以太交換芯片(29)輸出至下位100M以太接口(20)，第三路輸出X射線源控制信號(14)，用以控制繼電器(23)。
3.根據權利要求1所述的X射線礦用傳送帶監測系統，其特征在于，所述的上位通信控制器(16)由輸入系統和輸出系統構成,其輸入系統是:上位千兆光模塊(42)輸出的高速信號經上位解復接器(35)解出三路信號，第一路為并行視頻數字信號，經視頻數模轉換器(37)變換為視頻輸出信號(18)，第二路為并行X射線采集信號，經USB轉換器(38)后輸出至USB接口( 19)，第三路為上位以太網MII接口(40)的上行信號，經上位以太交換芯片(39)變換為100M以太網信號，通過上位100M以太接口(21)輸出；其輸出系統是:上位以太交換芯片(39)輸出的上位以太網MII接口(40)下行信號及USB轉換器(38)輸出的X射線采集板控制信號(34 )，經上位復接器(36 )復接為高速信號后輸出至上位千兆光模塊(42 )。
全文摘要
本發明涉及一種X射線礦用傳送帶監測系統，包括X射線源、X射線采集板、速度傳感器、防爆攝像機、礦井下的下位通信控制器、礦井上的上位通信控制器和控制計算機，下位通信控制器將X射線采集信號復接為高速光信號后發送至上位通信控制器，上位通信控制器將信號解復接為原始采集信號經USB口送至控制計算機處理。本發明中上、下位通信控制器完全由硬件構成，具有很強的抗干擾能力，控制計算機只需采用通用工控機，取消了昂貴的防爆計算機，降低了系統成本。
文檔編號G08C23/00GK103163161SQ20131011812
公開日2013年6月19日 申請日期2013年4月8日 優先權日2013年4月8日
發明者宋英雄, 陳健, 李穎東, 張俊杰, 李迎春, 周成, 李俊明 申請人:上海大學, 太原市華瑞百特測控科技有限公司