專利名稱：井下監(jiān)控系統(tǒng)及井下監(jiān)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通信技術(shù)，特別涉及一種礦井下的監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法。
技術(shù)背景安全是人員在礦井下(后文中所述"井，，即為"礦井，，)作業(yè)的頭等大事，安 全對井下生產(chǎn)起著保證、支撐和推動作用的同時，也提高了緊急事件的處理 能力，因此井下的安全生產(chǎn)也是國家安全生產(chǎn)的重要組成部分。隨著國家對 井下安全作業(yè)的日益重視和監(jiān)管力度的不斷加強(qiáng)，我國大中型礦井及廣大鄉(xiāng) 鎮(zhèn)小礦井已大量裝備了井下安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，這些安全裝備的推廣應(yīng)用大 大改善了我國礦井安全生產(chǎn)狀況。從井下安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展來看，主要分為以下幾種類型一、 采用人員考勤定位模式。在井口至井底設(shè)置讀寫器，讀寫器接收每 人攜帶的標(biāo)識卡信息，從而達(dá)到進(jìn)入礦井人員考勤的目的?？梢酝ㄟ^增加考 勤讀寫器擴(kuò)大考勤范圍，獲得井下作業(yè)人員的信息。此方案具有微功率、電 池維持時間較長、系統(tǒng)投資少的優(yōu)點。但是采用此方案的系統(tǒng)也具有功能單 一、讀寫器覆蓋范圍小等缺點。二、 在上述人員考勤定位模式的基礎(chǔ)上增加小靈通通訊系統(tǒng)?？记诙ㄎ?定位系統(tǒng)以及小靈通通訊系統(tǒng)獨立運(yùn)行，考勤定位定位系統(tǒng)可以與小靈通通 訊系統(tǒng)間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。因為小靈通通訊系統(tǒng)需要基站來完成信號傳送，此 方案使考勤定位定位系統(tǒng)中的讀寫器具有小靈通基站的功能，彌補(bǔ)了純獨立 系統(tǒng)導(dǎo)致的小靈通區(qū)域仍然需要設(shè)定位基站的弊端，有效利用了通訊系統(tǒng)資 源。但是此方案仍存在以下缺點1、由于設(shè)立小靈通通訊系統(tǒng)的費(fèi)用昂貴， 一般只覆蓋主要巷道，無法對普通礦工進(jìn)行定位。2、小靈通系統(tǒng)主要是為通 話而設(shè)計的，除語音通話外其數(shù)據(jù)傳輸帶寬較窄，如果將其應(yīng)用于定位系統(tǒng)， 大量的人員位置信息傳輸將受到瓶頸，無法實現(xiàn)千人以上的數(shù)據(jù)傳輸。從已經(jīng)試點的情況來看，在人數(shù)不多的情況下輪詢時間需要2 3分鐘，實時性較 差，與《煤礦安全規(guī)程》要求監(jiān)控系統(tǒng)輪詢時間小于30秒相差較大。三、采用人員動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。國家專利局專利號為03208935.x的實用新 型提出了一種煤礦井下人員動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。請參見圖1,此煤礦井下人員動態(tài) 監(jiān)控系統(tǒng)，包括位于礦井調(diào)度室的計算機(jī)總站101和位于井口的若干個單片 機(jī)分站103，總站和分站之間經(jīng)寬帶有線傳輸網(wǎng)相連，還包括井下人員每人一 個的無線發(fā)射機(jī)105和安裝在盤區(qū)、巷道和工作面的若干無線接收機(jī)107。無 線發(fā)射機(jī)105和無線接收機(jī)107均設(shè)有本質(zhì)安全型防爆電源，防爆電源與電 源穩(wěn)壓模塊之間接有限流電阻。此煤礦井下人員動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)可以對煤礦井 下人員移動位置進(jìn)行跟蹤管理、實時查找和原始資料的統(tǒng)計管理，滿足日常 掌握煤礦井下人員的動態(tài)和事故后快速掌握井下人員的數(shù)量、位置等需求， 為保護(hù)煤礦井下人員安全以及日常統(tǒng)計工作的需要提供了保障。但此方案仍 然存在以下缺陷1、井下每個分站需對應(yīng)一個無線發(fā)射機(jī)105和一個無線接 收機(jī)107，對于大規(guī)模的井下作業(yè)，其費(fèi)用昂貴。