本發(fā)明涉及一種煤礦井下膠帶輸送機監(jiān)控系統(tǒng)，尤其是一種具有故障定位功能的膠帶輸送機監(jiān)控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著煤礦規(guī)模的不斷擴大和煤礦生產(chǎn)設(shè)備自動化程度的不斷提高，膠帶輸送機也朝著大運量、高帶速、長距離的趨勢發(fā)展，其承擔(dān)的運輸任務(wù)越來越重大，它的工作可靠性、穩(wěn)定性、安全性直接影響煤炭生產(chǎn)的連續(xù)性、安全性和經(jīng)濟效益。

現(xiàn)有煤礦使用較多的膠帶輸送機監(jiān)控系統(tǒng)，如德國貝克集團生產(chǎn)的KJ50型PROMOS監(jiān)控系統(tǒng)、常州聯(lián)力自動化科技有限公司生產(chǎn)的KHP157膠帶機保護裝置等，都不具有故障識別功能，一旦出現(xiàn)跑偏、堆煤、打滑、撕裂、煙霧及堵塞等故障，查找故障位置比較費時，不能準確定位并及時排除故障，將會造成巨大的經(jīng)濟損失，特別是在煤礦井下，甚至?xí)劤芍卮髳盒允鹿?，威脅工作人員的生命安全。還有現(xiàn)有公開的技術(shù)，一種“膠帶輸送機保護裝置用數(shù)字顯示式地址編碼器”的實用新型專利，以及一種 “主動式膠帶輸送機故障定位系統(tǒng)”的實用新型專利，存在的主要問題是：無論是采用單個主站和多個從站的輪詢式結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)通信方式，還是采用CAN總線多主結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)通信方式，其均采用了撥碼開關(guān)的地址編碼器，設(shè)定范圍有限且靈活性差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種具有故障定位功能的膠帶輸送機監(jiān)控系統(tǒng)，無需額外的地址編碼設(shè)備，即可解決現(xiàn)有膠帶輸送機監(jiān)控系統(tǒng)檢測到故障時不能快速定位的問題，以確保煤礦運輸系統(tǒng)運行的安全性和連續(xù)性。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下。

一種具有故障定位功能的膠帶輸送機監(jiān)控系統(tǒng)，包括主控制器及其沿線設(shè)備；其特征在于：所述主控制器是通過所述沿線設(shè)備實現(xiàn)對膠帶輸送機的監(jiān)控；

所述主控制器是通過RS485通信總線將上位機、輸入輸出模塊和沿線管理模塊連接構(gòu)成，并位于膠帶輸送機機頭，其中上位機對輸入輸出模塊和沿線管理模塊進行管理，并且沿線管理模通過RS485總線和CAN總線對所述沿線設(shè)備進行管理，實現(xiàn)對膠帶輸送機的監(jiān)控；

所述上位機包括有LabVIEW軟件，運行監(jiān)控系統(tǒng)人機界面，實現(xiàn)對系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)的分析、判斷、處理和顯示；

所述輸入輸出模塊是由微控制器單元、鍵盤控制單元、RS485通信單元、10路數(shù)據(jù)采集單元和8路繼電器輸出單元集成，其輸入輸出接口通過控制器殼體上的喇叭嘴引出，分別連接故障保護傳感器和電機、灑水電磁裝置；

所述沿線管理模塊是由微控制器單元、急停控制單元、RS485通信單元、CAN通信單元和語音報警單元集成，分為沿線管理模塊1和沿線管理模塊2，沿線管理模塊2用于連接第2條膠帶沿線，或用于第1條膠帶沿線備用模塊；

所述沿線設(shè)備包括下位機、膠帶急停模塊、擴音電話和終端，除終端布置在系統(tǒng)末端外，沿線設(shè)備之間通過八芯電纜串行連接，在皮帶沿線每隔100米布置一臺沿線設(shè)備，設(shè)備類型根據(jù)煤礦實際需要進行選擇設(shè)置；

在上述技術(shù)方案中，所述下位機是由微控制器單元、急停控制單元、RS485通信單元、CAN通信單元、8路數(shù)據(jù)采集單元和4路繼電器輸出單元集成，其輸入輸出接口通過下位機殼體上的喇叭嘴引出，分別連接有故障保護傳感器和電機、灑水電磁裝置，下位機兩端通過八芯電纜與沿線設(shè)備分別進行連接。

