智能化煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及煤礦井下瓦斯監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種智能化煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在煤礦井下作業(yè)，由于受地質(zhì)條件、環(huán)境及有毒有害氣體的影響，各種礦難事故頻頻發(fā)生，對(duì)生命與財(cái)產(chǎn)造成了嚴(yán)重的破壞性。特別是瓦斯，瓦斯是貯存在煤層中的烴類氣體，主要成份為甲烷，是易燃易爆的氣體，對(duì)煤礦安全生產(chǎn)有著重大的威脅。為了保障工作人員的生命安全，需要對(duì)煤礦瓦斯的濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。
[0003]目前，煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)主要采用有線監(jiān)控方式，由于井下工況條件十分惡劣，有線系統(tǒng)經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生故障，在工作面推進(jìn)時(shí)布線維護(hù)困難，智能化程度較低，成本也較高，受干擾影響較大，尤其在解決實(shí)時(shí)控制問題上顯得力不從心。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)采用有線監(jiān)控存在諸多缺陷的問題，提供了一種智能化煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，通過模糊控制器可根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)自動(dòng)控制，具有智能性和穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。
[0005]本實(shí)用新型是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:智能化煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，包括若干設(shè)置于井下用于實(shí)時(shí)采集環(huán)境參數(shù)信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的現(xiàn)場(chǎng)傳感器，還包含微處理器、現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)顯示模塊、報(bào)警器、存儲(chǔ)器、模糊控制器、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)傳感器與微處理器之間采用紅外遙控發(fā)射接收器通信，微處理器的信號(hào)輸出端經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，微處理器的信號(hào)輸出端與模糊控制器、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、顯示模塊、報(bào)警器以及存儲(chǔ)器采用CAN總線傳輸數(shù)據(jù)。
[0006]所述的現(xiàn)場(chǎng)傳感器包括高度傳感器、水位傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、沼氣傳感器、開停傳感器、閥位傳感器。
[0007]所述的微處理器由主控制器和從控制器組成，均采用W77E58單片機(jī)。
[0008]所述的模糊控制器采用日本島電SR94，顯示模塊采用DST2001PHTFTLCD薄膜晶體管液晶顯示模塊，報(bào)警器采用HSG-V型聲光報(bào)警器。
[0009]所述的存儲(chǔ)器由參數(shù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和采樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器組成，其中參數(shù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用EEPROM芯片X5045，采樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用非易失性隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器N0VRAM。
[0010]采用本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，智能化煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)主要由微處理器、現(xiàn)場(chǎng)傳感器、現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、紅外發(fā)射接收器、CAN總線通信模塊、顯示模塊、報(bào)警器、存儲(chǔ)器、模糊控制器、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)等組成。首先各種現(xiàn)場(chǎng)傳感器將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，微處理器完成對(duì)輸入信號(hào)采樣的控制以及對(duì)數(shù)據(jù)的處理，并根據(jù)處理結(jié)果完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制，同時(shí)，與模糊控制器、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、顯示模塊、報(bào)警器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，將數(shù)據(jù)上傳和顯示。一旦數(shù)據(jù)達(dá)到預(yù)先設(shè)置值，報(bào)警電路啟動(dòng)；顯示模塊由四位顯示屏、八位顯示屏、開關(guān)量顯示板和時(shí)間板組成，可方便提醒工作人員；模糊控制器比PID控制器具有高度的智能性，控制精度高，它可以根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)具有良好的控制效果;傳感器與微處理器之間采用紅外通信，微處理器與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)之間采用CAN總線通信。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型結(jié)合模糊控制技術(shù)，采用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)、還具有良好的穩(wěn)定性和可靠性，使煤礦瓦斯監(jiān)控在智能化、自動(dòng)化方面的優(yōu)化改造得到了極好的硬件支持，由此保證了綜合防災(zāi)抗災(zāi)能力的有效增強(qiáng)，安全事故隱患極大減少，具有了真正意義上的硬件保障，從而能使井下安全生產(chǎn)得到保障，可廣泛應(yīng)用于煤礦井下各類巷道、工作面切眼或其他礦山、隧道等需要安裝使用的地點(diǎn)。
【附圖說明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)控制原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]智能化煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，包括若干設(shè)置于井下用于實(shí)時(shí)采集環(huán)境參數(shù)信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的現(xiàn)場(chǎng)傳感器，還包含微處理器、現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)顯示模塊、報(bào)警器、存儲(chǔ)器、模糊控制器、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)傳感器與微處理器之間采用紅外遙控發(fā)射接收器通信，微處理器的信號(hào)輸出端經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，微處理器的信號(hào)輸出端與模糊控制器、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、顯示模塊、報(bào)警器以及存儲(chǔ)器采用CAN總線傳輸數(shù)據(jù)。