2、分站103與總站101之 間傳輸數(shù)據(jù)的速度受寬帶傳輸網(wǎng)的限制，若井下發(fā)生事故，可能無法第一時 間與總站101取得聯(lián)系。并且，分站103與總站101以及分站103與分站103 之間的距離也受有線寬帶網(wǎng)的限制，只能在其限定的距離內(nèi)通訊。3、系統(tǒng)中 各設(shè)備的配置需要滿足系統(tǒng)供應(yīng)商的要求，不具備兼容性。綜上所述，現(xiàn)有的井下安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)存在信號傳輸慢、成本高、設(shè) 備兼容性差等缺點。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種井下監(jiān)控系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有的井下安全生產(chǎn)監(jiān) 控系統(tǒng)存在信號傳輸慢、成本高、設(shè)備兼容性差等缺點。本發(fā)明的另一目的是提供一種井下監(jiān)控方法，以解決現(xiàn)有的井下安全生 產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)存在信號傳輸慢、成本高、設(shè)備兼容性差等缺點。本發(fā)明提出一種井下監(jiān)控系統(tǒng)，包括地面控制中心、復(fù)數(shù)個基站、復(fù)數(shù) 個傳感器以及復(fù)數(shù)個收發(fā)機(jī)。地面控制中心用以對并下環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測并對井下移動目標(biāo)進(jìn)行定位、跟蹤以及考勤。復(fù)數(shù)個基站設(shè)置于礦井中的各個重要 檢測點，基站之間通過通訊電纜相連，且基站通過通訊電纜連接至地面控制中心，采用LonWorks現(xiàn)場總線技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?；居靡员O(jiān)測礦井中的各 種環(huán)境參數(shù)與井下移動目標(biāo)的位置及狀態(tài)，并將監(jiān)測到的各種環(huán)境數(shù)據(jù)與井 下移動目標(biāo)的位置及狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送至地面控制中心以及接收地面控制中心發(fā)送的控制信號，其中每個基站包括無線通訊模塊、單片機(jī)以及神經(jīng)元芯片。 無線通訊模塊用以接收井下移動目標(biāo)的位置及狀態(tài)信息。單片機(jī)用以對各種 環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。神經(jīng)元芯片具有三個控制數(shù)據(jù)傳送且采用LonWorks 通訊協(xié)議的處理器。此神經(jīng)元芯片用以依靠其處理能力，將基站監(jiān)測到的井 下環(huán)境參數(shù)及井下移動目標(biāo)的位置及狀態(tài)通過通訊電纜以LonWorks現(xiàn)場總線 技術(shù)傳送到地面控制中心，使地面控制中心及時獲取井下移動目標(biāo)的位置與 井下環(huán)境狀態(tài)，并以LonWorks現(xiàn)場總線技術(shù)接收地面控制中心通過通訊電纜 傳送給基站的指令及信號數(shù)據(jù)，以使無線通訊模塊及時向井下移動目標(biāo)發(fā)送 控制及報警信號。傳感器外接于基站，用以監(jiān)測礦井中的各種環(huán)境參數(shù)。收 發(fā)機(jī)設(shè)置于井下的移動目標(biāo)上，其與基站進(jìn)行雙向通訊，用以將移動目標(biāo)的 位置及狀態(tài)信息發(fā)送給基站并通過基站將移動目標(biāo)的位置及狀態(tài)信息發(fā)送給 地面控制中心，以實現(xiàn)對井下移動目標(biāo)的定位、跟蹤以及考勤。依照本發(fā)明較佳實施例所述的井下監(jiān)控系統(tǒng)，每個收發(fā)機(jī)包括天線、報 警裝置以及射頻信號發(fā)生芯片。報警裝置用以產(chǎn)生求助信號或報警信號。射 頻信號發(fā)生芯片用以將求助信號進(jìn)行調(diào)制并產(chǎn)生射頻信號，以及通過天線發(fā)送給基站。依照本發(fā)明較佳實施例所述的井下監(jiān)控系統(tǒng)，地面控制中心包括監(jiān)控主 機(jī)以及通訊適配器。