專利名稱：基于opc接口的微震檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于礦震監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于OPC接口的微震檢測裝置。
背景技術(shù)：
近年來各種礦難頻發(fā)，為了保障人員的生命安全、減少國家、個(gè)人的財(cái)產(chǎn)損失，礦 震監(jiān)測的重要性也凸顯出來。礦震是由于采礦活動(dòng)而誘發(fā)的礦井巖體突然失穩(wěn)破壞的動(dòng)力 現(xiàn)象，是影響礦井安全生產(chǎn)的重大自然災(zāi)害之一。礦震一旦發(fā)生就有可能影響生產(chǎn)，甚至造 成財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡，其危害性無法估量，隨著時(shí)間的推移，許多礦井將進(jìn)入深部開采， 礦震發(fā)生的數(shù)量將出現(xiàn)進(jìn)一步上升的趨勢，其災(zāi)害性也將日趨嚴(yán)重。微震是伴隨在巖石被破壞，在應(yīng)力作用下所發(fā)生的微小震動(dòng)。在礦山開采過程中， 微小震動(dòng)發(fā)生的地點(diǎn)、頻度以及在礦山中的分布，因礦區(qū)局部的巖石及地質(zhì)條件的差異而 呈現(xiàn)不均勻分布，對(duì)礦山的實(shí)施實(shí)時(shí)檢測尤顯重要。根據(jù)大量礦井工程重大災(zāi)害事故的調(diào)研表明巖體運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致礦山壓力重新分布， 動(dòng)態(tài)礦山壓力作用于微震并使其破裂是引發(fā)礦井重大災(zāi)害事故發(fā)生的根本原因。當(dāng)?shù)叵?巖體產(chǎn)生破裂時(shí)一般會(huì)產(chǎn)生一定能量的地震波向四周傳播，利用微震檢測可以接受并記錄 這些地震波，并進(jìn)一步確定震源的位置。根據(jù)井下微震檢測結(jié)果還可分析巖體破裂的多種 特征，如數(shù)量、頻度、強(qiáng)度、密度、尺度、性質(zhì)等，可以及時(shí)對(duì)地下巖體破裂情況做出報(bào)告并分 析、預(yù)測礦井災(zāi)害事故發(fā)生的前兆，采取有效措施避免造成人員傷亡或?yàn)?zāi)害事故發(fā)生。通過采用OLE for Process Control工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行微震信號(hào)檢測單元的設(shè)計(jì)，提 高了單元的通用性、易于與現(xiàn)有的控制協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)相兼容，可以作為礦山原有系統(tǒng)的擴(kuò)展應(yīng) 用。OPC標(biāo)準(zhǔn)以微軟公司的OLE技術(shù)為基礎(chǔ)，它的制定是通過提供一套標(biāo)準(zhǔn)的0LE/C0M 接口完成的，在OPC技術(shù)中使用的是OLE 2技術(shù)，OLE標(biāo)準(zhǔn)允許多臺(tái)微機(jī)之間交換文檔、圖
形等對(duì)象。COM是一種為了實(shí)現(xiàn)與編程語言無關(guān)的對(duì)象而制定的標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)將Windows下 的對(duì)象定義為獨(dú)立單元，可不受程序限制地訪問這些單元。OPC服務(wù)器通常支持兩種類型的訪問接口，它們分別為不同的編程語言環(huán)境 提供訪問機(jī)制。這兩種接口是自動(dòng)化接口(Automation interface)；自定義接口 (Custominterface)。OPC是為了連接數(shù)據(jù)源(0PC服務(wù)器)和數(shù)據(jù)的使用者(0PC應(yīng)用程 序)之間的軟件接口標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)源可以是PLC，DCS，條形碼讀取器等控制設(shè)備。隨控制系 統(tǒng)構(gòu)成的不同，作為數(shù)據(jù)源的OPC服務(wù)器即可以是和OPC應(yīng)用程序在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行 的本地OPC服務(wù)器，也可以是在另外的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的遠(yuǎn)程OPC服務(wù)器。