[发明专利]煤矿综采面数据和控制命令数据的双向传输系统

摘要

煤矿综采面数据和控制命令数据的双向传输系统是采用双频段以及双输入输出接口的“全双工”模式的动力电缆载波通信系统。使用AC‑1140V或者AC‑3300V的采煤机动力电缆，用于煤矿综采面数据和控制命令数据的双向传输。系统包括两个均为单向通信的通路，由双CAN处理模块、DSPIC单片机第一核心模块、工作模式选择模块、FPGA第二核心处理模块、DAC输出缓冲电路、ADC输入缓冲电路、双DAC信号调理电路模块、双ADC信号调理电路模块、信号调理电路选择模块及电力载波高压耦合电路模块构成；所述系统配置以“主发与从收”为一体的“主发射站”和以“从发与主收”为一体的“从发射站”两种单向通信模式。

主权项

煤矿综采面数据和控制命令数据的双向传输系统，其特征在于：所述系统包括两个均为单向通信的通路，由双CAN处理模块、DSPIC单片机第一核心模块、工作模式选择模块、FPGA第二核心模块、DAC输出缓冲电路、ADC输入缓冲电路、双DAC信号调理电路模块、双ADC信号调理电路模块、信号调理电路选择模块及电力载波高压耦合电路模块构成；连接CAN总线网络的双CAN处理模块还连接DSPIC单片机第一核心模块；DSPIC单片机第一核心模块与FPGA第二核心模块通过双串口传输数据，工作模式选择模块分别连接DSPIC单片机第一核心模块与FPGA第二核心模块；DAC输出缓冲电路和ADC输入缓冲电路均连接FPGA第二核心模块，并且DAC输出缓冲电路还连接双DAC信号调理电路模块，ADC输入缓冲电路还连接双ADC信号调理电路模块；双DAC信号调理电路模块和双ADC信号调理电路模块均连接信号调理电路选择模块及电力载波高压耦合电路模块；DC+24V的电源电路模块连接双CAN处理模块、DSPIC单片机第一核心模块以及FPGA第二核心模块，为系统供电；所述系统通过电力载波高压耦合电路模块挂载到AC‑1140V或者AC‑3300V的采煤机三相三线制动力电缆中的任意对应两相之上，实现动力电缆载波通信；所述系统配置以“主发与从收”为一体的“主发射站”和以“从发与主收”为一体的“从发射站”两种单向通信模式；其中“主发射站”的“主发”对应“从发射站” 的“主收”，使用频段为3KHZ‑150KHZ；“从发射站”的“从发”对应“主发射站”的“从收”，使用频段为250KHZ‑450KHZ；FPGA第二核心模块同时集成了3KHZ‑150KHZ频段的OFDM载波数据调制、解调模块，以及250KHZ‑450KHZ频段的载波数据OFDM调制、解调模块；系统通过工作模式选择模块决定该系统配置为“主发与从收”一体还是“从发与主收”为一体的工作体制，并同时控制信号调理电路选择模块；当选择“主发与从收”一体模式时，则该系统作为“主发射站”工作在综采面采煤机一则，连接采煤监控通信CAN 总线网络，同时系统软件系统激活程序中的“主发设备”和“从收设备”，并同时控制信号调理电路选择模块选择DAC1信号调理电路模块，“主发设备”体现为：系统CAN1网络的一边连接采煤机安全监控系统CAN 系统数据网络，另外一边连接DSPIC单片机第一处理核心模块，DSPIC 单片机第一核心模块处理好数据之后送至FPGA 第二核心模块进行基带信号的OFDM调制，频段范围3KHZ‑150KHZ，之后输出给DAC1输出缓冲电路、DAC1信号调理电路模块处理，再通过电力载波高压耦合电路模块发送至动力电缆上；另一方面信号调理电路选择模块选择ADC1信号调理电路模块以便接收频段250KHZ‑450KHZ之间的数据，并传输给FPGA第二核心模块进行解调，之后通过DSPIC单片机第一核心模块进行二次解包处理通过CAN2 网络发送给采煤机，进行相应的控制；当所述系统选择“从发与主收”一体模式时，则该系统作为“从发射站”工作在另外的一则，同时系统软件系统激活“从发设备”和“主收设备”，并同时控制信号调理电路选择模块选择DAC2信号调理电路模块，“从发设备”体现为：CAN2 网络的一边连接顺槽监控系统的CAN 系统数据网络，接收采煤机控制命令，另外一边连接DSPIC单片机第一核心模块，DSPIC 单片机第一核心模块处理好数据之后送至FPGA 第二核心模块进行基带信号的OFDM 调制，频段为250KHZ‑450KHZ，再通过电力载波高压耦合电路模块发送至动力电缆上；另一方面信号调理电路选择模块选择ADC2信号调理电路模块接收频段在3KHZ‑150KHZ之间的采煤机监控系统的传感器数据，并传输给FPGA第二核心模块进行解调，之后通过DSPIC单片机第一核心模块进行二次解包处理通过CAN1网络发送到顺槽监控中心CAN 网络；所述电力载波高压耦合电路模块采用相‑相、“电磁耦合”与“阻容注入式耦合”复合耦合的方式，即是工作的时候可以挂载到动力电缆上任意的对应的两相之上即可以进行通信，即A‑A 和B‑B 或者A‑A 和C‑C 或者B‑B 和C‑C；所述的双DAC信号调理电路模块，包括顺序连接的DAC处理电路、有源低通滤波电路、单端信号转差分信号电路和功率放大电路，其中单端信号转差分信号电路使用射频变压器进行转换，功率放大电路使用DC+24V供电；所述的双ADC信号调理电路模块，包括顺序连接的低噪放大电路、有源带通滤波电路、差分信号转单端信号电路、AGC自动增益控制电路和ADC处理电路；还包括与双CAN总线并行的双RS485总线；整个系统置于防爆机箱之内，防爆机箱分为左高压区域、右低压控制区域以及中间隔离区域；左高压区域挂载到AC‑1140V或者AC‑3300V 的采煤机三相三线制动力电缆中的任意对应两相之上，即A‑A 和B‑B 或者A‑A 和C‑C 或者B‑B 和C‑C ，右低压控制区域外接DC+24V 直流电源作为低压控制区的供电。