監(jiān)控主機(jī)用以接收基站發(fā)送的井下各種環(huán)境數(shù)據(jù)及移動 目標(biāo)的位置及狀態(tài)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析與處理，以及根據(jù)分析與處理后的井下 各種環(huán)境數(shù)據(jù)及移動目標(biāo)的位置及狀態(tài)數(shù)據(jù)向基站發(fā)送控制信號。通訊適配 器，用以將在LonWorks現(xiàn)場總線上傳輸?shù)腖onWorks信號與監(jiān)控主機(jī)發(fā)送與 接收的RS232信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并實現(xiàn)井上非本安通信信號與井下本安通信信 號之間的電氣隔離。依照本發(fā)明較佳實施例所述的井下監(jiān)控系統(tǒng)，其還包括復(fù)數(shù)個防雷柵， 其分別設(shè)置于礦井口以及通訊適配器與通訊電纜之間，用以保護(hù)井下設(shè)備和 地面控制中心不受雷擊。依照本發(fā)明較佳實施例所述的井下監(jiān)控系統(tǒng)，地面控制中心包括備用主 機(jī)，用以在監(jiān)控主機(jī)出現(xiàn)故障影響系統(tǒng)正常運(yùn)行時，立刻代替監(jiān)控主機(jī)并投 入工作。依照本發(fā)明較佳實施例所述的井下監(jiān)控系統(tǒng)，其還包括復(fù)數(shù)個隔爆兼本 質(zhì)安全電源箱，每個隔爆兼本質(zhì)安全電源箱與一個基站相連，用以為些基站 提供本質(zhì)安全型電源。本發(fā)明另提出一種井下監(jiān)控方法，包括以下步驟:首先，設(shè)置地面控制 中心。其次，在礦井中的各個重要檢測點設(shè)置復(fù)數(shù)個基站。接著，在井下的 移動目標(biāo)上設(shè)置復(fù)數(shù)個收發(fā)機(jī)。然后，通過基站監(jiān)測礦井中的各種環(huán)境參數(shù) 和移動目標(biāo)的位置及狀態(tài)信息。然后，基站采用LonWorks現(xiàn)場總線技術(shù)通過通訊電纜將監(jiān)測到的各種環(huán)境數(shù)據(jù)與井下移動目標(biāo)的位置及狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送至 地面控制中心并接收地面控制中心發(fā)送的控制信號。最后，基站將地面控制 中心發(fā)出的各種命令，及時發(fā)出報警及控制信號。依照本發(fā)明較佳實施例所述的井下監(jiān)控方法，基站與地面控制中'"、傳輸 數(shù)據(jù)時還包括以下步驟首先，設(shè)置通訊適配器。然后，通訊適配器接收井 下基站發(fā)來的Lon Works通訊信號，將LonWorks通訊信號解調(diào)成RS-232C 信號傳送給地面控制中心，并將地面控制中心輸出的RS-232C信號經(jīng)調(diào)制成 LonWorks通訊信號發(fā)送給井下基站，并實現(xiàn)井上非本安通信信號與井下本安 通信信號之間的電氣隔離。依照本發(fā)明較佳實施例所述的井下監(jiān)控方法，基站與收發(fā)機(jī)采用無線雙向通訊。依照本發(fā)明較佳實施例所述的井下監(jiān)控方法，地面控制中心接收到移動 目標(biāo)的位置及狀態(tài)數(shù)據(jù)后，根據(jù)其中的場強(qiáng)變化信息確定移動目標(biāo)精確位置。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具備了以下優(yōu)點1、 本發(fā)明因采用了LonWorks現(xiàn)場總線，其通訊速度是傳統(tǒng)總線的2至5 倍，性能穩(wěn)定可靠，且在井下的通訊距離不限，使整個系統(tǒng)保證持續(xù)運(yùn)行的 高可靠性和穩(wěn)定性。2、 LonWorks現(xiàn)場總線的通信協(xié)議是符合國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO )定義的 開放互連(OSI) ^t型，任何制造商的產(chǎn)品接入LonWorks現(xiàn)場總線后都可以 實現(xiàn)互操作，因此本發(fā)明中的設(shè)備具備了兼容性，不受供應(yīng)商的限制，同時 使系統(tǒng)可以適應(yīng)快速發(fā)展的信息技術(shù)的變化。