專利名稱：煤礦頂板離層無線監(jiān)測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及煤礦頂板離層監(jiān)測裝置，具體為煤礦頂板離層無線監(jiān)測裝置。
背景技術：
現(xiàn)有的煤礦頂板離層監(jiān)測系統(tǒng)，節(jié)點間采用有線方式、數(shù)據(jù)采集器和節(jié)點之間利 用紅外通信方式，這種方式仍然屬于有線通信方式。系統(tǒng)節(jié)點和節(jié)點之間、節(jié)點和分站之間 采用CAN總線或者工業(yè)以太網(wǎng)，分站和手持采集器之間采用紅外通信，傳輸距離限定在5m 以內，系統(tǒng)存在安裝不方便、布線困難、難以維護、系統(tǒng)成本高、系統(tǒng)組網(wǎng)不方便等問題。
發(fā)明內容本實用新型為了解決現(xiàn)有煤礦頂板離層監(jiān)測裝置為有線結構所帶來的安裝不方 便、布線困難、難以維護、系統(tǒng)成本高、系統(tǒng)組網(wǎng)不方便等問題，提供一種煤礦頂板離層無線 監(jiān)測裝置。本實用新型是采用如下技術方案實現(xiàn)的煤礦頂板離層無線監(jiān)測裝置，包括井上 部分和井下部分，井上部分包括監(jiān)控計算機和與之相連的井上以太網(wǎng)交換機，井下部分包 括間隔分布于巷道的頂板離層信號采集節(jié)點，與各信號采集節(jié)點無線通信的井下分站，與 井上以太網(wǎng)交換機相連的井下以太網(wǎng)交換機，各井下分站通過CAN轉以太網(wǎng)卡與井下以太 網(wǎng)交換機相連；還包括與信號采集節(jié)點和井下分站無線通信的便攜式數(shù)據(jù)無線采集器；頂 板離層信號采集節(jié)點由固定于巷道頂板上的位移傳感器和與位移傳感器相連的包括模數(shù) 轉換電路、單片機(MCU)、與單片機相連的顯示電路、通信電路模塊的信號處理器。工作時， 采集節(jié)點的位移傳感器采集頂板離層量，并將該頂板離層量數(shù)據(jù)信號傳輸給采集節(jié)點的信 號處理器，信號處理器對頂板離層量數(shù)據(jù)信號進行處理后，由其內的通信電路模塊將信號 發(fā)射出去，井下分站接收各采集節(jié)點發(fā)出的頂板離層量數(shù)據(jù)信號。頂板離層數(shù)據(jù)信號通過 兩種方式傳輸至井上部分，一種是由各井下分站經(jīng)CAN轉以太網(wǎng)卡、井下以太網(wǎng)交換機和 井上以太網(wǎng)交換機而傳輸?shù)骄喜糠值谋O(jiān)控計算機上。另一種是由井下人員攜帶便攜式數(shù) 據(jù)無線采集器，對各采集節(jié)點或各井下分站內所存儲的頂板離層量數(shù)據(jù)進行無線采集，然 后再導入井上部分的監(jiān)控計算機。監(jiān)控計算機、井下分站、采集節(jié)點和便攜式數(shù)據(jù)無線采集 器在各自相應軟件的支持下，將采集到的頂板離層量數(shù)據(jù)信號與設定值進行比較，當某位 置頂板離層位移量超過預先設定值時，系統(tǒng)將在本地采集節(jié)點、本地井下分站、便攜式數(shù)據(jù) 無線采集器和監(jiān)控計算機同時報警，從而便于采取措施，及時維護。本實用新型所述的煤礦頂板離層無線監(jiān)測裝置采用現(xiàn)代電子、現(xiàn)代無線通信技 術、單片機技術并利用網(wǎng)絡通信技術將其聯(lián)網(wǎng)，形成系統(tǒng)，最終能夠實現(xiàn)巷道頂板的實時無 線監(jiān)測。利用該裝置構建系統(tǒng)后，由地面計算機即可了解監(jiān)測巷道或區(qū)域頂板的支護狀況， 從而為礦井安全生產(chǎn)創(chuàng)造良好的外部條件，進一步可為優(yōu)化巷道支護設計提供基礎數(shù)據(jù)， 進而降低巷道支護費用，提高掘進速度，提高礦井經(jīng)濟效益。本實用新型所述的煤礦頂板離層無線監(jiān)測裝置基于先進的無線通信技術、無線網(wǎng)絡技術、低功耗控制技術，實現(xiàn)了多點實時監(jiān)測、遠程數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)處理；具有量程大、精 度高、傳輸速率快、實時性強、安裝維護方便、成本低等優(yōu)點。該系統(tǒng)采用無線數(shù)據(jù)傳輸技 術，結構簡單，組網(wǎng)靈活，擴展方便，可靠性高，抗干擾性好，帶載能力強，易于安裝調試。該 裝置主要適用于具有爆炸性氣體(甲烷)和煤塵的礦井中，對煤礦井下各類巷道、工作面切 眼或其他礦山、隧道等需要安裝使用的地點進行頂板離層量的實時無線監(jiān)測。

