專利名稱：一種基于控制局域網(wǎng)絡技術的煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于煤礦安全監(jiān)測技術領域，特別涉及利用控制局域網(wǎng)絡技術、感應技術以及自動化技術所集成的礦井安全狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術：
煤炭作為重要的能源，對人民的生產(chǎn)生活具有特殊的意義。隨著工業(yè)的發(fā)展，對于煤炭資源的用量逐年增加，這就在一定程度上要求要加快煤炭開采速度來滿足能源需求。但是，開采礦井的生產(chǎn)容量增加的同時，安全監(jiān)測技術卻沒有及時的更新或更好的被應用，甚至一些礦主為節(jié)約成本在礦井下根本就不安裝檢測或監(jiān)測設備。而上述種種情況也直接導致了煤礦事故頻頻發(fā)生，人民的生命和國家的財產(chǎn)都受到了威脅，建立現(xiàn)代化的煤礦安全監(jiān)測預警系統(tǒng)已成為煤礦生產(chǎn)現(xiàn)代化的標志之一。
控制局域網(wǎng)絡(Control Area Network以下簡稱CAN現(xiàn)場總線)，屬于總線式串行通信網(wǎng)絡。由于采用了許多新技術和獨特的設計思想，與同類產(chǎn)品相比，CAN總線在數(shù)據(jù)通信方面具有可靠、實時和靈活的優(yōu)點。CAN國際標準化的制定，推動了它的發(fā)展和應用。而傳感器技術的發(fā)展，特別是氣體探測技術的發(fā)展，可以將瓦斯等氣體的濃度及時感應出來。總體來說，近年來現(xiàn)場總線技術、傳感技術、計算機技術等的發(fā)展，為煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了技術保障，并為煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)的智能化以及持續(xù)發(fā)展提供了動力根據(jù)近年來中國煤礦頻發(fā)事故的調(diào)查，煤礦事故80％是由瓦斯泄露造成的，可以說，遏制瓦斯在礦井中的含量，就可以避免大量的煤礦事故。傳統(tǒng)的進行瓦斯探測的方法是由一定數(shù)量的井下人員攜帶瓦斯探測器，利用瓦斯探測儀器對礦井下的瓦斯含量進行監(jiān)測，然后進行判斷，一旦瓦斯含量超標，探測儀器報警。但井下工作人員有時不能夠及時發(fā)現(xiàn)探測器工作狀態(tài)，這也增加了煤炭事故的概率。這種方法在一定程度上不能滿足煤礦安全監(jiān)測的要求。探測儀器報警即使被發(fā)現(xiàn)，也只能采取人為手段進行疏散人員，不能利用各種先進技術進行自動化聯(lián)動控制。而且，井上管理人員通常只能靠人工通知對各種井下情況進行了解，不能對井下人員具體方位進行確定，這給出現(xiàn)事故后的營救工作帶來了困難。總之，井上管理人員了解情況實時性不強，不能夠及時地向井下發(fā)布各種命令和措施。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種基于控制局域網(wǎng)絡(CAN總線)技術的煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)γ旱V礦井瓦斯等氣體進行監(jiān)測、對人員進行定位，利用CAN總線進行信號傳輸、控制中心進行數(shù)據(jù)處理，并根據(jù)實際情況做出相應策略。
本實用新型設計的基于控制局域網(wǎng)絡技術的煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括設置在井上的監(jiān)測中心設備和設置在井下工作區(qū)域的多個井下數(shù)據(jù)監(jiān)測單元及多個井下人員定位單元，所述各井上、進下設備均連接在CAN總線上形成一個監(jiān)測系統(tǒng)；所述井上的監(jiān)測中心設備核心設備為一臺嵌有預先編制的處理控制軟件程序的計算機及輔助設備；所述每個井下數(shù)據(jù)監(jiān)測單元包括一臺CAN控制器，該CAN控制器一端分別與該控制器相連的井下設備相連，另一端與CAN總線相連；所述井下人員定位單元包括佩帶在進下人員頭上的具有無線發(fā)射器的感應礦燈和設置在井下工作區(qū)域的多個具有無線接收器的CAN接收器，每個CAN接收器均與CAN總線相連。
本實用新型的工作原理運用瓦斯探測器對礦井下的瓦斯含量進行監(jiān)測，這些監(jiān)測數(shù)據(jù)送入和其相連的CAN控制器，瓦斯含量實時得到監(jiān)測并定時將瓦斯含量信號傳送給控制中心；一旦瓦斯含量超標，控制器啟動排風、排水、聲光報警，同時也將報警信息利用CAN總線傳到井上控制中心上，控制中心再進一步進行應急策略。同時，為了便于管理井下工作人員，將井下工作人員配備感應礦燈，這種礦燈可以以無線形式發(fā)信號給與CAN總線相連的接收器，接收器將信號傳輸給控制中心，控制中心根據(jù)傳輸信號來判斷工作人員的位置，可以便于考察工作人員，也為意外事故對受困人員位置定位提供參考。