3、 本發(fā)明所采用的LonWorks現(xiàn)場總線可用任何媒介進(jìn)行通信，包括雙 絞線、電力線、光纖、同軸電纜、無線電波、紅外線等，基站間2芯通訊電纜 可以串聯(lián)、星形及環(huán)型無極性任意連接，即使單根斷線也能正常通訊。4、 本發(fā)明的基站與收發(fā)機(jī)間采用無線雙向通訊，井下人員在危急時刻可 以通過收發(fā)機(jī)向地面控制中心發(fā)出緊急求助；同樣，在礦井內(nèi)的環(huán)境參數(shù)不 符合作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)時，監(jiān)控中心可以通過基站向收發(fā)機(jī)發(fā)送命令，收發(fā)機(jī)以多種 聲、光等報警方式主動通知井下人員撤離，可以大大減小礦井內(nèi)發(fā)生事故的幾率。


圖1為國家專利局專利號為03208935.x的實用新型的一種煤礦井下人員 動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明實施例的 一 種井下監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明實施例的 一種基站結(jié)構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明實施例的另 一種井下監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖5為本發(fā)明實施例的 一種收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)圖；圖6為本發(fā)明實施例的 一種井下監(jiān)控方法流程圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖，具體說明本發(fā)明。本發(fā)明將LonWorks技術(shù)引入到井下監(jiān)控系統(tǒng)，LonWorks技術(shù)是美國 Echelon公司于1990年12月推出的一種現(xiàn)場總線技術(shù)。LonWorks現(xiàn)場總線 的通訊速度是傳統(tǒng)總線的2至5倍，且LonWorks現(xiàn)場總線的通信協(xié)議是符 合國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)定義的開放互連(OSI)模型，任何制造商的產(chǎn)品 接入LonWorks現(xiàn)場總線后都可以實現(xiàn)互操作，其可用任何i某介進(jìn)行通信， 包括雙絞線、電力線、光纖、同軸電纜、無線電波、紅外線等，因此LonWorks 技術(shù)在國際和國內(nèi)都得到越來越廣泛的應(yīng)用。請參見圖2，其為本發(fā)明實施例的一種井下監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。此井下監(jiān)控 系統(tǒng)，包括地面控制中心201、復(fù)數(shù)個基站203、復(fù)數(shù)個傳感器204以及復(fù)數(shù) 個收發(fā)機(jī)205。收發(fā)機(jī)205設(shè)置于井下的移動目標(biāo)上，如工作人員，車輛等。 基站203設(shè)置于礦井中的各個重要檢測點，基站203之間通過通訊電纜207 相連，且基站203通過通訊電纜207連接至地面控制中心201,采用LonWorks 現(xiàn)場總線技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。傳感器204外接于基站203。如圖3所示，每個 基站203包括無線通訊模塊301、單片機(jī)303以及神經(jīng)元芯片305。此井下監(jiān)控系統(tǒng)工作時，通過基站203外接的傳感器204對礦井中的各 種環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，并將監(jiān)測的各種環(huán)境參數(shù)值輸入單片機(jī)303進(jìn)行處理。 同時，通過基站203上的無線通訊模塊301 ，接收收發(fā)機(jī)205所在移動目標(biāo)的 位置及狀態(tài)信息。然后基站203通過神經(jīng)元芯片305將單片機(jī)303采集的表 示礦井下各種環(huán)境狀態(tài)的數(shù)據(jù)以及收發(fā)機(jī)205發(fā)送位置及狀態(tài)數(shù)據(jù)經(jīng) LonWorks現(xiàn)場總線傳送到地面控制中心201，以實現(xiàn)對井下移動目標(biāo)的定位、 跟蹤以及考勤。