實(shí)用新型專利200420039442. 9 “煤礦井下微震檢測儀”公開了一種煤礦井下微震 檢測儀，它是在防爆殼體內(nèi)安放一臺(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)的插槽上連接有數(shù)據(jù)采集器， 并用防爆大蓋將殼體密封；在防爆殼體一側(cè)有連在一起的接線盒，接線盒上有引線口，接線盒內(nèi)安裝若干個(gè)接線端子，接線端子在殼體內(nèi)連接到數(shù)據(jù)采集器；震動(dòng)傳感器的電纜插頭 通過引入口插接到接線端子，接線盒再用防爆小蓋將這些接線端子密封起來，防爆殼體另 一側(cè)設(shè)有防爆透明觀察窗，用于觀察計(jì)算機(jī)顯示器。該儀器體積較小，便于攜帶，用在井下 直接檢測微震數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。這種方案仍然是獨(dú)立的系統(tǒng)，難于與礦山現(xiàn)有系統(tǒng)相結(jié)合，不 利于使用與推廣。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種基于OPC接口的微震檢測裝置。本實(shí)用新型的目的是通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型的基于OPC接口的微震檢測裝置，其特征在于檢測單元的硬件部分包 括傳感器，與此傳感器相連接的數(shù)據(jù)采集部分，與此數(shù)據(jù)采集部分相連接的數(shù)據(jù)處理部分， 所述的數(shù)據(jù)采集部分包括前置放大器，與此前置放大器相連接的濾波器和與此濾波器相連 接的A/D轉(zhuǎn)換器三部分，所述的數(shù)據(jù)處理部分包括與此A/D轉(zhuǎn)換器相連接的CPU，與此CPU 相連接的以太網(wǎng)接口、GPS，此以太網(wǎng)接口與中央處理平臺(tái)相連接。所述的傳感器采用三維測量，即采用三分向加速度傳感器。所述的前置放大器為程控增益放大器，所述的濾波器采用寬帶、低通硬件濾波器。所述的CPU內(nèi)置固化的數(shù)據(jù)分析算法。所述的以太網(wǎng)的總體層次結(jié)構(gòu)包括現(xiàn)場控制層，監(jiān)控計(jì)算機(jī)層，客戶機(jī)層，現(xiàn)場控 制層由微震檢測單元作為現(xiàn)場智能節(jié)點(diǎn)，監(jiān)控計(jì)算機(jī)采用PC機(jī)，監(jiān)控計(jì)算機(jī)層中設(shè)有OPC 數(shù)據(jù)存取服務(wù)器。所述的OPC數(shù)據(jù)存取服務(wù)器由服務(wù)器對(duì)象、組對(duì)象、項(xiàng)對(duì)象、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)和TCP/IP 通信接口組成，此TCP/IP通信接口通過網(wǎng)卡與現(xiàn)場設(shè)備相連接，OPC接口與客戶機(jī)層相連接。數(shù)據(jù)采集器將礦震傳感器輸出的三分向微震信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、采樣量化編碼 成數(shù)字信號(hào)，便于進(jìn)行數(shù)字傳輸和計(jì)算機(jī)處理。礦震經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換得到的電信號(hào)的幅度很小，無法直接進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，必須加前 置放大器對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行放大處理，本單元將前置放大器設(shè)計(jì)為程控增益，使檢測單元具 有大動(dòng)態(tài)范圍，適應(yīng)大范圍礦震強(qiáng)度變化。由于受外部環(huán)境的影響，檢測單元將接收到大量的干擾信號(hào)，必須進(jìn)行分離，不然 將影響正常的判斷。由于干擾信號(hào)頻段比較集中，因此濾波相對(duì)簡單。在本檢測單元中采 用寬帶、低通硬件濾波。