在上述技術(shù)方案中，所述膠帶急停模塊是拉線急停模塊，是由微控制器單元、急?？刂茊卧蚏S485通信單元集成，兩端通過八芯電纜與沿線設(shè)備分別進行連接。

在上述技術(shù)方案中，所述擴音電話是由微控制器單元、語音報警單元、急?？刂茊卧蚏S485通信單元集成，兩端通過八芯電纜與沿線設(shè)備分別進行連接。

在上述技術(shù)方案中，所述終端是由微控制器單元、RS485通信單元、CAN通信單元和終端電壓采集單元集成，作為整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信的結(jié)束點，安裝在系統(tǒng)末端。

在上述技術(shù)方案中，所述故障定位功能是先由上位機發(fā)送地址自動分配命令，沿線管理模塊接收到地址自動分配命令后，通過RS485總線通信電路發(fā)送首地址0，然后各沿線設(shè)備通過RS485總線通信電路給沿線設(shè)備自動分配地址，最后由終端模塊的CAN總線通信電路完成沿線設(shè)備數(shù)量的上傳；當(dāng)下位機模塊采集到故障信號時，通過CAN總線通信電路將已分配的故障地址信息和故障類型上傳給沿線管理模塊，最終上傳給上位機，上位機分析判斷以后，發(fā)出語音報警，并根據(jù)故障類型會輸出不同的控制信號，實現(xiàn)皮帶輸送機的安全保護，工作人員根據(jù)上位機人機界面顯示的故障地址信息和故障類型迅速定位故障。

實現(xiàn)上述本發(fā)明所提供的一種具有故障定位功能的膠帶輸送機監(jiān)控系統(tǒng)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用了雙總線，RS485總線和CAN總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，及時準確的定位故障發(fā)生的位置。具體來說，本發(fā)明有如下特點。

本膠帶輸送機監(jiān)控系統(tǒng)無需增加額外的地址編碼設(shè)備，通過RS485總線實現(xiàn)了沿線設(shè)備地址的自動分配。

本膠帶輸送機監(jiān)控系統(tǒng)在膠帶輸送機發(fā)生跑偏、堆煤、打滑、撕裂、超溫和煙霧等故障后，無需人工查找故障位置，通過CAN總線實時傳輸故障發(fā)生的位置和故障類型。

本發(fā)明解決了現(xiàn)有膠帶輸送機監(jiān)控系統(tǒng)檢測到故障時不能快速定位問題，能夠?qū)崟r監(jiān)測膠帶輸送機的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)膠帶輸送機運行中的故障，并能對故障進行精確定位，同時發(fā)出語音報警，根據(jù)故障類型會輸出不同的控制信號，實現(xiàn)膠帶輸送機的安全保護，對確保煤礦生產(chǎn)的連續(xù)性、提高生產(chǎn)效益具有非常重要的現(xiàn)實意義。

附圖說明

圖1是本膠帶輸送機監(jiān)控系統(tǒng)框架圖。

圖2是本膠帶輸送機監(jiān)控系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

為了便于理解本發(fā)明的目的和優(yōu)點，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做出進一步的說明。

如附圖1所示，實施本發(fā)明上述所提供的一種具有故障定位功能的膠帶輸送機監(jiān)控系統(tǒng)，是在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對煤礦井下的膠帶輸送機，實現(xiàn)自動化開采所設(shè)計的監(jiān)控系統(tǒng)，該膠帶輸送機監(jiān)控系統(tǒng)主要包括主控制器及其沿線設(shè)備，該主控制器是通過沿線設(shè)備及其管理設(shè)備實現(xiàn)對其膠帶輸送機的工作過程進行全面監(jiān)控。

在上述具體實施方案中，主控制器是通過RS485通信總線將上位機、輸入輸出模塊和沿線管理模塊連接構(gòu)成，并位于膠帶輸送機機頭，其中上位機對輸入輸出模塊和沿線管理模塊進行管理，并且沿線管理模通過RS485總線和CAN總線對所述沿線設(shè)備進行管理，實現(xiàn)對膠帶輸送機的監(jiān)控。