圖1為本實用新型所述的煤礦頂板離層無線監(jiān)測裝置的結構示意圖。圖中1 一監(jiān)控計算機，2 —井上以太網(wǎng)交換機，3 —采集節(jié)點，4 一井下分站，5 — 井下以太網(wǎng)交換機，6 - CAN轉以太網(wǎng)卡，7 —便攜式數(shù)據(jù)無線采集器，8 —礦用電源。
具體實施方式
煤礦頂板離層無線監(jiān)測裝置，包括井上部分和井下部分，井上部分包括監(jiān)控計算 機1和與之相連的井上以太網(wǎng)交換機2，井下部分包括間隔分布于巷道的頂板離層信號采 集節(jié)點3，與各信號采集節(jié)點無線通信的井下分站4，與井上以太網(wǎng)交換機2相連的井下以 太網(wǎng)交換機5，各井下分站通過CAN轉以太網(wǎng)卡6與井下以太網(wǎng)交換機5相連；還包括與 信號采集節(jié)點3和井下分站4無線通信的便攜式數(shù)據(jù)無線采集器7 ；頂板離層信號采集節(jié) 點3由固定于巷道頂板上的位移傳感器和與位移傳感器相連的包括模數(shù)轉換電路、單片機 (MCU)、與單片機相連的顯示電路、通信電路模塊的信號處理器。井上部分的監(jiān)控計算機配 備打印機等設備。井上部分的各設備之間鋪設雙絞網(wǎng)線，通過有線工業(yè)以太網(wǎng)和TCP/IP通 信協(xié)議交換信息，同時，井上、井下以光纖環(huán)網(wǎng)為基礎，形成統(tǒng)一的傳輸、通信網(wǎng)絡。具體實 施時，各采集節(jié)點每50米布置一個，通過無線數(shù)傳通信技術每6小時或8小時(每班一次) 將頂板位移量上傳到井下分站，井下分站收集齊40個位移傳感器每班一次的節(jié)點數(shù)據(jù)后， 通過CAN轉以太網(wǎng)接口卡或者便攜式數(shù)據(jù)采集器上傳至監(jiān)控計算機，由運行在計算機中的 監(jiān)控軟件進行統(tǒng)計、分析、保存、打印等。具體實施時，井下分站4、便攜式數(shù)據(jù)無線采集器7 的結構是本領域技術人員容易實現(xiàn)的；以太網(wǎng)交換機和CAN轉以太網(wǎng)卡是可購得的現(xiàn)有產(chǎn) 品。井下分站4、CAN轉以太網(wǎng)卡6和井下以太網(wǎng)交換機5采用礦用電源8供電。采集節(jié)點 3中的位移傳感器采用拉線式頂板位移傳感器。井下分站4負責收集本采區(qū)或者采面的頂板監(jiān)測數(shù)據(jù)，集中保存、處理，并通過有 線監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡上傳給監(jiān)控計算機或者通過無線傳給便攜式數(shù)據(jù)無線采集器。井下分站4 主要包括中央處理器(CPU)、數(shù)據(jù)存儲單元、鍵盤輸入單元、液晶及報警顯示單元、LED顯 示單元、無線數(shù)傳單元、CAN總線傳輸單元等。數(shù)據(jù)存儲單元由靜態(tài)RAM構成，可保存該井 下分站所負責的40個監(jiān)測節(jié)點、M小時、三個班次(或四個班次)所采集的頂板位移數(shù)據(jù)。 鍵盤輸入單元可設定分站地址、修改實時時鐘、查詢傳感器節(jié)點數(shù)據(jù)等。液晶及報警顯示單 元可顯示時間、最新存儲的一個傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)，報警節(jié)點地址、報警位移量并可通過翻 頁鍵逐條查詢單個節(jié)點數(shù)據(jù)。LED顯示單元包括電源指示燈、CAN總線通信指示燈、無線數(shù) 據(jù)通信指示燈、報警指示燈。無線數(shù)傳單元負責完成與鄰近頂板位移傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)通 信。