A/D轉(zhuǎn)換器將經(jīng)過放大和濾波處理的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，迭加時(shí)鐘編碼后 傳送給中心處理單元。CPU為微震檢測單元的數(shù)據(jù)分析和處理中心，內(nèi)置數(shù)據(jù)分析算法，通過固化的算法 分析、判斷采集上來的數(shù)據(jù)，并將分析結(jié)果發(fā)送到中央處理平臺(tái)。由于以太網(wǎng)采取沖突競爭的傳輸方式，具有傳輸不確定性的特點(diǎn)。但隨著帶寬的 增加、冗余措施的加強(qiáng)和自診斷程序的完善，以太網(wǎng)完全可以滿足中小型控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性 的要求。同時(shí)以太網(wǎng)具有相關(guān)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品價(jià)格低廉，開放性好、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)現(xiàn)場智能設(shè)備將現(xiàn)場信息通過工業(yè)以太網(wǎng)傳至監(jiān)控計(jì)算機(jī)后，存在著信息共享
4與交互的問題。一方面，監(jiān)控計(jì)算機(jī)內(nèi)部應(yīng)用程序需要對(duì)現(xiàn)場信息的進(jìn)行處理，另一方面， 企業(yè)生產(chǎn)管理層需要與監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息溝通和傳遞。OPC的出現(xiàn)則解決了控制系統(tǒng)突 破“信息孤島”的瓶頸問題。OPC技術(shù)是以Microsoft的OLE/COM技術(shù)為基礎(chǔ)建立的一項(xiàng)技術(shù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，它采 用客戶/服務(wù)器模型，定義了一組COM對(duì)象及其雙接口(Dual Interface) 0OPC對(duì)象主要包括服務(wù)器、組和項(xiàng)。OPC服務(wù)器對(duì)象除了維護(hù)自身信息外，還作為 組對(duì)象的容器，可動(dòng)態(tài)地創(chuàng)建或釋放組對(duì)象；而組對(duì)象相對(duì)于項(xiàng)而言也是一個(gè)包容器，它提 供一套管理項(xiàng)的機(jī)制；OPC項(xiàng)則表示了與OPC服務(wù)器中數(shù)據(jù)的連接，包括值、品質(zhì)、時(shí)間戳三 個(gè)基本屬性。OPC對(duì)象雙接口由OPC自動(dòng)化接口和定制接口組成。在C/S工作模式下，客戶程序 通過接口與OPC服務(wù)器連接。以太網(wǎng)微震系統(tǒng)的總體層次結(jié)構(gòu)在現(xiàn)場控制層，微震檢測單元作為現(xiàn)場智能節(jié) 點(diǎn)，主要作用是進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)測和報(bào)警，并將采集的數(shù)據(jù)上傳；監(jiān)控計(jì)算機(jī)則采用 PC機(jī)。監(jiān)控計(jì)算機(jī)中運(yùn)行OPC數(shù)據(jù)存取服務(wù)器程序，將現(xiàn)場微震檢測單元傳上來的數(shù)據(jù)通 過OPC接口送到監(jiān)控軟件進(jìn)行監(jiān)控，并利用組態(tài)軟件進(jìn)行復(fù)雜的組態(tài)工作，將組態(tài)信息下 載微震檢測單元上，調(diào)整其算法和參數(shù)。OPC數(shù)據(jù)存取服務(wù)器主要由服務(wù)器對(duì)象、組對(duì)象、項(xiàng)對(duì)象、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)和TCP/IP通 信接口組成。由于OPC數(shù)據(jù)存取服務(wù)器既要通過網(wǎng)卡與現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行通信，又要通過OPC接口 與客戶程序進(jìn)行交互，所以采用多線程模型以保證數(shù)據(jù)存取的效率。為避免不同線程同時(shí) 對(duì)數(shù)據(jù)區(qū)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，還需要考慮對(duì)臨界區(qū)的互斥控制。