專利名稱：基于以太網(wǎng)的嵌入式煤礦井下電力安全監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型主要涉及技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于以太網(wǎng)的嵌入式煤礦井下電力安全監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著煤礦現(xiàn)代化程度的不斷提高和井下供電距離的增加，煤礦井下電力系統(tǒng)設(shè)備運行的可靠性、連續(xù)性和安全性成了煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵之一。早期以PC和PLC為代表的計算機技術(shù)己在我國煤炭行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。目前煤礦供電系統(tǒng)計算機應(yīng)用主要體現(xiàn)在煤礦井上變電所的微機保護、微機管理、微機檢測等方面，并取得了較好的應(yīng)用效果。然而，與此相比煤礦井下采區(qū)變電所主要為采煤、通風(fēng)、掘進、運輸、排水等重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)服務(wù)[1_4]，由于這些工作場所地質(zhì)條件復(fù)雜，存在瓦斯煤塵積聚、滴水冒頂事故等事件，會使電氣設(shè)備絕緣強度逐漸降低，容易出現(xiàn)漏電及單相接地等一系列故障。這類故障若不及時排除，會導(dǎo)致電網(wǎng)各相線長期運行在線電壓下，以致絕緣擊穿，甚至發(fā)生兩相或三相短路事故。發(fā)生故障時產(chǎn)生的電弧能量會引起瓦斯、煤塵爆炸，直接危及人身安全和礦井生產(chǎn)。所以，對煤礦井下供電系統(tǒng)實時監(jiān)控顯得十分重要了。另外，由于礦井下需要監(jiān)控的區(qū)域廣、監(jiān)控點分散、監(jiān)控的對象種類繁多，需要花費大量的人力、物力和財力進行設(shè)備的管理和維護，而維護人員不足、維護手段落后己成為管理中的薄弱環(huán)節(jié)。而且這類事件的發(fā)生幾率較小，并具有隨機性和不確定性，傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)方法不能在線監(jiān)測現(xiàn)場所有的設(shè)備運行狀態(tài)，及時進行故障診斷，提前將故障排除，而是等到設(shè)備癱瘓后才進行故障診斷，為此將增加維修的難度，有可能使此設(shè)備由于沒有及時搶修而報廢，設(shè)備停止運行會影響整個生產(chǎn)線的工作，而且大部分事故是由于這些隱患而發(fā)生的。鑒于此，本實用新型設(shè)計了出基于以太網(wǎng)的嵌入式煤礦井下電力安全監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過嵌入式監(jiān)控分站作為中繼站，來提高系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的速度和縮短系統(tǒng)巡測周期，從而提高系統(tǒng)的整體性能，在整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中起著承上啟下的作用。智能電力裝置面向現(xiàn)場電力設(shè)備進行實時數(shù)據(jù)采集。嵌入式監(jiān)控分站設(shè)計了 CAN總線通信接口、以太網(wǎng)通信接口和RS-485及RS — 232串口，這樣就形成了兩層網(wǎng)和多級控制的監(jiān)控系統(tǒng)。即通過CAN總線連接到地面監(jiān)控主機，以太網(wǎng)通信接口連接到Intranet和Internet上，同時通過RS-485與智能電力裝置進行通信。

實用新型內(nèi)容本實用新型目的就是為了彌補已有技術(shù)的缺陷，提供一種不僅可以監(jiān)測供電系統(tǒng)的運行方式和有關(guān)的電氣參數(shù)、電氣設(shè)備的工作狀態(tài)，并且可以對全礦所有的供電設(shè)備進行動態(tài)管理的基于以太網(wǎng)的嵌入式煤礦井下電力安全監(jiān)控系統(tǒng)，極大地提高了煤礦電網(wǎng)的管理水平和設(shè)備的使用效率，有利于煤礦的安全生產(chǎn)。[0007]本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種基于以太網(wǎng)的嵌入式煤礦井下電力安全監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:包括有地面微機管理系統(tǒng)、嵌入式監(jiān)控分站、智能電力裝置，所述的地面微機管理系統(tǒng)包括有以太網(wǎng)通信接口、監(jiān)控主機、多個網(wǎng)絡(luò)計算機，多個網(wǎng)絡(luò)計算機與監(jiān)控主機通過局域網(wǎng)進行通信，監(jiān)控主機直接與以太網(wǎng)通信接口、CAN通信接口相連；所述的嵌入式監(jiān)控分站采用AT91RM9200為核心處理器，AT91RM9200內(nèi)置有存儲單元、通信接口、輸入輸出單元、人機接口、支撐電路、電源及掉電保護單元；所述智能電力裝置采用16位單片機80C196KB作為核心部分，單片機80C196KB連接有電源模塊、輸入輸出光電隔離模塊、RS-485通信接口、液晶顯示及鍵盤電路、報警電路；地面微機管理系統(tǒng)的監(jiān)控主機與嵌入式監(jiān)控分站之間采用CAN現(xiàn)場總線和以太網(wǎng)兩種通訊方式進行通訊，嵌入式監(jiān)控分站與智能電力裝置之間采用RS-485的通訊方式進行通訊。