[发明专利]嵌入式矿用数据分站

说明书

技术领域

本发明涉及信息技术与自动化领域信息处理技术领域，涉及煤矿井下安全生产实时监测监控系统中井下监控数据分站的功能构成，是利用嵌入式软硬件技术组成的嵌入式矿用数据分站的实时监控监测装置，形成了适用于煤矿井下环境的具有智能报警断电控制和自主组网功能的矿用监控设备。

背景技术

能源工业对于国家国民经济的持续高速发展和国防建设来说都是至关重要的基础行业。煤炭资源是我国最为主要的能源构成部分，国内煤炭生产行业也是国家重要的支柱产业之一，而煤炭安全生产监控系统是保障煤矿生产开发过程中不可或缺的部分。我国煤矿安全生产自动化监测监控系统起步于80年代，20多年来几乎没有大的技术进步。现有系统全部为集散模式，速度慢、容量低、可靠性差、无网络功能、系统间软硬件互不兼容、成本高、仅仅数据监测无多媒体监测功能。技术条件的落后也是造成国内近年来矿难频发的一个不可忽视的因素。传统的煤矿安全生产监控系统都采用主从式的结构方式进行井下瓦斯、风量等参数的监测与预警控制，其工作模式都是由监控中心站向井下分站发送采集命令，井下分站采集到数据后上传至监控中心站，由中心站对数据进行分析处理后，再做出井下设备断电的控制决策，下发到井下分站由进行分站来执行操作。整个监控过程由多个通讯环节构成，控制过程冗余繁琐，再加上分站软硬件技术条件的限制，形成了从发现异常到断电操作之间较长的时间滞后，造成了安全事故发生的严重隐患。在该系统中井下监控分站只起到一个数据采集和通讯中介的作用，没有自主性和智能性可言，而且控制操作严重依赖于通讯过程，一旦通讯通路故障，整个监控系统陷入瘫痪，失去安全生产监控的作用。因此，有必要开发一种能够实现智能断电控制和自主组网功能的矿用数据分站，构成煤矿井下的区域控制中心，实现无主式的数据通讯方式，提高煤矿安全生产监控系统对异常处理的及时性，降低系统对通讯通路的依赖性，减少煤矿安全生产事故发生的机率。

发明内容

本发明的目的是利用ARM嵌入式软硬件技术和本安防爆技术提供一种嵌入式矿用数据分站，在煤矿安全生产监控系统中实现无主式通讯方式，形成煤矿井下区域性智能管理，实现井下异常情况的及时报警和断电处理，提高煤矿安全生产监控系统的及时性和可靠性，降低煤矿安全生产事故的发生概率，保障煤矿资源的合理开发与应用。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种嵌入式矿用数据分站，包括本安电源、ARM控制器主板、CAN总线通讯板、显示驱动板、液晶显示屏和防爆外壳；其中，防爆外壳由隔爆腔和本安腔构成，本安电源安装在隔爆腔内，ARM控制器主板、CAN总线通讯板、显示驱动板和液晶显示屏均采用本质安全型电路设计，相互之间采用总线式插件叠插在一起，安装在本安腔内；隔爆腔和本安腔之间通过带有密封橡胶圈的矿用电缆进行电气连接；

ARM控制器主板含有ARM处理器、电源管理部分、实时时间部分、内存部分和USB、RS232、以太网多种通讯接口；CAN总线通讯板含有CAN总线通讯接口，作为矿用数据分站的上行通讯接口；显示驱动板含有地址选择开关、数据存储器、液晶屏驱动接口和RS485通讯接口，其中RS485接口作为矿用数据分站的下行通讯接口；

本安电源含有交流电输入接口、变压器、电源变换电路、过流保护电路、本安电源输出接口、电池充放电电路和充电电池，外部交流电通过带密封橡胶圈的矿用电缆接入到交流电输入接口上，经保险丝接入变压器的输入端，变压器输出端与电源变换电路连接，经过流保护电路后将直流电压输出到本安电源输出端口，为矿用数据分站的其他电路板供电，充电电池通过充放电电路为本安电源提供备用UPS电源；

矿用数据分站通过上行CAN总线通讯接口与通讯网关及其他矿用数据分站相连，形成总线式通讯系统；通过下行RS485总线通讯接口与总线式传感器、执行器或信号转换器相连，信号转换器实现传统模拟量传感器、执行器向RS485总线之间的信号转换。

所述的嵌入式矿用数据分站，其所述ARM处理器为ARM9处理器。

所述的嵌入式矿用数据分站，其所述矿用数据分站的显示驱动板所含有的数据存储器中存储所挂接的传感器和执行器的相关阈值和控制逻辑，实时采集各传感器的数值或状态，与存储的阈值进行比较，判断是否进行自动控制，并按照相关控制逻辑对相应通道的执行器进行控制输出；控制逻辑中允许矿用数据分站之间的相互控制，通过CAN总线实现异地控制。

所述的嵌入式矿用数据分站，其所述本安电源的输入电压为380V交流电，其输出电压为5V，输出电流为≤2A。