當5米范圍內有無線數(shù)據(jù)采集器，并接收到該無線數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)上傳指令時，把當 前存儲的分站數(shù)據(jù)傳送給無線數(shù)據(jù)采集器。CAN總線傳輸單元完成與上層單元(CAN總線和以太網(wǎng)轉換接口)的數(shù)據(jù)通信，從而使頂板監(jiān)測數(shù)據(jù)可通過礦山工業(yè)以太網(wǎng)傳輸?shù)降孛姹O(jiān) 控中心。便攜式數(shù)據(jù)無線采集器7以無線方式和煤礦井下分站及數(shù)據(jù)采集節(jié)點通信，獲取 煤礦井下不同位置處的分站收集的頂板監(jiān)測數(shù)據(jù)，然后，通過該設備配置的RS232串口將 數(shù)據(jù)導入監(jiān)控計算機的監(jiān)測軟件；電池供電方式，工作電壓4. 2 V，工作電流小于100毫安； 存儲容量存儲一天內分站采集到的全部數(shù)據(jù)。便攜式數(shù)據(jù)無線采集器7主要包括中央 處理器(CPU)、數(shù)據(jù)存儲單元、鍵盤輸入單元、液晶顯示單元、LED顯示單元、無線數(shù)傳單元、 RS23串行通信單元等。在具體運行過程中，各采集節(jié)點每50米布置一個，通過無線數(shù)傳通信技術每6小 時或8小時(每班一次)將頂板位移量上通過無線接力方式傳到井下分站，井下分站收集齊 40個位移傳感器每班一次的節(jié)點數(shù)據(jù)后，通過CAN轉以太網(wǎng)接口卡或者便攜式數(shù)據(jù)無線采 集器上傳至監(jiān)控計算機，由運行在計算機中的監(jiān)控軟件進行統(tǒng)計、分析、保存、打印等。當頂 板離層無線采集系統(tǒng)無法和礦山有線光纖以太網(wǎng)相連接時，也可以通過便攜式數(shù)據(jù)無線采 集器收集井下所有頂板位移傳感器節(jié)點保存的頂板離層量數(shù)據(jù)，由人工帶到地面井上，通 過RS232通信將數(shù)據(jù)導入到監(jiān)控中心服務器保存、分析。
權利要求1.一種煤礦頂板離層無線監(jiān)測裝置，包括井上部分和井下部分，井上部分包括監(jiān)控計 算機(1)和與之相連的井上以太網(wǎng)交換機(2)，其特征為井下部分包括間隔分布于巷道的 頂板離層信號采集節(jié)點(3)，與各信號采集節(jié)點無線通信的井下分站(4)，與井上以太網(wǎng)交 換機(2)相連的井下以太網(wǎng)交換機(5)，各井下分站通過CAN轉以太網(wǎng)卡(6)與井下以太網(wǎng) 交換機(5)相連；還包括與信號采集節(jié)點(3)和井下分站(4)無線通信的便攜式數(shù)據(jù)無線采 集器(7);頂板離層信號采集節(jié)點(3)由固定于巷道頂板上的位移傳感器和與位移傳感器相 連的包括模數(shù)轉換電路、單片機、與單片機相連的顯示電路、通信電路模塊的信號處理器。
2.根據(jù)權利要求1所述的煤礦頂板離層無線監(jiān)測裝置，其特征為采集節(jié)點(3)中的位 移傳感器采用拉線式頂板位移傳感器。
專利摘要本實用新型為煤礦頂板離層無線監(jiān)測裝置。解決現(xiàn)有煤礦頂板離層監(jiān)測裝置為有線結構所帶來的安裝不方便、布線困難等問題。包括井上部分和井下部分，井上部分包括監(jiān)控計算機和以太網(wǎng)交換機，井下部分包括間隔分布于巷道的頂板離層信號采集節(jié)點，與各信號采集節(jié)點無線通信的井下分站，井下以太網(wǎng)交換機，各井下分站通過CAN轉以太網(wǎng)卡與井下以太網(wǎng)交換機相連；還包括便攜式數(shù)據(jù)無線采集器；頂板離層信號采集節(jié)點由固定于巷道頂板上的位移傳感器和與位移傳感器相連的包括模數(shù)轉換電路、單片機、與單片機相連的顯示電路、通信電路模塊的信號處理器。該裝置適用于具有爆炸性氣體和煤塵的礦井中及其它需進行頂板離層量監(jiān)測的場合。
文檔編號E21F17/18GK201851162SQ201020615658
公開日2011年6月1日 申請日期2010年11月20日 優(yōu)先權日2010年11月20日
發(fā)明者付峻青, 宋玉峰, 張宏富, 張晉偉, 田洪現(xiàn), 程凱, 趙煒燁, 路廣, 陳永峰 申請人:山西晉城無煙煤礦業(yè)集團有限責任公司