专利名称：煤矿顶板离层无线监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及煤矿顶板离层监测装置，具体为煤矿顶板离层无线监测装置。
背景技术：
现有的煤矿顶板离层监测系统，节点间采用有线方式、数据采集器和节点之间利 用红外通信方式，这种方式仍然属于有线通信方式。系统节点和节点之间、节点和分站之间 采用CAN总线或者工业以太网，分站和手持采集器之间采用红外通信，传输距离限定在5m 以内，系统存在安装不方便、布线困难、难以维护、系统成本高、系统组网不方便等问题。
发明内容本实用新型为了解决现有煤矿顶板离层监测装置为有线结构所带来的安装不方 便、布线困难、难以维护、系统成本高、系统组网不方便等问题，提供一种煤矿顶板离层无线 监测装置。本实用新型是采用如下技术方案实现的煤矿顶板离层无线监测装置，包括井上 部分和井下部分，井上部分包括监控计算机和与之相连的井上以太网交换机，井下部分包 括间隔分布于巷道的顶板离层信号采集节点，与各信号采集节点无线通信的井下分站，与 井上以太网交换机相连的井下以太网交换机，各井下分站通过CAN转以太网卡与井下以太 网交换机相连；还包括与信号采集节点和井下分站无线通信的便携式数据无线采集器；顶 板离层信号采集节点由固定于巷道顶板上的位移传感器和与位移传感器相连的包括模数 转换电路、单片机(MCU)、与单片机相连的显示电路、通信电路模块的信号处理器。工作时， 采集节点的位移传感器采集顶板离层量，并将该顶板离层量数据信号传输给采集节点的信 号处理器，信号处理器对顶板离层量数据信号进行处理后，由其内的通信电路模块将信号 发射出去，井下分站接收各采集节点发出的顶板离层量数据信号。顶板离层数据信号通过 两种方式传输至井上部分，一种是由各井下分站经CAN转以太网卡、井下以太网交换机和 井上以太网交换机而传输到井上部分的监控计算机上。另一种是由井下人员携带便携式数 据无线采集器，对各采集节点或各井下分站内所存储的顶板离层量数据进行无线采集，然 后再导入井上部分的监控计算机。监控计算机、井下分站、采集节点和便携式数据无线采集 器在各自相应软件的支持下，将采集到的顶板离层量数据信号与设定值进行比较，当某位 置顶板离层位移量超过预先设定值时，系统将在本地采集节点、本地井下分站、便携式数据 无线采集器和监控计算机同时报警，从而便于采取措施，及时维护。本实用新型所述的煤矿顶板离层无线监测装置采用现代电子、现代无线通信技 术、单片机技术并利用网络通信技术将其联网，形成系统，最终能够实现巷道顶板的实时无 线监测。利用该装置构建系统后，由地面计算机即可了解监测巷道或区域顶板的支护状况， 从而为矿井安全生产创造良好的外部条件，进一步可为优化巷道支护设计提供基础数据， 进而降低巷道支护费用，提高掘进速度，提高矿井经济效益。本实用新型所述的煤矿顶板离层无线监测装置基于先进的无线通信技术、无线网络技术、低功耗控制技术，实现了多点实时监测、远程数据传输及数据处理；具有量程大、精 度高、传输速率快、实时性强、安装维护方便、成本低等优点。该系统采用无线数据传输技 术，结构简单，组网灵活，扩展方便，可靠性高，抗干扰性好，带载能力强，易于安装调试。该 装置主要适用于具有爆炸性气体(甲烷)和煤尘的矿井中，对煤矿井下各类巷道、工作面切 眼或其他矿山、隧道等需要安装使用的地点进行顶板离层量的实时无线监测。
图1为本实用新型所述的煤矿顶板离层无线监测装置的结构示意图。图中1 一监控计算机，2 —井上以太网交换机，3 —采集节点，4 一井下分站，5 — 井下以太网交换机，6 - CAN转以太网卡，7 —便携式数据无线采集器，8 —矿用电源。
具体实施方式
煤矿顶板离层无线监测装置，包括井上部分和井下部分，井上部分包括监控计算 机1和与之相连的井上以太网交换机2，井下部分包括间隔分布于巷道的顶板离层信号采 集节点3，与各信号采集节点无线通信的井下分站4，与井上以太网交换机2相连的井下以 太网交换机5，各井下分站通过CAN转以太网卡6与井下以太网交换机5相连；还包括与 信号采集节点3和井下分站4无线通信的便携式数据无线采集器7 ；顶板离层信号采集节 点3由固定于巷道顶板上的位移传感器和与位移传感器相连的包括模数转换电路、单片机 (MCU)、与单片机相连的显示电路、通信电路模块的信号处理器。井上部分的监控计算机配 备打印机等设备。井上部分的各设备之间铺设双绞网线，通过有线工业以太网和TCP/IP通 信协议交换信息，同时，井上、井下以光纤环网为基础，形成统一的传输、通信网络。具体实 施时，各采集节点每50米布置一个，通过无线数传通信技术每6小时或8小时(每班一次) 将顶板位移量上传到井下分站，井下分站收集齐40个位移传感器每班一次的节点数据后， 通过CAN转以太网接口卡或者便携式数据采集器上传至监控计算机，由运行在计算机中的 监控软件进行统计、分析、保存、打印等。