神經(jīng)元芯片305具有三個控制數(shù)據(jù)傳送且采用LonWorks通訊 協(xié)議的處理器。神經(jīng)元芯片305提供基站203通信與處理能力，其控制基站 203與其它設(shè)備采用LonWorks現(xiàn)場總線技術(shù)以傳統(tǒng)通訊總線2至5倍的速度 進(jìn)行通訊。地面控制中心201接收到井下環(huán)境狀態(tài)的^t據(jù)以及移動目標(biāo)的位 il及狀態(tài)數(shù)據(jù)后，進(jìn)行分析處理，根據(jù)移動目標(biāo)位置及狀態(tài)數(shù)據(jù)中場強(qiáng)的變 化信息確定移動目標(biāo)的位置。若礦井下各種環(huán)境狀態(tài)的數(shù)據(jù)顯示礦井下的環(huán) 境參數(shù)不符合作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)時，可在突發(fā)事件發(fā)生前，向基站203發(fā)送控制信號， 并通過基站203的無線通訊模塊301向收發(fā)機(jī)205發(fā)送報警信號，使危險區(qū)域的人員疏散。井下人員在危急時刻可以通過收發(fā)機(jī)205向地面控制中心201 發(fā)出緊急求助信號。請參見圖4，其為本發(fā)明實施例的另一種井下監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。此井下監(jiān) 控系統(tǒng)，包括地面控制中心201、復(fù)數(shù)個基站203以及復(fù)數(shù)個收發(fā)機(jī)205、復(fù) 數(shù)個隔爆兼本質(zhì)安全電源箱401、復(fù)數(shù)個傳感器204以及復(fù)數(shù)個防雷柵403。 地面控制中心201包括監(jiān)控主機(jī)405、備用主機(jī)407以及通訊適配器。基站 203設(shè)置于礦井中的各個重要檢測點，基站203之間通過通訊電纜207相連， 且基站203通過通訊電纜207連接至地面控制中心201，基站203之間通過 LonWorks現(xiàn)場總線方式進(jìn)行通訊，且基站203通過LonWorks現(xiàn)場總線方式 將數(shù)據(jù)發(fā)送至地面控制中心201, Lon Works現(xiàn)場總線也可用其它媒介進(jìn)行通 信，如雙絞線、電力線、光纖、同軸電纜、無線電波、紅外線等。每個隔爆 兼本質(zhì)安全電源箱401與一個基站相連，基站203由隔爆兼本質(zhì)安全電源箱 401供電，隔爆兼本質(zhì)安全電源箱401可以根據(jù)實際需要提供多種電壓，并且 在交流電停電時，可以采用備用電池為基站203供電，使基站203維持工作 兩小時以上。傳感器204外接于基站203。防雷柵403分別設(shè)置于礦井口以及 通訊適配器409與LonWorks現(xiàn)場總線之間，用以防止Lon Works現(xiàn)場總線所 在電纜因雷擊而短路。每個收發(fā)機(jī)205包括天線501、報警裝置503以及射頻 信號發(fā)生芯片505,如圖5所示，收發(fā)機(jī)205可采用鈕扣式電池供電。此井下監(jiān)控系統(tǒng)工作時，通過基站203所掛接的傳感器204監(jiān)測礦井下 的各種環(huán)境參數(shù)，并將監(jiān)測到的參數(shù)值輸入單片機(jī)303進(jìn)行處理。同時，通 過基站203上的無線通訊模塊301接收收發(fā)機(jī)205發(fā)送的井下移動目標(biāo)的位 置及狀態(tài)信息。然后基站203通過神經(jīng)元芯片305將單片機(jī)303處理過的表 示環(huán)境狀態(tài)的數(shù)據(jù)以及收發(fā)機(jī)205發(fā)送的移動目標(biāo)的位置及狀態(tài)數(shù)據(jù)經(jīng) LonWorks現(xiàn)場總線傳送到地面控制中心201。通訊適配器409將在Lon Works 現(xiàn)場總線上傳輸?shù)腖onWorks信號轉(zhuǎn)換為RS232信號后輸入監(jiān)控主機(jī)405。監(jiān) 控主機(jī)405可以配置有顯示設(shè)備，當(dāng)其接收到井下環(huán)境狀態(tài)的數(shù)據(jù)以及移動 目標(biāo)的位置及狀態(tài)數(shù)據(jù)后，進(jìn)行分析處理，根據(jù)移動目標(biāo)位置及狀態(tài)數(shù)據(jù)中 場強(qiáng)的變化信息確定移動目標(biāo)的位置。