專利名稱：基于傳感器網(wǎng)絡(luò)井下用氣量監(jiān)控設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
基于傳感器網(wǎng)絡(luò)井下用氣量監(jiān)控設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種應(yīng)用在管道網(wǎng)絡(luò)用氣量監(jiān)控系統(tǒng)的基于傳感器網(wǎng)絡(luò)井下用氣量監(jiān)控設(shè)備。
背景技術(shù)：
[0002]傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)成了現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)，三大技術(shù)的結(jié)合給信息化帶來(lái)了巨大的促進(jìn)作用，使傳統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)的信息采集、數(shù)據(jù)處理等方式產(chǎn)生質(zhì)的飛躍，各種現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)直接在網(wǎng)絡(luò)上傳輸、發(fā)布與共享；檢測(cè)系統(tǒng)本身也發(fā)生了質(zhì)的飛躍，可在網(wǎng)絡(luò)上任何節(jié)點(diǎn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)傳感器進(jìn)行在線編程和組態(tài)，使測(cè)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生了重大變革。[0003]傳統(tǒng)應(yīng)用在管道網(wǎng)絡(luò)用氣量監(jiān)控系統(tǒng)的電流傳輸信號(hào)技術(shù)常常采用的是一個(gè)儀表放大器來(lái)完成信號(hào)的調(diào)理并進(jìn)行長(zhǎng)線傳輸，這種傳輸方式由于是電壓信號(hào)，傳輸線會(huì)受到噪聲的干擾；傳輸線的分布電阻會(huì)產(chǎn)生壓降；在現(xiàn)場(chǎng)不能提供儀表放大器的工作電壓。[0004]此外，現(xiàn)有的應(yīng)用在管道網(wǎng)絡(luò)用氣量監(jiān)控系統(tǒng)的單片機(jī)組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)中， 為了減少對(duì)采樣值的干擾，提高系統(tǒng)的可靠性，常常采用數(shù)字濾波的方法，但此方法不能消除周期性脈沖干擾又可以消除隨機(jī)脈沖干擾。發(fā)明內(nèi)容[0005]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種應(yīng)用在管道網(wǎng)絡(luò)用氣量監(jiān)控系統(tǒng)的基于傳感器網(wǎng)絡(luò)井下用氣量監(jiān)控設(shè)備。[0006]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是—種基于傳感器網(wǎng)絡(luò)井下用氣量監(jiān)控設(shè)備，包含CPU控制電路，其特征是所述 CPU控制電路連接有電源、A/D轉(zhuǎn)換電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、斷電保護(hù)時(shí)鐘電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、 TTL/RS-232轉(zhuǎn)換電路，所述D/A轉(zhuǎn)換電路連接閥門，所述TTL/RS-232轉(zhuǎn)換電路連接通信模塊，所述斷電保護(hù)時(shí)鐘電路與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器連接，所述A/D轉(zhuǎn)換電路連接有I/V轉(zhuǎn)換電路，I/ V轉(zhuǎn)換電路連接數(shù)據(jù)放大器、數(shù)據(jù)放大器連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接口。[0008]所述CPU控制電路采用STC12C5412AD單片機(jī)。[0009]所述通信模塊由管理層、通信層、間隔層三部分組成，通信層起到連接管理層和間隔層的作用，它們之間的信息交換方式采用串行通信方式，通信的工作方式為主從式通信， 通信模塊的數(shù)據(jù)傳輸采用以太網(wǎng)光纖傳輸技術(shù)。[0010]所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接口需要采集3個(gè)物理量，分別是O 5V的壓力、4 20mA的流量以及調(diào)節(jié)閥反饋4 20mA。由于STC12C5410AD是電壓型A/D，所以需要將傳感器輸出的電流轉(zhuǎn)為電壓才能采集。[0011]本實(shí)用新型的有益效果是[0012]I、能夠?qū)崟r(shí)的監(jiān)控井下用氣管道流量，壓力等參數(shù)，并能夠提供數(shù)據(jù)以便最終統(tǒng)計(jì)；[0013]2、能夠方便的控制蝶閥的開(kāi)閉和調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的；同時(shí)控制簡(jiǎn)單， 只需在上位機(jī)發(fā)送控制命令，減輕了工作人員的負(fù)擔(dān)，并且便于管理；[0014]3、采用光纖傳輸，做到信號(hào)的快速準(zhǔn)確傳輸；[0015]4、在不同層都設(shè)置了信號(hào)采集點(diǎn)，能夠?qū)崟r(shí)觀察井下用氣狀態(tài)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，進(jìn)行月統(tǒng)計(jì)，年統(tǒng)計(jì)為決策人員提供數(shù)據(jù)支持；[0016]5、礦井開(kāi)采分為多層，在同一時(shí)期并非所有層同時(shí)開(kāi)采，可以關(guān)閉非開(kāi)采層的蝶閥，這樣減少管道泄露。