具体实施时，井下分站4、便携式数据无线采集器7 的结构是本领域技术人员容易实现的；以太网交换机和CAN转以太网卡是可购得的现有产 品。井下分站4、CAN转以太网卡6和井下以太网交换机5采用矿用电源8供电。采集节点 3中的位移传感器采用拉线式顶板位移传感器。井下分站4负责收集本采区或者采面的顶板监测数据，集中保存、处理，并通过有 线监控系统网络上传给监控计算机或者通过无线传给便携式数据无线采集器。井下分站4 主要包括中央处理器(CPU)、数据存储单元、键盘输入单元、液晶及报警显示单元、LED显 示单元、无线数传单元、CAN总线传输单元等。数据存储单元由静态RAM构成，可保存该井 下分站所负责的40个监测节点、M小时、三个班次(或四个班次)所采集的顶板位移数据。 键盘输入单元可设定分站地址、修改实时时钟、查询传感器节点数据等。液晶及报警显示单 元可显示时间、最新存储的一个传感器节点的数据，报警节点地址、报警位移量并可通过翻 页键逐条查询单个节点数据。LED显示单元包括电源指示灯、CAN总线通信指示灯、无线数 据通信指示灯、报警指示灯。无线数传单元负责完成与邻近顶板位移传感器节点的数据通 信。当5米范围内有无线数据采集器，并接收到该无线数据采集器的数据上传指令时，把当 前存储的分站数据传送给无线数据采集器。CAN总线传输单元完成与上层单元(CAN总线和以太网转换接口)的数据通信，从而使顶板监测数据可通过矿山工业以太网传输到地面监 控中心。便携式数据无线采集器7以无线方式和煤矿井下分站及数据采集节点通信，获取 煤矿井下不同位置处的分站收集的顶板监测数据，然后，通过该设备配置的RS232串口将 数据导入监控计算机的监测软件；电池供电方式，工作电压4. 2 V，工作电流小于100毫安； 存储容量存储一天内分站采集到的全部数据。便携式数据无线采集器7主要包括中央 处理器(CPU)、数据存储单元、键盘输入单元、液晶显示单元、LED显示单元、无线数传单元、 RS23串行通信单元等。在具体运行过程中，各采集节点每50米布置一个，通过无线数传通信技术每6小 时或8小时(每班一次)将顶板位移量上通过无线接力方式传到井下分站，井下分站收集齐 40个位移传感器每班一次的节点数据后，通过CAN转以太网接口卡或者便携式数据无线采 集器上传至监控计算机，由运行在计算机中的监控软件进行统计、分析、保存、打印等。当顶 板离层无线采集系统无法和矿山有线光纤以太网相连接时，也可以通过便携式数据无线采 集器收集井下所有顶板位移传感器节点保存的顶板离层量数据，由人工带到地面井上，通 过RS232通信将数据导入到监控中心服务器保存、分析。
权利要求1.一种煤矿顶板离层无线监测装置，包括井上部分和井下部分，井上部分包括监控计 算机(1)和与之相连的井上以太网交换机(2)，其特征为井下部分包括间隔分布于巷道的 顶板离层信号采集节点(3)，与各信号采集节点无线通信的井下分站(4)，与井上以太网交 换机(2)相连的井下以太网交换机(5)，各井下分站通过CAN转以太网卡(6)与井下以太网 交换机(5)相连；还包括与信号采集节点(3)和井下分站(4)无线通信的便携式数据无线采 集器(7);顶板离层信号采集节点(3)由固定于巷道顶板上的位移传感器和与位移传感器相 连的包括模数转换电路、单片机、与单片机相连的显示电路、通信电路模块的信号处理器。
2.根据权利要求1所述的煤矿顶板离层无线监测装置，其特征为采集节点(3)中的位 移传感器采用拉线式顶板位移传感器。
专利摘要本实用新型为煤矿顶板离层无线监测装置。解决现有煤矿顶板离层监测装置为有线结构所带来的安装不方便、布线困难等问题。包括井上部分和井下部分，井上部分包括监控计算机和以太网交换机，井下部分包括间隔分布于巷道的顶板离层信号采集节点，与各信号采集节点无线通信的井下分站，井下以太网交换机，各井下分站通过CAN转以太网卡与井下以太网交换机相连；还包括便携式数据无线采集器；顶板离层信号采集节点由固定于巷道顶板上的位移传感器和与位移传感器相连的包括模数转换电路、单片机、与单片机相连的显示电路、通信电路模块的信号处理器。该装置适用于具有爆炸性气体和煤尘的矿井中及其它需进行顶板离层量监测的场合。
文档编号E21F17/18GK201851162SQ201020615658
公开日2011年6月1日 申请日期2010年11月20日 优先权日2010年11月20日
发明者付峻青, 宋玉峰, 张宏富, 张晋伟, 田洪现, 程凯, 赵炜烨, 路广, 陈永峰 申请人:山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司