在上述具體實施方案中，上位機是包括PCM3363嵌入式工控板和12.1寸LCD 彩色顯示器，其包括有LabVIEW軟件，運行監(jiān)控系統(tǒng)人機界面，實現(xiàn)對系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)的分析、判斷、處理和顯示；系統(tǒng)人機界面包括5個選項窗口，分別為主控窗口、急停詳情、接線圖表、故障記錄和參數(shù)設(shè)置，主控窗口中包括了系統(tǒng)運行狀態(tài)、沿線設(shè)備數(shù)量、急停位置、故障位置、傳感器數(shù)據(jù)采集、終端電壓采集及電機運行狀態(tài)顯示等功能，急停詳情窗口中主要顯示了急停指示燈和急停的具體位置，接線圖表窗口中顯示了輸入輸出模塊和下位機的輸入輸出口連接情況，輸入輸出模塊和下位機輸入口連接跑偏傳感器、堆煤傳感器、速度傳感器、撕裂傳感器、溫度傳感器、煙霧傳感器、張力傳感器，輸入輸出模塊和下位機輸出口連接電機和灑水電磁裝置遠程開關(guān)，故障記錄窗口中記錄了故障發(fā)生的時間、故障類型及故障發(fā)生的位置，參數(shù)設(shè)置窗口中包括了滾筒溫度超溫報警設(shè)定值、皮帶張緊力設(shè)定值和皮帶帶速設(shè)定值。

在上述具體實施方案中，輸入輸出模塊是由微控制器單元、鍵盤控制單元、RS485通信單元、10路數(shù)據(jù)采集單元和8路繼電器輸出單元集成，其輸入輸出接口通過控制器殼體上的喇叭嘴引出，分別連接故障保護傳感器和電機、灑水電磁裝置，其主要功能是采集控制器附近的工況信息并控制控制器附近的電機和灑水設(shè)備等。

在上述具體實施方案中，沿線管理模塊是由微控制器單元、急停控制單元、RS485通信單元、CAN通信單元和語音報警單元集成，分為沿線管理模塊1和沿線管理模塊2，沿線管理模塊2用于連接第2條膠帶沿線，或用于第1條膠帶沿線備用模塊，其主要功能是將沿線設(shè)備的狀態(tài)上傳給上位機，同時也將上位機的控制指令下傳給沿線設(shè)備。

在上述具體實施方案中，沿線設(shè)備是包括下位機、膠帶急停模塊、擴音電話和終端，除終端布置在系統(tǒng)末端外，沿線設(shè)備之間通過八芯電纜串行連接，每隔100米在皮帶沿線布置一臺沿線設(shè)備，設(shè)備類型根據(jù)煤礦實際需要進行選擇設(shè)置。

在上述具體實施方案中，下位機是由微控制器單元、急?？刂茊卧?、RS485通信單元、CAN通信單元、8路數(shù)據(jù)采集單元和4路繼電器輸出單元集成，兩端通過八芯電纜與沿線設(shè)備分別進行連接，其輸入輸出接口通過下位機殼體上的喇叭嘴引出，分別連接傳感器和電機、灑水電磁裝置。

在上述具體實施方案中，膠帶急停模塊是拉線急停模塊，是由微控制器單元、急?？刂茊卧蚏S485通信單元集成，兩端通過八芯電纜與沿線設(shè)備分別進行連接，當(dāng)按下急停開關(guān)時，系統(tǒng)停止運行，通過RS485總線傳輸急停地址信息。

其中的擴音電話是由微控制器單元、語音報警單元和急?？刂茊卧蚏S485通信單元集成，兩端通過八芯電纜與沿線設(shè)備分別進行連接，其主要功能是用于設(shè)備啟停和故障語音播報，方便沿線的工作人員掌握設(shè)備的運行狀態(tài)，還可用于工作人員語言交流。

在上述具體實施方案中，終端是由微控制器單元、RS485通信單元、CAN通信單元和終端電壓采集單元集成，作為整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信的結(jié)束點，安裝在系統(tǒng)末端，實現(xiàn)沿線設(shè)備數(shù)量、下位機數(shù)量和終端電壓數(shù)據(jù)的上傳。