所述的基于以太網(wǎng)的嵌入式煤礦井下電力安全監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述嵌入式監(jiān)控分站的AT91RM9200內(nèi)置的存儲單元包括8MB的Flash、32MB的SDRAM和512KB的I2CEEPROM ;通信接口包括有以太網(wǎng)接口、2路CAN接口、RS_232接口、RS_485接口、USB Device接口和Host接口 ；輸入輸出單元包括32路1/0、8路A/D、2路D/A和2路PWM ;人機接口包括4個7段LED，一個4x4鍵盤及I個64 X 128的IXD顯示接口 ；支撐電路包括晶振、PLL和復(fù)位電路；電源及掉電保護單元提供系統(tǒng)需要的5V、3.6V、1.8V電壓和實時時鐘掉電保護。所述的基于以太網(wǎng)的嵌入式煤礦井下電力安全監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述嵌入式監(jiān)控分站還可以通過以太網(wǎng)通信接口連接到Intranet和Internet上,進行遠程監(jiān)控。本實用新型的優(yōu)點是:本實用新型研究了基于以太網(wǎng)的嵌入式煤礦井下電力安全監(jiān)控系統(tǒng)來監(jiān)控井下電力設(shè)備，使得地面監(jiān)控調(diào)度中心的管理人員就可以直接對井下設(shè)備進行實時監(jiān)控，不僅能直觀的監(jiān)測和記錄井下電力系統(tǒng)設(shè)備的工作狀況及安全生產(chǎn)情況，而且能及時發(fā)現(xiàn)事故苗子，防患于未然，也能為事后分析事故提供有關(guān)的第一手資料。同時能實現(xiàn)井下中央變電所、采區(qū)變電所的集中管理和無人值守，對于提高供電系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟運行指標(biāo)，促進采區(qū)供電系統(tǒng)管理的科學(xué)化、現(xiàn)代化，有著非常重要的現(xiàn)實意義，是現(xiàn)代化礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意框圖。圖2為嵌入式監(jiān)控分站設(shè)計整體框圖。圖3為嵌入式監(jiān)控分站通信接口連接框圖。圖4為智能電力裝置總體框圖。
具體實施方式
如圖1所示，一種基于以太網(wǎng)的嵌入式煤礦井下電力安全監(jiān)控系統(tǒng)，包括有地面微機管理系統(tǒng)1、嵌入式監(jiān)控分站2、智能電力裝置3，地面微機管理系統(tǒng)I包括有以太網(wǎng)通信接口 4、監(jiān)控主機5、多個網(wǎng)絡(luò)計算機，多個網(wǎng)絡(luò)計算機與監(jiān)控主機5通過局域網(wǎng)進行通信，監(jiān)控主機5直接與以太網(wǎng)通信接口 4、CAN通信接口相連；地面微機管理系統(tǒng)I的監(jiān)控主機5與嵌入式監(jiān)控分站2之間采用CAN現(xiàn)場總線和以太網(wǎng)兩種通訊方式進行通訊，嵌入式監(jiān)控分站2與智能電力裝置3之間采用RS-485的通訊方式進行通訊。各智能電力裝置3相互獨立，并行工作，嵌入式監(jiān)控分站2的各變電所分站也相互獨立，互不影響。所以整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為DCS分布式計算機監(jiān)測系統(tǒng)，工作可靠高效；分站帶備用電池，保證在井下各配電裝置出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)都能繼續(xù)可靠工作。地面微機管理系統(tǒng)I主要任務(wù)是對整個井下采區(qū)變電所的信息進行存儲和處理，并通過先進友好的人機界面實現(xiàn)所有采區(qū)變電所的監(jiān)控及管理。只有監(jiān)控主機5可以對井下設(shè)備變電所內(nèi)配電設(shè)備進行人工控制操作，它直接與通信接口相連，進行數(shù)據(jù)采集和控制輸出，其它計算機可通過局域網(wǎng)可顯示部分或全部監(jiān)控畫面和數(shù)據(jù)，但不能進行控制操作。如圖2、3所示，嵌入式監(jiān)控分站2是本系統(tǒng)設(shè)計的核心，其通過網(wǎng)絡(luò)信息通道收集各前置智能電力終端的上傳信息，并傳達到地面微機管理系統(tǒng)I的監(jiān)控主機5，同時下傳監(jiān)控主機5下達的控制和調(diào)整命令給所有與它相連的智能電力裝置3。嵌入式監(jiān)控分站2還可以通過以太網(wǎng)通信接口連接到Intranet和Internet上，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。