OPC技術(shù)是以微軟的COM技 術(shù)為基礎(chǔ)，同時(shí)需要直接與底層硬件打交道，所以采用VC實(shí)現(xiàn)比較靈活方便。OPC數(shù)據(jù)存取 服務(wù)器主要分為OPC通用接口、硬件接口以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的實(shí)現(xiàn)，在本系統(tǒng)中硬件接口的 實(shí)現(xiàn)主要是實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)通信接口。首先定義OPC數(shù)據(jù)存取服務(wù)器的名稱(ProgID)和類標(biāo)識(shí)(CLSID)，實(shí)現(xiàn)OPC數(shù)據(jù) 存取服務(wù)器類廠對(duì)象。然后由OPC規(guī)范中定義的OPCServer類、OPCGroup類和OPCItem類， 分別派生出裝置、板卡、通道三個(gè)新類。OPC規(guī)范中定義的接口可分為可選接口和必選接口，但對(duì)任何OPC服務(wù)器而言，應(yīng) 實(shí)現(xiàn)必選接口的成員函數(shù)。因此在派生類中重載其父類中必選接口成員函數(shù)，并根據(jù)實(shí)際 情況重載可選接口成員函數(shù)，例如IOPCBrowseServerAddressSpace接口等。為了滿足實(shí) 際要求，還需要定義各個(gè)派生類的特殊屬性和方法并實(shí)現(xiàn)其方法。通信接口的設(shè)計(jì)是OPC數(shù)據(jù)存取服務(wù)器應(yīng)用于工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。由于 控制系統(tǒng)不同于普通局域網(wǎng)，所以通信的可靠性和實(shí)時(shí)性是必須考慮的重要因素。本實(shí)用新型的有益效果利用OPC標(biāo)準(zhǔn)可以實(shí)現(xiàn)微震檢測單元與中央監(jiān)控、礦山 控制系統(tǒng)、管理系統(tǒng)之間方便、快捷連接，便于工程技術(shù)人員熟悉掌握，符合自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā) 展的趨勢。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖。[0036]圖2為本實(shí)用新型的以太網(wǎng)的總體層次結(jié)構(gòu)框圖。圖3為本實(shí)用新型的OPC數(shù)據(jù)存取服務(wù)器的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
。如圖1所示，本實(shí)用新型的基于OPC接口的微震檢測裝置，其特征在于檢測單元的 硬件部分包括傳感器，與此傳感器相連接的數(shù)據(jù)采集部分，與此數(shù)據(jù)采集部分相連接的數(shù) 據(jù)處理部分，所述的數(shù)據(jù)采集部分包括前置放大器，與此前置放大器相連接的濾波器和與 此濾波器相連接的A/D轉(zhuǎn)換器三部分，所述的數(shù)據(jù)處理部分包括與此A/D轉(zhuǎn)換器相連接的 CPU，與此CPU相連接的以太網(wǎng)接口、GPS，此以太網(wǎng)接口與中央處理平臺(tái)相連接。所述的傳感器采用三維測量，即采用三分向加速度傳感器。所述的前置放大器為程控增益放大器，所述的濾波器采用寬帶、低通硬件濾波器。所述的CPU內(nèi)置固化的數(shù)據(jù)分析算法。如圖2所示，所述的以太網(wǎng)的總體層次結(jié)構(gòu)包括現(xiàn)場控制層，監(jiān)控計(jì)算機(jī)層，客戶 機(jī)層，現(xiàn)場控制層由微震檢測單元作為現(xiàn)場智能節(jié)點(diǎn)，監(jiān)控計(jì)算機(jī)采用PC機(jī)，監(jiān)控計(jì)算機(jī) 層中設(shè)有OPC數(shù)據(jù)存取服務(wù)器。如圖3所示，所述的OPC數(shù)據(jù)存取服務(wù)器由服務(wù)器對(duì)象、組對(duì)象、項(xiàng)對(duì)象、數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 區(qū)和TCP/IP通信接口組成，此TCP/IP通信接口通過網(wǎng)卡與現(xiàn)場設(shè)備相連接，OPC接口與客 戶機(jī)層相連接。本實(shí)用新型的有益效果利用OPC標(biāo)準(zhǔn)可以實(shí)現(xiàn)微震檢測單元與中央監(jiān)控、礦山 控制系統(tǒng)、管理系統(tǒng)之間方便、快捷連接，便于工程技術(shù)人員熟悉掌握，符合自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā) 展的趨勢。