當(dāng)開(kāi)采進(jìn)度慢時(shí)可以將調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度降低，以降低空壓機(jī)的負(fù)荷， 進(jìn)而達(dá)到節(jié)能效果；[0017]6、井下提升設(shè)備功率大，設(shè)備啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生電弧對(duì)于信號(hào)傳輸具有很大影響，采用光纖傳輸具有抗干擾性強(qiáng)，更具有實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)。


[0018]圖I是本實(shí)用新型總體結(jié)構(gòu)框圖。[0019]圖2是本實(shí)用新型的通信原理框圖。
具體實(shí)施方式
[0020]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本實(shí)用新型講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落在申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。[0021]如圖I所示，一種基于傳感器網(wǎng)絡(luò)井下用氣量監(jiān)控設(shè)備，包含CPU控制電路，CPU 控制電路連接有電源、A/D轉(zhuǎn)換電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、斷電保護(hù)時(shí)鐘電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、TTL/ RS-232轉(zhuǎn)換電路，所述D/A轉(zhuǎn)換電路連接閥門，TTL/RS-232轉(zhuǎn)換電路連接通信模塊，斷電保護(hù)時(shí)鐘電路與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器連接，A/D轉(zhuǎn)換電路連接有I/V轉(zhuǎn)換電路，I/V轉(zhuǎn)換電路連接數(shù)據(jù)放大器、數(shù)據(jù)放大器連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接口。[0022]所述CPU控制電路采用STC12C5412AD單片機(jī)。在使用單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，需要使用ADC將傳感器輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可識(shí)別處理的數(shù)字信號(hào)。系統(tǒng)使用的單片機(jī)STC12C5412AD單片機(jī)內(nèi)部已經(jīng)帶有A/D轉(zhuǎn)換，故不需要再使用外置A/D轉(zhuǎn)換芯片。 STC12C5412AD系列帶A/D轉(zhuǎn)換的單片機(jī)在Pl 口(P1. 7 Pl. O)有8路10位高速A/D轉(zhuǎn)換器，速度可達(dá)100KHZ(10萬(wàn)次/秒)。8路電壓輸入型A/D。上電復(fù)位后Pl 口為弱上拉型 I/O 口，用戶可以通過(guò)軟件設(shè)置將8路中任何一路設(shè)置為A/D轉(zhuǎn)換，不需作為A/D使用的口可繼續(xù)作為I/O 口使用。系統(tǒng)中需要采集3個(gè)物理量，分別是O 5V的壓力、4 20mA的流量以及調(diào)節(jié)閥反饋4 20mA。由于STC12C5410AD是電壓型A/D,所以需要將傳感器輸出的電流轉(zhuǎn)為電壓才能采集。[0023]本實(shí)用新型的目的是參照壓力和流量的實(shí)時(shí)值和現(xiàn)實(shí)工作所在的時(shí)間段來(lái)實(shí)時(shí)的控制閥門的開(kāi)度和關(guān)閉狀態(tài)，從而一方面減輕了工作人員的負(fù)擔(dān)，另一方面還起到節(jié)能的作用。[0024]如圖2所示，本實(shí)用新型的通信模塊由管理層(站控層)、通信層(中間層)、間隔層(現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層)三部分組成，通信層起到連接管理層和間隔層的作用。它們之間的信息交換方式采用串行通信方式，通信的工作方式為主-從式通信，監(jiān)控主機(jī)主動(dòng)查詢，每5秒發(fā)送一次查詢信息。通信開(kāi)始時(shí)監(jiān)控機(jī)發(fā)出查詢命令，系統(tǒng)給出應(yīng)答，雙方進(jìn)入通信狀態(tài)， 否則系統(tǒng)會(huì)給出相應(yīng)的故障告警。