在上述具體實施方案中，輸入輸出模塊、沿線管理模塊、下位機、膠帶急停模塊、擴音電話和終端的微控制器單元是采用ST公司的STM32F103RBT6。

在上述具體實施方案中，RS485總線和 CAN總線單元的接口電路與CPU之間是采用完全隔離的設(shè)計方法，阻斷了通信接口與CPU之間的電氣聯(lián)系。此外，在總線上設(shè)計了過流和過壓保護電路，保證了通信總線的可靠性。電路中CAN總線收發(fā)器選用82C250Y，通過高速光電耦合隔離接入到CPU中。電路中RS485總線收發(fā)器選用MAX3088，通過光電耦合隔離接入到CPU中。

在上述具體實施方案中，數(shù)據(jù)采集單元是利用外部中斷口EXIT采集傳感器輸出的開關(guān)量數(shù)據(jù)，通過AD口采集傳感器輸出的模擬量數(shù)據(jù)。繼電器輸出單元通過GPIO口高低電平的切換控制光電耦合器TIL113的導(dǎo)通和關(guān)斷，實現(xiàn)繼電器的通斷，從而控制電機的啟停和灑水電磁裝置的打開和關(guān)斷。

在上述具體實施方案中，鍵盤控制單元是采用4*5矩陣鍵盤，實現(xiàn)人機界面的切換、系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置和電機的啟停控制功能。

在上述具體實施方案中，語音報警單元中的語音芯片是選用ISD4004-08MP，芯片設(shè)計是基于所有操作必須由微控制器控制，操作命令通過串行通信接口SPI送入。語音芯片中存儲了帶式輸送機啟停、沿線急停、故障保護傳感器動作等報警聲音信號，帶式輸送機監(jiān)控系統(tǒng)通過RS485總線通信電路控制語音報警聲音信號輸出，經(jīng)過功耗低、總諧波失真小的LM386音頻功放后，通過音頻耦合隔離變壓器耦合到系統(tǒng)的音頻線上，然后進行擴音播放。

在上述具體實施方案中，急?？刂茊卧捎猛獠恐袛嗫贓XIT采集急停動作信號，實現(xiàn)系統(tǒng)的緊急停車功能。

在上述具體實施方案中，終端電壓采集單元是通過AD口采集經(jīng)過電阻分壓過的終端電壓值。

在上述具體實施方案中，膠帶故障保護傳感器是包括跑偏傳感器、堆煤傳感器、速度傳感器、撕裂傳感器、溫度傳感器、煙霧傳感器、張力傳感器等故障保護傳感器。跑偏傳感器采用GEJ30，包括兩級跑偏，一級跑偏時，系統(tǒng)報警提示，二級跑偏時，系統(tǒng)報警停機，一般情況下，跑偏傳感器主要在膠帶輸送機的機頭、中部和機尾各安裝一組（左右對稱的安裝在膠帶兩側(cè)）；堆煤傳感器采用GUJ30，，安裝在兩部膠帶輸送機搭接的機頭和溜煤眼處，起到防止機頭堆煤的作用；速度傳感器采用GSC-200/1000，安裝在驅(qū)動滾筒附近，傳感器轉(zhuǎn)輪與下膠帶緊密接觸，與膠帶同時轉(zhuǎn)動，用來檢測膠帶速度是否和整定值一致；撕裂傳感器采用GVD1200，安裝在輸送機尾部卸料口，用于檢測膠帶運行過程中是否發(fā)生撕裂；溫度傳感器采用KGW200H，固定在驅(qū)動滾筒附近的機架上，紅外探頭伸到距驅(qū)動滾筒200mm處，用于檢測膠帶運行過程中是否超溫；煙霧傳感器采用GQL0.1，安裝在驅(qū)動裝置上方5米內(nèi)的下風(fēng)口處，高度盡量靠近膠帶上的物料，用于檢測氣體煙霧是否超標；張力傳感器采用GAD100，固定安裝在輸送機和張緊小車的鋼絲繩的一端，用于檢測膠帶張力，防止膠帶張力過小，膠帶打滑，張力過大，膠帶斷裂。