本實用新型的優(yōu)點在于將瓦斯探測器及井下其它設備相連在現(xiàn)場總線上，與控制中心的設備共同構(gòu)成煤礦安全監(jiān)測預警系統(tǒng)，利用先進的現(xiàn)場CAN總線技術解決了實時監(jiān)測礦井環(huán)境、對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行處理、及時預報警情、事故中聯(lián)動控制、人員定位等問題，整個系統(tǒng)能及時反映情況；采用兩導線的現(xiàn)場CAN總線可以節(jié)約布設導線的費用和節(jié)省安裝時間；采用CAN現(xiàn)場總線還可以防止導線數(shù)量過多帶來的故障?？傊鲜鎏攸c決定了煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)具有廣闊的前景和實用價值。


圖1為本實用新型的煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)總體組成結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本實用新型的井下數(shù)據(jù)監(jiān)測單元組成結(jié)構(gòu)框圖；圖3為本實用新型的人員定位單元組成結(jié)構(gòu)框圖；圖4為本實用新型的CAN控制器電路組成示意圖。
具體實施方式
本實用新型設計的基于CAN現(xiàn)場總線技術的煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)附圖及實施例詳細說明如下本實用新型的煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)總體組成結(jié)構(gòu)如圖1所示，該系統(tǒng)包括設置在井上的監(jiān)測中心設備和設置在井下工作區(qū)域的多個井下數(shù)據(jù)監(jiān)測單元及多個井下人員定位單元，所述各井上、進下設備均連接在CAN總線上形成一個監(jiān)測系統(tǒng)。
上述各部分的具體組成實施例分別說明如下上述井上的監(jiān)測中心設備核心設備為一臺(或幾臺)計算機(本實施例采用的型號為TH-9135)及嵌入其中預先編制的處理控制軟件程序(屬于本領域的常規(guī)技術)，還可設有電話、打印機等輔助設備。
監(jiān)測中心可通過CAN總線傳輸?shù)木卤O(jiān)測數(shù)據(jù)進行實時處理、及時將報警等信息或命令發(fā)給井下各個控制器及相應設備進行預報警情及相應處理，并根據(jù)實際情況做出相應策略。
上述每個井下數(shù)據(jù)監(jiān)測單元的組成實施例結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括一臺CAN控制器，該CAN控制器一端分別與該控制器相連的井下設備(本實施例包括瓦斯探測器、排水設備、排風設備、聲光報警等設備，可根據(jù)實際情況增減或改變)相連，另一端與CAN總線相連。
本實施例的井下數(shù)據(jù)監(jiān)測單元可針對礦井工作區(qū)域的實際情況，對瓦斯探測器、排水設備、排風設備、聲光報警設備進行優(yōu)化布設，以保證整個區(qū)域內(nèi)均能得到監(jiān)測，然后將各設備連接到CAN控制器上。本實施例的CAN控制器由具備低功耗、大存儲量、多中斷等特點的SJA1000作為通信控制器和AT90S8515作為信號處理器共同組成，這樣，CAN控制器就可將各設備采集的各種數(shù)據(jù)進行處理后通過CAN總線傳送到井上的控制中心設備，實現(xiàn)對該區(qū)域的情況監(jiān)測。
上述井下人員定位單元的實施例組成結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括佩帶在進下人員頭上的具有無線發(fā)射器的感應礦燈和設置在井下工作區(qū)域的多個具有無線接收器的CAN接收器(CAN接收器的數(shù)量及位置是以保證在的任何位置井下工作人員的感應礦燈所發(fā)出的信息均能被接收到)，每個CAN接收器均與CAN總線相連。
感應礦燈能夠?qū)⒏袘盘栆詿o線方式發(fā)送給與CAN總線相連接的CAN接收器上，CAN接收器在將信息發(fā)送給控制中心的計算機上，其中CAN接收器與上述CAN控制器結(jié)構(gòu)相同，也是由SJA1000作為通信控制器和AT90S8515作為信號處理器共同組成。該井下人員定位單元可實現(xiàn)對井下人員的上、下班考勤及人員工作期間的實時定位。
上述各個單元的控制器或接收器均將通信用的2導線連接到CAN總線上即可，可以做到即用即安、隨時拆卸。
本實施例的CAN控制器(或CAN接收器，下同)結(jié)構(gòu)如圖4所示，由微控制器AT90S8515、通信控制器SJA1000、總線收發(fā)器82C250、高速光電耦合器6N137組成。各器件的功能及連接關系為微處理器AT90S8515負責通信控制器SJA1000的初始化通過控制SJA1000實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)通信任務。通信控制器SJA1000的AD0-AD7端口連接到微控制器AT90S8515的PC端口，CS端口連接到AT90S8515的PD4端口，PD4端口是AT90S8515片外存貯器地址端口，可選中SJA1000，AT90S8515通過這些地址端口可對SJA1000執(zhí)行相應的讀寫操作，SJA1000的RD端口、WR端口、ALE端口分別與AT90S8515的對應引腳相連，SJA1000的INT端口連到AT90S8515的INT0(即PD2)端口上，AT90S8515可通過中斷方式訪問SJA1000。SJA1000的TX0端口和RX0端口是通過高速光耦6N137后與總線收發(fā)器82C250的TXD端口和RXD端口相連，這樣就很好的實現(xiàn)了總線上各CAN節(jié)點間的電氣隔離，增強CAN控制器的抗干擾能力。總線收發(fā)器82C250的CANH和CANL引腳各自通過一個5Ω的電阻與CAN總線相連，電阻起一定的限流作用，保護82C250免受過流的沖擊，總線CANH和CANL與地之間并聯(lián)了兩個30P的小電容可以起到濾除總線上的高頻干擾和一定的防電磁輻射的能力。在兩根CAN總線接入端與地之間分別反接了一個保護二極管，當CAN總線有較高的負電壓時，通過二極管的短路可起到一定的過壓保護作用，82C250的Rs腳上接有一個斜率電阻電阻大小可根據(jù)總線通訊速度適當調(diào)整一般在16K-140K之間。這樣，按照上述原理所構(gòu)成的電路，就可以集成CAN控制器。