權(quán)利要求一種基于OPC接口的微震檢測裝置，其特征在于檢測單元的硬件部分包括傳感器，與此傳感器相連接的數(shù)據(jù)采集部分，與此數(shù)據(jù)采集部分相連接的數(shù)據(jù)處理部分，所述的數(shù)據(jù)采集部分包括前置放大器，與此前置放大器相連接的濾波器和與此濾波器相連接的A/D轉(zhuǎn)換器三部分，所述的數(shù)據(jù)處理部分包括與此A/D轉(zhuǎn)換器相連接的CPU，與此CPU相連接的以太網(wǎng)接口、GPS，此以太網(wǎng)接口與中央處理平臺(tái)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于OPC接口的微震檢測裝置，其特征在于所述的傳感器采 用三維測量，即采用三分向加速度傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于OPC接口的微震檢測裝置，其特征在于所述的前置放大 器為程控增益放大器，所述的濾波器采用寬帶、低通硬件濾波器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于OPC接口的微震檢測裝置，其特征在于所述的CPU內(nèi)置 固化的數(shù)據(jù)分析算法。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于OPC接口的微震檢測裝置，其特征在于所述的以太網(wǎng)的 總體層次結(jié)構(gòu)包括現(xiàn)場控制層，監(jiān)控計(jì)算機(jī)層，客戶機(jī)層，現(xiàn)場控制層由微震檢測單元作為 現(xiàn)場智能節(jié)點(diǎn)，監(jiān)控計(jì)算機(jī)采用PC機(jī)，監(jiān)控計(jì)算機(jī)層中設(shè)有OPC數(shù)據(jù)存取服務(wù)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于OPC接口的微震檢測裝置，其特征在于所述的OPC數(shù)據(jù) 存取服務(wù)器由服務(wù)器對(duì)象、組對(duì)象、項(xiàng)對(duì)象、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)和TCP/IP通信接口組成，此TCP/IP 通信接口通過網(wǎng)卡與現(xiàn)場設(shè)備相連接，OPC接口與客戶機(jī)層相連接。
專利摘要本實(shí)用新型屬于礦震監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于OPC接口的微震檢測裝置，包括傳感器，與此傳感器相連接的數(shù)據(jù)采集部分，與此數(shù)據(jù)采集部分相連接的數(shù)據(jù)處理部分，數(shù)據(jù)采集部分包括前置放大器，與此前置放大器相連接的濾波器和與此濾波器相連接的A/D轉(zhuǎn)換器三部分，數(shù)據(jù)處理部分包括與此A/D轉(zhuǎn)換器相連接的CPU，與此CPU相連接的以太網(wǎng)接口、GPS，此以太網(wǎng)接口與中央處理平臺(tái)相連接。本實(shí)用新型的有益效果利用OPC標(biāo)準(zhǔn)可以實(shí)現(xiàn)微震檢測單元與中央監(jiān)控、礦山控制系統(tǒng)、管理系統(tǒng)之間方便、快捷連接，便于工程技術(shù)人員熟悉掌握，符合自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。
文檔編號(hào)G01P15/18GK201707447SQ20102020959
公開日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2010年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月1日
發(fā)明者張斌, 梁瓊, 邊文 申請(qǐng)人:中冶北方工程技術(shù)有限公司