并顯示在顯示設(shè)備中，以實現(xiàn)對井下移動目標(biāo)的定位、跟蹤以及考勤。在監(jiān)控主機(jī)405出現(xiàn)故障影響系統(tǒng)正常運(yùn) 行時，立刻啟動備用主機(jī)407并代替監(jiān)控主機(jī)405投入工作。若監(jiān)控主機(jī)405 或備用主機(jī)407發(fā)現(xiàn)礦井內(nèi)的環(huán)境參數(shù)不符合作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)時，可在突發(fā)事件發(fā) 生前，向基站203發(fā)送控制信號，并通過基站203向收發(fā)機(jī)205發(fā)送報警信 號，使危險區(qū)域的人員疏散。收發(fā)機(jī)205接收到報警信號后，可以通過多種 聲光方式發(fā)出報警。另外，當(dāng)?shù)V井中出現(xiàn)緊急情況時，井下人員可以啟動收 發(fā)機(jī)205中的報警裝置503，使報警裝置503產(chǎn)生一個求助信號，求助信號經(jīng) 射頻信號發(fā)生芯片505調(diào)制后產(chǎn)生一個射頻信號，并通過天線發(fā)送給基站203。 基站203通過無線通訊模塊301接收收發(fā)機(jī)205發(fā)送的求助信號，當(dāng)其接收 到收發(fā)機(jī)205發(fā)送的求助射頻信號后，通過LonWorks現(xiàn)場總線傳送給地面控 制中心201，使地面控制中心201可以根據(jù)發(fā)生狀況的收發(fā)機(jī)205所在的具體 位置，組織營救工作或采取相應(yīng)的措施。請參見圖6,其為本發(fā)明實施例的一種井下監(jiān)控方法流程圖。S601:設(shè)置地面控制中心。S603:在礦井中的各個重要檢測點設(shè)置復(fù)數(shù)個基站。 S605:在井下的移動目標(biāo)上設(shè)置復(fù)數(shù)個收發(fā)機(jī)。 S607:通過基站監(jiān)測礦井中的各種環(huán)境參數(shù)。 S609:將移動目標(biāo)的位置及狀態(tài)信息發(fā)送至基站。S611:基站通過LonWorks現(xiàn)場總線將監(jiān)測到的井下各種環(huán)境數(shù)據(jù)與井下 移動目標(biāo)的位置及狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送至地面控制中心并接收地面控制中心發(fā)送的 控制信號。本發(fā)明因在井下監(jiān)控系統(tǒng)中采用了 LonWorks現(xiàn)場總線，因此基站與地面 控制中心的通訊速度是采用傳統(tǒng)總線時的2至5倍，性能穩(wěn)定可靠，且在井 下的通訊距離不限，使整個系統(tǒng)保證持續(xù)運(yùn)行的高可靠性和穩(wěn)定性，確保了 井下工作人員的安全。并且，LonWorks現(xiàn)場總線的通信協(xié)議是符合國際標(biāo) 準(zhǔn)化組織(ISO )定義的開放互連(OSI )模型，任何制造商的產(chǎn)品接入LonWorks 現(xiàn)場總線后都可以實現(xiàn)互操作，因此本發(fā)明中的設(shè)備具備了兼容性，不受供應(yīng)商的限制，同時使系統(tǒng)可以適應(yīng)快速發(fā)展的信息技術(shù)的變化。本發(fā)明所采用的LonWorks現(xiàn)場總線可用任何媒介進(jìn)行通信，包括雙絞線、電力線、光 纖、同軸電纜、無線電波、紅外線等，基站間2芯通訊電纜可以串聯(lián)、星形 及環(huán)型無極性任意連接，即使單根斷線也能正常通訊。本發(fā)明的基站與收發(fā) 機(jī)間采用無線雙向通訊，井下人員在危急時刻可以發(fā)出緊急求助，同樣，在 礦井內(nèi)的環(huán)境參數(shù)不符合作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)時，監(jiān)控中心可以通過基站向收發(fā)機(jī)發(fā)送 報警命令，收發(fā)機(jī)以多種聲、光等報警方式主動通知井下人員撤離，可以大 大減小礦井內(nèi)發(fā)生事故的幾率。