在上述具體實施方案中，電源是礦用隔爆兼本質(zhì)安全型電源，用于給控制器及沿線設(shè)備供電，輸出1組DC 5V、3組DC 12V、2組DC 18V。DC 5V和1組DC 12V用于給上位機供電，其余2組DC 12V用于給輸入輸出模塊和沿線管理模塊供電，2組DC 18V分別給兩條皮帶沿線供電。

其中的八芯電纜是包括1根音頻線、1根急停線、2根CAN總線、2根RS485總線和2根電源線。音頻線用于傳輸語音報警信息；急停線用于傳輸人工急停信息；CAN總線用于傳輸傳感器采集的信息和控制指令信息；RS485總線用于傳輸?shù)刂纷詣臃峙湫畔⒑腿斯ぜ蓖５刂沸畔?；電源線用于整個沿線的供電。

如附圖2所示，上位機和輸入輸出模塊、沿線管理模塊通過RS485總線通信，完成信息采集和發(fā)出控制指令。沿線管理模塊與沿線設(shè)備之間通過電纜連接，電纜中設(shè)有RS485總線和CAN總線，RS485總線串行接入有限個下位機模塊、膠帶急停模塊和擴音電話模塊，最后接入終端模塊。除終端模塊外，其余模塊均有雙485總線接口，分別與兩側(cè)模塊連接。當(dāng)總線一側(cè)連接到膠帶機末端或者不需要接入其它模塊時，需接入終端模塊。下位機模塊和終端模塊的CAN通信總線并行接在膠帶輸送機上位機的CAN總線上。

在上述具體實施方案中，實現(xiàn)一種具有故障定位功能的膠帶輸送機監(jiān)控系統(tǒng)的具體工作方案包括以下步驟。

1）上電后，系統(tǒng)預(yù)警，通知沿線人員膠帶輸送機即將啟動，防止出現(xiàn)意外。報警提示的同時，系統(tǒng)首先進行自檢，自檢內(nèi)容包括膠帶輸送機是否發(fā)生人工急停、查詢急停位置及傳感器連接是否正常等。人工急停自檢過程：上位機發(fā)送地址自動分配命令，沿線管理模塊接到地址自動分配命令后，RS485總線通信電路發(fā)送首地址0，每個沿線設(shè)備必須收到前一臺設(shè)備發(fā)的一個數(shù)據(jù)幀時，才能將信息進行返回或繼續(xù)傳遞到下一臺設(shè)備上，最后由終端模塊的CAN總線通信電路完成沿線設(shè)備數(shù)量的上傳，完成沿線設(shè)備自動地址分配。在地址自動分配過程中，若有急停按鈕處于急停狀態(tài)，把急停位置信息通過沿線管理模塊返回至上位機；

2）得到允許啟動信號后，微控制器單元采集各傳感器輸出的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換、濾波處理，把監(jiān)測數(shù)據(jù)信息和位置信息打包經(jīng)過CAN總線上傳給上位機，上位機對信號進行分析判斷后，根據(jù)判斷結(jié)果確定是否控制驅(qū)動單元動作和是否發(fā)出報警命令。若發(fā)生故障后，故障信息和故障地址會顯示在監(jiān)控系統(tǒng)人機界面上，工作人員根據(jù)上位機人機界面顯示的故障地址信息和故障類型迅速定位故障；

3）當(dāng)發(fā)生緊急事件或者故障需要停止時，可以按下沿線設(shè)備或者控制器上的急停按鈕進行緊急操作，上位機輸出停止命令，所有設(shè)備停止運行，人機界面顯示急停狀態(tài)，急停位置信息也會顯示到人機界面上。當(dāng)緊急事件或故障消失后，拔起急停按鈕，發(fā)送解停信號，人機界面急停狀態(tài)恢復(fù)正常，系統(tǒng)急停狀態(tài)解除。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不是對本發(fā)明的限定，在本說明書中涉及到其它技術(shù)內(nèi)容以及技術(shù)術(shù)語應(yīng)當(dāng)按照本領(lǐng)域的公知常識和慣用的技術(shù)手段理解和實施，也可通過合理的分析推理設(shè)置實施。