單片機(jī)的通信接口為串口，要對(duì)多個(gè)采集點(diǎn)組網(wǎng)需將串口網(wǎng)絡(luò)化，串口服務(wù)器就使得基于TCP/IP的串口數(shù)據(jù)流傳輸成為了可能，它能將多個(gè)串口設(shè)備連接并能將串口數(shù)據(jù)流進(jìn)行選擇和處理，把現(xiàn)有的RS-232接口的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成IP端口的數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行IP化的管理，IP化的數(shù)據(jù)存取，這樣就能將傳統(tǒng)的串行數(shù)據(jù)送上流行的 IP通道，串口服務(wù)器完成的是一個(gè)面向連接的RS-232鏈路和面向無(wú)連接以太網(wǎng)之間的通信數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)控制，系統(tǒng)對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理來(lái)自采集板的串口數(shù)據(jù)流，并進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，使之成為可以在以太網(wǎng)中傳播的數(shù)據(jù)幀；對(duì)來(lái)自以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行判斷，并轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)送達(dá)響應(yīng)的串口設(shè)備。由于現(xiàn)場(chǎng)距離調(diào)度中心較遠(yuǎn)，而且存在電磁干擾，所以數(shù)據(jù)傳輸采用以太網(wǎng)光纖傳輸技術(shù)，會(huì)涉及到光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，本實(shí)用新型選用光纖收發(fā)器。[0025]本實(shí)用新型是以單片機(jī)為核心，以“監(jiān)測(cè)”和“控制”為目的、測(cè)控一體化的系統(tǒng)。 這種系統(tǒng)被稱為計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)，它對(duì)被控對(duì)象的控制是依據(jù)對(duì)被控對(duì)象的測(cè)量結(jié)果決定的。計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)硬件大體分為被測(cè)控對(duì)象、傳感器、輸入通道、計(jì)算機(jī)、輸出通道、控制電路模塊、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。[0026]本實(shí)用新型的監(jiān)測(cè)對(duì)象是礦井的用氣量，主要包括管道流量和壓力；控制對(duì)象主要是智能型調(diào)節(jié)閥和開(kāi)關(guān)型蝶閥。傳感器主要包括流量計(jì)和壓力傳感器，當(dāng)然通過(guò)閥門內(nèi)部的傳感器我們可以采集到閥門的開(kāi)度和開(kāi)關(guān)等狀態(tài)信息。輸入通道信號(hào)類別主要包括三路模擬量和一路數(shù)字量，采集的載體是以STC12C5410AD為核心的信號(hào)采集板卡。計(jì)算機(jī)是研華工控機(jī)，輸出通道是一路模擬量和一路開(kāi)關(guān)量?？刂齐娐纺K主要包括蝶閥開(kāi)關(guān)量繼電器控制模塊和調(diào)節(jié)閥(4 20mA)輸出模擬量控制模塊。執(zhí)行機(jī)構(gòu)就是閥門內(nèi)部的電動(dòng)執(zhí)行器。[0027]本實(shí)用新型的通信模塊由管理層(站控層)、通信層(中間層)、間隔層(現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層)三部分組成，通信層起到連接管理層和間隔層的作用。它們之間的信息交換方式采用串行通信方式，通信的工作方式為主-從式通信，監(jiān)控主機(jī)主動(dòng)查詢，每5秒發(fā)送一次查詢信息。 通信開(kāi)始時(shí)監(jiān)控主機(jī)發(fā)出查詢命令，系統(tǒng)給出應(yīng)答，雙方進(jìn)入通信狀態(tài)，否則系統(tǒng)會(huì)給出相應(yīng)的故障告警。單片機(jī)的通信接口為串口，要對(duì)多個(gè)采集點(diǎn)組網(wǎng)需將串口網(wǎng)絡(luò)化， 串口服務(wù)器就使得基于TCP/IP的串口數(shù)據(jù)流傳輸成為了可能，它能將多個(gè)串口設(shè)備連接并能將串口數(shù)據(jù)流進(jìn)行選擇和處理，把現(xiàn)有的RS-232接口的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成IP端口的數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行IP化的管理，IP化的數(shù)據(jù)存取，這樣就能將傳統(tǒng)的串行數(shù)據(jù)送上流行的IP通道，串口服務(wù)器完成的是一個(gè)面向連接的RS-232鏈路和面向無(wú)連接以太網(wǎng)之間的通信數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)控制，系統(tǒng)對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理來(lái)自采集板的串口數(shù)據(jù)流，并進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，使之成為可以在以太網(wǎng)中傳播的數(shù)據(jù)幀；對(duì)來(lái)自以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行判斷，并轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)送達(dá)響應(yīng)的串口設(shè)備。[0028]由于井下多為大功率設(shè)備，輸電線也是IOKv的高壓，還有有軌電車運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生電火花等環(huán)境因素，對(duì)于本實(shí)用新型信號(hào)的采集與傳輸會(huì)產(chǎn)生較大的影響。