以上公開的僅為本發(fā)明的幾個具體實施例，但本發(fā)明并非局限于此，任 何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的變化，都應(yīng)落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種井下監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，包括一地面控制中心，用以對井下環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測并對井下移動目標(biāo)進(jìn)行定位、跟蹤以及考勤；復(fù)數(shù)個基站，設(shè)置于礦井中的各個重要檢測點，該些基站之間通過通訊電纜相連，且該些基站通過通訊電纜連接至該地面控制中心，該些基站之間及該些基站與該地面控制中心之間采用LonWorks現(xiàn)場總線技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，該些基站用以監(jiān)測礦井中的各種環(huán)境參數(shù)與井下移動目標(biāo)的位置及狀態(tài)，并將監(jiān)測到的井下環(huán)境數(shù)據(jù)與井下移動目標(biāo)的位置及狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送至該地面控制中心以及接收該地面控制中心發(fā)送的控制信號，其中每個基站包括一無線通訊模塊，用以接收井下移動目標(biāo)發(fā)送來的位置及狀態(tài)信息及向井下移動目標(biāo)發(fā)送控制及報警信號；一單片機(jī)，用以對井下環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；一神經(jīng)元芯片，其具有三個控制數(shù)據(jù)傳送且采用LonWorks通訊協(xié)議的處理器，該神經(jīng)元芯片用以依靠其處理能力，將該些基站監(jiān)測到的井下環(huán)境參數(shù)及井下移動目標(biāo)的位置及狀態(tài)通過通訊電纜以LonWorks現(xiàn)場總線技術(shù)傳送到該地面控制中心，使該地面控制中心及時獲取井下移動目標(biāo)的位置與井下環(huán)境狀態(tài)，并以LonWorks現(xiàn)場總線技術(shù)接收該地面控制中心通過通訊電纜傳送給該些基站的指令及信號數(shù)據(jù)，以使該無線通訊模塊及時向井下移動目標(biāo)發(fā)送控制及報警信號；復(fù)數(shù)個傳感器，外接于該些基站，用以監(jiān)測礦井中的各種環(huán)境參數(shù)；復(fù)數(shù)個收發(fā)機(jī)，設(shè)置于井下的移動目標(biāo)上，其與該些基站進(jìn)行無線雙向通訊，用以將移動目標(biāo)的位置及狀態(tài)信息發(fā)送給該些基站并通過該些基站采用LonWorks現(xiàn)場總線技術(shù)將移動目標(biāo)的位置及狀態(tài)信息發(fā)送給該地面控制中心，以實現(xiàn)對井下移動目標(biāo)的定位、跟蹤以及考勤。
2、 如權(quán)利要求1所述的井下監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，每個收發(fā)機(jī)包括 一天線；一報警裝置，用以產(chǎn)生一求助信號或一報警信號；一射頻信號發(fā)生芯片，用以將該求助信號進(jìn)行調(diào)制并產(chǎn)生一射頻信號， 以及通過天線發(fā)送給該些基站。
3、 如權(quán)利要求1所述的井下監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，該地面控制中心包括一監(jiān)控主機(jī)，用以接收該些基站發(fā)送的井下各種環(huán)境數(shù)據(jù)及移動目標(biāo)的 位置及狀態(tài)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析與處理，以及根據(jù)分析與處理后的井下各種環(huán) 境數(shù)據(jù)及移動目標(biāo)的位置及狀態(tài)數(shù)據(jù)向該些基站發(fā)送控制信號；一通訊適配器，用以將在通訊電纜上采用LonWorks現(xiàn)場總線技術(shù)傳輸?shù)?LonWorks信號與該監(jiān)控主機(jī)發(fā)送與接收的RS232信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并實現(xiàn)井上 非本安通信信號與井下本安通信信號之間的電氣隔離。