在CAN控制器(或CAN接收器，下同)嵌入了預先編制的控制軟件程序(屬于本領域的常規(guī)技術)，負責整個硬件系統(tǒng)的初始化、數(shù)據(jù)的采集、初步處理、數(shù)據(jù)的傳輸?shù)?。本控制軟件程序中可采用非破壞性的總線仲裁技術，多點同時發(fā)送信息時，按優(yōu)先級順序通信，節(jié)省總線沖突仲裁時間，避免網(wǎng)絡癱瘓。
本實施例將上述CAN控制器(或CAN接收器，下同)以及對應的設備在硬件上相連接、加上控制中心的計算機以及控制器所嵌入的軟件程序，就可以實現(xiàn)對煤礦井下瓦斯監(jiān)測、人員定位、預警功能，從而形成一個智能化的煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)。
本實施例中總線初步通信距離為10Km，完全能夠保證信號準確傳輸?shù)娇刂浦行摹．斁嚯x超過10Km，可以采用網(wǎng)橋作緩沖。
權利要求1.一種基于控制局域網(wǎng)絡技術的煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括設置在井上的監(jiān)測中心設備和設置在井下工作區(qū)域的多個井下數(shù)據(jù)監(jiān)測單元及多個井下人員定位單元，所述各井上、井下設備均連接在CAN總線上形成一個監(jiān)測系統(tǒng)。
2.如權利要求1所述的基于控制局域網(wǎng)絡技術的煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述井上的監(jiān)測中心設備核心設備為一臺嵌有預先編制的處理控制軟件程序的計算機及輔助設備。
3.如權利要求1所述的基于控制局域網(wǎng)絡技術的煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述每個井下數(shù)據(jù)監(jiān)測單元包括一臺CAN控制器，該CAN控制器一端分別與該控制器相連的井下設備相連，另一端與CAN總線相連。
4.如權利要求1所述的基于控制局域網(wǎng)絡技術的煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述井下人員定位單元包括佩帶在井下人員頭上的具有無線發(fā)射器的感應礦燈和設置在井下工作區(qū)域的多個具有無線接收器的CAN接收器，每個CAN接收器均與CAN總線相連。
5.如權利要求3所述的基于控制局域網(wǎng)絡技術的煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述的井下設備包括瓦斯探測器、排風設備、排水設備、聲光報警設備。
6.如權利要求3或4所述的基于控制局域網(wǎng)絡技術的煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述的CAN控制器或CAN接收器由微控制器AT90S8515、通信控制器SJA1000、總線收發(fā)器82C250、高速光電耦合器6N137組成；其連接關系為所述通信控制器SJA1000的AD0-AD7端口連接到微控制器AT90S8515的PC端口，CS端口連接到AT90S8515的PD4端口，SJA1000的RD端口、WR端口、ALE端口分別與AT90S8515的對應引腳相連，通信控制器SJA1000的INT端口連到微控制器AT90S8515的INT0端口上，SJA1000的TX0端口和RX0端口通過高速光耦6N137與總線收發(fā)器82C250的TXD端口和RXD端口相連；總線收發(fā)器82C250的CANH和CANL引腳各自通過一個電阻與CAN總線相連，總線CANH和CANL在兩根CAN總線與地之間并聯(lián)了兩個電容；兩根CAN總線接入端與地之間分別反接一個保護二極管，82C250的Rs腳上接有一個斜率電阻。
專利摘要本實用新型屬于煤礦安全監(jiān)測技術領域，涉及基于控制局域網(wǎng)絡技術的煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括設置在井上的監(jiān)測中心設備和設置在井下工作區(qū)域的多個井下數(shù)據(jù)監(jiān)測單元及多個井下人員定位單元，所述各井上、進下設備均連接在CAN總線上形成一個監(jiān)測系統(tǒng)。本實用新型解決了利用先進現(xiàn)場總線技術監(jiān)測礦井中的氣體流動、人員定位以及緊急情況下自動啟動各種應急設備的問題。
文檔編號G05B23/00GK2844988SQ20052011876
公開日2006年12月6日 申請日期2005年9月13日 優(yōu)先權日2005年9月13日
發(fā)明者楊子冬, 高翠利 申請人:楊子冬, 高翠利