為了提高信號(hào)采集的準(zhǔn)確度，在采集數(shù)據(jù)時(shí)采用數(shù)字濾波技術(shù)減少采樣值的干擾，在傳輸時(shí)采用光纖傳輸技術(shù)。這樣就涉及到光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，本實(shí)用新型采用光纖收發(fā)器來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能，系統(tǒng)成對(duì)使用該設(shè)備，先將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)經(jīng)光纖傳輸?shù)浇K端再由另一光纖收發(fā)器將此光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)交與單片機(jī)或計(jì)算機(jī)處理。[0029]本實(shí)用新型的上位機(jī)采用Visual C++6. O為平臺(tái)，開(kāi)發(fā)了功能齊全的數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了命令發(fā)送、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)查詢以及報(bào)表打印等功能。系統(tǒng)界面清晰明了，運(yùn)用不同的標(biāo)識(shí)簡(jiǎn)單有效的展現(xiàn)出當(dāng)前的用氣量參數(shù)和閥門的狀態(tài)。采用兩級(jí)用戶模式管理該系統(tǒng)，閥門的控制和歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析需要管理員權(quán)限，這樣既能夠保證生產(chǎn)安全同 時(shí)也保證了信息的安全。該系統(tǒng)借助開(kāi)發(fā)平臺(tái)的控件完善了數(shù)據(jù)處理功能，主要包括曲線顯示和統(tǒng)計(jì)量的柱狀圖顯示，為系統(tǒng)的管理人員和決策人員提供了數(shù)據(jù)資源。
權(quán)利要求1.一種基于傳感器網(wǎng)絡(luò)井下用氣量監(jiān)控設(shè)備，包含CPU控制電路，其特征是所述CPU 控制電路連接有電源、A/D轉(zhuǎn)換電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、斷電保護(hù)時(shí)鐘電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、TTL/ RS-232轉(zhuǎn)換電路，所述D/A轉(zhuǎn)換電路連接閥門，所述TTL/RS-232轉(zhuǎn)換電路連接通信模塊，所述斷電保護(hù)時(shí)鐘電路與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器連接，所述A/D轉(zhuǎn)換電路連接有I/V轉(zhuǎn)換電路，I/V轉(zhuǎn)換電路連接數(shù)據(jù)放大器、數(shù)據(jù)放大器連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接口。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于傳感器網(wǎng)絡(luò)井下用氣量監(jiān)控設(shè)備，其特征是所述 CPU控制電路采用STC12C5412AD單片機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于傳感器網(wǎng)絡(luò)井下用氣量監(jiān)控設(shè)備，其特征是所述通信模塊由管理層、通信層、間隔層三部分組成，管理層、通信層與間隔層之間的信息交換方式采用串行通信方式，通信的工作方式為主從式通信，通信模塊的數(shù)據(jù)傳輸采用以太網(wǎng)光纖傳輸技術(shù)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于傳感器網(wǎng)絡(luò)井下用氣量監(jiān)控設(shè)備，包含CPU控制電路，CPU控制電路連接有電源、A/D轉(zhuǎn)換電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、斷電保護(hù)時(shí)鐘電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、TTL/RS-232轉(zhuǎn)換電路，所述D/A轉(zhuǎn)換電路連接閥門，TTL/RS-232轉(zhuǎn)換電路連接通信模塊，斷電保護(hù)時(shí)鐘電路與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器連接，A/D轉(zhuǎn)換電路連接有I/V轉(zhuǎn)換電路，I/V轉(zhuǎn)換電路連接數(shù)據(jù)放大器、數(shù)據(jù)放大器連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接口。本實(shí)用新型能夠?qū)崟r(shí)的監(jiān)控井下用氣管道流量，壓力等參數(shù)，并能夠提供數(shù)據(jù)以便最終統(tǒng)計(jì)；采用光纖傳輸，做到信號(hào)的快速準(zhǔn)確傳輸，更具有實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)；還具有可靠節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G05B19/418GK202661846SQ20122019909
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月7日
發(fā)明者王方漢, 褚波, 楊余旺, 曹維勤, 胡繼華, 于林洋, 張海蘭, 田磊, 駱?biāo)? 張麗 申請(qǐng)人:王方漢, 褚波, 楊余旺