[0014]壓力傳感器采用GPD60礦用壓力傳感器，它是集壓力檢測(cè)、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)通信為一體的新型礦用傳感器，它具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、低功耗、工作可靠、穩(wěn)定性好、精度高、易于實(shí)現(xiàn)和后續(xù)數(shù)據(jù)處理利用功能強(qiáng)等特點(diǎn)。當(dāng)傳感器與微處理器通信不正常時(shí)，微處理器可根據(jù)具體情況發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)。由于微處理器要求的通信通道較多，并希望得到高的實(shí)時(shí)性，故采用兩個(gè)微處理器協(xié)調(diào)工作，一個(gè)微處理器做主控制器，完成大部分?jǐn)?shù)據(jù)采集、處理和通信工作；另一微處理器作為從控制器，協(xié)同主控制器工作，兩個(gè)控制器均采用W77E58單片機(jī)，它與標(biāo)準(zhǔn)的8051相兼容的全新核心的微處理器，在相同的周期里執(zhí)行8051的指令比最初的8051快1.5-3倍，電源消耗也做了改進(jìn)采用靜態(tài)CMOS設(shè)計(jì)，可以工作于較低的時(shí)鐘頻率下，32K的EEPROM程序段和IK的外部SRAM可以省去外部的擴(kuò)展存儲(chǔ)器，并可以為用戶保留更多的引腳。兩個(gè)控制器完成對(duì)輸入信號(hào)采樣的控制以及對(duì)數(shù)據(jù)的處理，并根據(jù)處理結(jié)果完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制，同時(shí)，與模糊控制器、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、顯示板、時(shí)間板通過CAN總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，將數(shù)據(jù)上傳和顯示。系統(tǒng)可對(duì)監(jiān)測(cè)參數(shù)設(shè)置報(bào)警值和斷電值，一旦數(shù)據(jù)達(dá)到預(yù)先設(shè)置值，報(bào)警電路啟動(dòng)，相應(yīng)信號(hào)閃爍，提醒工作人員及時(shí)處理；顯示模塊由四位顯示屏、八位顯示屏、開關(guān)量顯示板和時(shí)間板組成，可方便提醒工作人員;模糊控制器采用日本島電SR94，它比PID控制器具有高度的智能性，控制精度高，它可以根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)具有良好的控制效果;現(xiàn)場(chǎng)傳感器與微處理器之間采用紅外遙控發(fā)射器SC50462和接收器通信，微處理器與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)之間采用CAN總線通信;該系統(tǒng)有大量的重要數(shù)據(jù)需要斷電保存，這些數(shù)據(jù)可分為兩類，一類是一些需設(shè)置的參數(shù)，這些參數(shù)要求系統(tǒng)掉電后重啟后無(wú)需重新設(shè)置，該類數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存采用EEPROM芯片X5045，它是一種3合I功能芯片，其具有EEPR0M、電壓跌落檢測(cè)、看門狗復(fù)位，是兼有存儲(chǔ)監(jiān)測(cè)單片機(jī)系統(tǒng)的最佳選擇；另一類是當(dāng)系統(tǒng)與上位計(jì)算機(jī)通信中斷時(shí)，要儲(chǔ)存的兩個(gè)小時(shí)采樣數(shù)據(jù)，該類數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)采用非易失性隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器NOVRAM;顯示模塊采用的是DST2001PH TFTLCD薄膜晶體管液晶顯示模塊，采用16位真彩顯示，320*240的分辨率，自帶觸摸屏，可作為控制輸入;HSG-V型聲光報(bào)警器為全不銹鋼防爆設(shè)計(jì)，采用專用IC電路，超亮發(fā)光管，具有工作穩(wěn)定使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，可與各種氣體檢測(cè)設(shè)備配套構(gòu)成監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。
[0015]結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的智能化煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，如圖1所示，系統(tǒng)工作時(shí)，首先，各種現(xiàn)場(chǎng)傳感器采集各樣的數(shù)據(jù)信息，并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，通過紅外遙控發(fā)射接收器傳遞給微處理器，一方面將處理后的數(shù)據(jù)輸出經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制；另一方面，將數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示，并將數(shù)據(jù)上傳給模糊控制器和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，模糊控制器可根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)判斷數(shù)據(jù)信息是否超限，如果超限，自動(dòng)啟動(dòng)聲光報(bào)警。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種智能化煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是包括若干設(shè)置于井下用于實(shí)時(shí)采集環(huán)境參數(shù)信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的現(xiàn)場(chǎng)傳感器，還包含微處理器、現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)顯示模塊、報(bào)警器、存儲(chǔ)器、模糊控制器、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)傳感器與微處理器之間采用紅外遙控發(fā)射接收器通信，微處理器的信號(hào)輸出端經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，微處理器的信號(hào)輸出端與模糊控制器、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、顯示模塊、報(bào)警器以及存儲(chǔ)器采用CAN總線傳輸數(shù)據(jù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是現(xiàn)場(chǎng)傳感器包括高度傳感器、水位傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、沼氣傳感器、開停傳感器、閥位傳感器。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的智能化煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是微處理器由主控制器和從控制器組成，均采用W77E58單片機(jī)。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的智能化煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是模糊控制器采用日本島電SR94，顯示模塊采用DST2001PH TFTLCD薄膜晶體管液晶顯示模塊，報(bào)警器采用HSG-V型聲光報(bào)警器。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的智能化煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是存儲(chǔ)器由參數(shù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和采樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器組成，其中參數(shù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用EEPROM芯片X5045，采樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用非易失性隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器N0VRAM。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及煤礦井下瓦斯監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種智能化煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，解決現(xiàn)有瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)采用有線監(jiān)控存在諸多缺陷的問題，包括若干現(xiàn)場(chǎng)傳感器，還包含微處理器、現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)顯示模塊、報(bào)警器、存儲(chǔ)器、模糊控制器、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)傳感器與微處理器之間采用紅外遙控發(fā)射接收器通信，微處理器的信號(hào)輸出端經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，微處理器的信號(hào)輸出端與模糊控制器、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、顯示模塊、報(bào)警器以及存儲(chǔ)器采用CAN總線傳輸數(shù)據(jù)。結(jié)合模糊控制技術(shù)，采用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)、還具有良好的穩(wěn)定性和可靠性，使煤礦瓦斯監(jiān)控在智能化、自動(dòng)化方面的優(yōu)化改造得到了極好的硬件支持。
【IPC分類】E21F17/18
【公開號(hào)】CN205225336
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201521034277
【發(fā)明人】范子榮
【申請(qǐng)人】山西大同大學(xué)
【公開日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2015年12月14日