嵌入式監(jiān)控分站采用AT91RM9200為核心處理器，AT91RM9200內(nèi)置有存儲單元、通信接口、輸入輸出單元、人機接口、支撐電路、電源及掉電保護單元；存儲單元包括8MB的Flash、32MB的SDRAM和512KB的I2C EEPROM ;通信接口包括有以太網(wǎng)接口、2路CAN接口、RS-232接口、RS-485接口、USB Device接口和Host接口 ；輸入輸出單元包括32路1/0、8路A/D、2路D/A和2路PWM ;人機接口包括4個7段LED，一個4x4鍵盤及I個64 X 128的IXD顯示接口 ；支撐電路包括晶振、PLL和復(fù)位電路；電源及掉電保護單元提供系統(tǒng)需要的5V、3.6V、1.8V電壓和實時時鐘掉電保護。因此分站可以提高系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的速度和縮短系統(tǒng)巡測周期，從而提高系統(tǒng)的整體性能，在整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中起著承上啟下的作用。如圖4所示，智能電力裝置采用16位單片機80C196KB作為核心部分，單片機80C196KB連接有電源模塊、輸入輸出光電隔離模塊、RS-485通信接口、液晶顯示及鍵盤電路、報警電路；智能電力裝置采用統(tǒng)一模塊，放置于高、低壓開關(guān)防爆腔內(nèi)，形成就地微機保護和SCADA (數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控)為一體的前置智能測控單元。
權(quán)利要求1.一種基于以太網(wǎng)的嵌入式煤礦井下電力安全監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:包括有地面微機管理系統(tǒng)、嵌入式監(jiān)控分站、智能電力裝置，所述的地面微機管理系統(tǒng)包括有以太網(wǎng)通信接口、監(jiān)控主機、多個網(wǎng)絡(luò)計算機，多個網(wǎng)絡(luò)計算機與監(jiān)控主機通過局域網(wǎng)進行通信，監(jiān)控主機直接與以太網(wǎng)通信接口、CAN通信接口相連；所述的嵌入式監(jiān)控分站采用AT91RM9200為核心處理器，AT91RM9200內(nèi)置有存儲單元、通信接口、輸入輸出單元、人機接口、支撐電路、電源及掉電保護單元；所述智能電力裝置采用16位單片機80C196KB作為核心部分，單片機80C196KB連接有電源模塊、輸入輸出光電隔離模塊、RS-485通信接口、液晶顯示及鍵盤電路、報警電路；地面微機管理系統(tǒng)的監(jiān)控主機與嵌入式監(jiān)控分站之間采用CAN現(xiàn)場總線和以太網(wǎng)兩種通訊方式進行通訊，嵌入式監(jiān)控分站與智能電力裝置之間采用RS-485的通訊方式進行通訊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于以太網(wǎng)的嵌入式煤礦井下電力安全監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述嵌入式監(jiān)控分站的AT91RM9200內(nèi)置的存儲單元包括8MB的Flash、32MB的SDRAM和512KB的I2C EEPROM ;通信接口包括有以太網(wǎng)接口、2路CAN接口、RS-232接口、RS-485接口、USB Device接口和Host接口 ；輸入輸出單元包括32路1/0、8路A/D、2路D/A和2路PWM ;人機接口包括4個7段LED，一個4x4鍵盤及I個64 X 128的IXD顯示接口 ；支撐電路包括晶振、PLL和復(fù)位電路；電源及掉電保護單元提供系統(tǒng)需要的5V、3.6V、1.8V電壓和實時時鐘掉電保護。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于以太網(wǎng)的嵌入式煤礦井下電力安全監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述嵌入式監(jiān)控分站還可以通過以太網(wǎng)通信接口連接到Intranet和Internet上，進行遠程監(jiān)控。
專利摘要本實用新型公開了一種基于以太網(wǎng)的嵌入式煤礦井下電力安全監(jiān)控系統(tǒng)，包括有地面微機管理系統(tǒng)、嵌入式監(jiān)控分站、智能電力裝置，地面微機管理系統(tǒng)包括有以太網(wǎng)通信接口、監(jiān)控主機，監(jiān)控主機直接與以太網(wǎng)通信接口、CAN通信接口相連；地面微機管理系統(tǒng)的監(jiān)控主機與嵌入式監(jiān)控分站之間采用CAN現(xiàn)場總線和以太網(wǎng)兩種通訊方式進行通訊，嵌入式監(jiān)控分站與智能電力裝置之間采用RS-485的通訊方式進行通訊。本實用新型不僅可以監(jiān)測供電系統(tǒng)的運行方式和有關(guān)的電氣參數(shù)、電氣設(shè)備的工作狀態(tài)，并且可以對全礦所有的供電設(shè)備進行動態(tài)管理，極大地提高了煤礦電網(wǎng)的管理水平和設(shè)備的使用效率，有利于煤礦的安全生產(chǎn)。
文檔編號G05B19/418GK203012468SQ20122066865
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月6日
發(fā)明者伍龍 申請人:淮南師范學(xué)院