4、 如權(quán)利要求3所述的井下監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，其還包括復(fù)數(shù)個防 雷柵，其分別設(shè)置于礦井口以及該通訊適配器與通訊電纜之間，用以保護(hù)井 下設(shè)備和地面控制中心不受雷擊。
5、 如權(quán)利要求3所述的井下監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，該地面控制中心包 括一備用主機(jī)，用以在該監(jiān)控主機(jī)出現(xiàn)故障影響系統(tǒng)正常運(yùn)行時，立刻代替 該監(jiān)控主機(jī)并投入工作。
6、 如權(quán)利要求1所述的井下監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，其還包括復(fù)數(shù)個隔 爆兼本質(zhì)安全電源箱，每個隔爆兼本質(zhì)安全電源箱與一個基站相連，用以為 該些基站提供本質(zhì)安全型電源。
7、 一種井下監(jiān)控方法，其特征在于，包括以下步驟 設(shè)置一地面控制中心；在礦井中的各個重要檢測點設(shè)置復(fù)數(shù)個基站； 在井下的移動目標(biāo)上設(shè)置復(fù)數(shù)個收發(fā)機(jī)；通過該些基站監(jiān)測礦井中的各種環(huán)境參數(shù)和移動目標(biāo)的位置及狀態(tài)信白-. "、 5該些基站采用LonWorks現(xiàn)場總線技術(shù)通過通訊電纜將監(jiān)測到的各種環(huán) '境數(shù)據(jù)與井下移動目標(biāo)的位置及狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送至該地面控制中心并接收該地面控制中心發(fā)送的控制信號；基站將該地面控制中心發(fā)出的各種命令，及時發(fā)出報警及控制信號。
8、 如權(quán)利要求7所述的井下監(jiān)控方法，其特征在于，該些基站與該地面 控釗中心傳輸數(shù)據(jù)時還包括以下步驟設(shè)置一通訊適配器；該通訊適配器接收井下該些基站發(fā)來的LonWorks通訊信號，將 Lon Works通訊信號解調(diào)成RS-232C信號傳送給該地面控制中心，并將該地 面控制中心輸出的RS-232C信號經(jīng)調(diào)制成LonWorks通訊信號發(fā)送給井下該 些基站，并實現(xiàn)井上非本安通信信號與井下本安通信信號之間的電氣隔離。
9、 如權(quán)利要求7所述的井下監(jiān)控方法，其特征在于，該些基站與該些收 發(fā)才幾采用無線雙向通訊。
10、 如權(quán)利要求7所述的井下監(jiān)控方法，其特征在于，該地面控制中心 接收到移動目標(biāo)的位置及狀態(tài)數(shù)據(jù)后，根據(jù)其中的場強(qiáng)變化信息確定移動目標(biāo)精確位置。
全文摘要
本發(fā)明提出一種井下監(jiān)控系統(tǒng)，包括地面控制中心，復(fù)數(shù)個防雷柵、復(fù)數(shù)個基站、復(fù)數(shù)個隔爆兼本質(zhì)安全電源箱，復(fù)數(shù)個傳感器、通訊電纜以及復(fù)數(shù)個收發(fā)機(jī)。復(fù)數(shù)個基站設(shè)置于礦井中的各個重要檢測點，地面中心控制系統(tǒng)與基站之間采用通訊電纜連接，以LonW orks現(xiàn)場總線方式進(jìn)行傳輸，其中每個基站包括無線通訊模塊、單片機(jī)以及神經(jīng)元芯片。無線通訊模塊用以與收發(fā)機(jī)進(jìn)行射頻無線雙向通訊，并接收井下移動目標(biāo)的位置及狀態(tài)信息。單片機(jī)用以處理所監(jiān)測的各種環(huán)境參數(shù)。神經(jīng)元芯片用以通過LonWorks現(xiàn)場總線與地面控制中心傳輸數(shù)據(jù)。復(fù)數(shù)個收發(fā)機(jī)設(shè)置于井下的移動目標(biāo)上，其與基站進(jìn)行無線雙向通訊。本發(fā)明可以使井下作業(yè)更安全、可靠。
文檔編號H04L12/28GK101222399SQ20081003321
公開日2008年7月16日 申請日期2008年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月29日
發(fā)明者宏 朱, 段會軍, 王書智, 謝昌綱 申請人:上海約翰芬雷自動化系統(tǒng)有限公司