專利名稱：煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控仿真教學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控仿真教學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
最近幾年，隨著煤炭產(chǎn)量的增長(zhǎng)，煤礦惡性安全事故時(shí)有發(fā)生，每年發(fā)生死亡20人以上的重大安全事故不下幾十起，國家三令五申要求各級(jí)政府下大力氣狠抓安全問題，杜絕各類群死群傷事故發(fā)生。煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)是煤礦安全的守護(hù)神，它在煤礦安全生產(chǎn)過程中起著十分重要的作用。在煤礦職工安全教育上，對(duì)煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)原理的講解也是一個(gè)必修科目。然而，在“煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)”仿真教學(xué)設(shè)備上幾乎是一項(xiàng)空白。有些單位采用真實(shí)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化版配上少量的傳感器，執(zhí)行器來充當(dāng)教學(xué)系統(tǒng)，由于真實(shí)的系統(tǒng)脫離了真實(shí)的煤礦環(huán)境，無法得到真實(shí)的參數(shù)，不能很好地仿真，且成本高，操作復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種動(dòng)態(tài)、直觀、功能完善，適合于教學(xué)的煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控仿真教學(xué)系統(tǒng)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案一種煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控仿真教學(xué)系統(tǒng)，由模擬分站、顯示、監(jiān)控管理三部分組成，所述模擬分站由分站CPU、設(shè)備工作狀態(tài)開關(guān)、模擬量參數(shù)異常演示開關(guān)、分站地址選擇開關(guān)、通訊協(xié)議選擇開關(guān)共同組成，所述設(shè)備工作狀態(tài)開關(guān)是一組模擬井下機(jī)電設(shè)備開停的按鍵開關(guān)，所述模擬量參數(shù)異常演示開關(guān)是一組演示井下模擬量的超限及保護(hù)情況的按鍵開關(guān)，模擬分站根據(jù)各開關(guān)信息自動(dòng)生成一組數(shù)據(jù)經(jīng)編碼后通過數(shù)據(jù)總線傳送給模擬盤和監(jiān)控微機(jī)；所述顯示部分由模擬顯示盤和模擬盤控制器兩部分組成，模擬顯示盤的背景是典型礦井的結(jié)構(gòu)圖，各種顯示器件和仿真設(shè)備都布置在模擬顯示盤上，模擬盤控制器把模擬分站送來的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并傳送到模擬顯示盤上；所述監(jiān)控管理部分由監(jiān)控主機(jī)和與其連接的報(bào)警器、報(bào)表打印機(jī)組成。
所述井下仿真機(jī)電設(shè)備包括風(fēng)門、風(fēng)筒、主扇、局扇、皮帶跑偏、皮帶打滑、皮帶撕裂、提升機(jī)、采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)；所述井下模擬量參數(shù)包括瓦斯、一氧化碳、風(fēng)速、溫度、濕度、負(fù)壓、煙霧、煤倉煤位、流量、電流、電壓，其中瓦斯、一氧化碳、風(fēng)速、溫度、濕度、負(fù)壓、煤倉煤位、水倉水位用數(shù)字直接顯示在模擬顯示盤上，風(fēng)機(jī)、水泵在模擬顯示盤上用電動(dòng)模型表示，風(fēng)、水在模擬顯示盤上用流水燈表示。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)(1)該發(fā)明把所有來自井下的模擬量信號(hào)如瓦斯、一氧化碳、風(fēng)速、溫度、濕度、負(fù)壓、煙霧、煤倉煤位、水倉水位、流量、電流、電壓等，和各種類型的開關(guān)信號(hào)如風(fēng)門、風(fēng)筒、主扇、局扇、皮帶(跑偏、打滑、撕裂)、提升機(jī)、采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)等設(shè)備狀態(tài)，用一臺(tái)或多臺(tái)模擬分站模擬產(chǎn)生，不僅能夠演示各種事故的發(fā)生發(fā)展及演變過程、還具有操作方便，演示事故種類多、設(shè)備成本低等優(yōu)點(diǎn)。(2)該發(fā)明采用與真實(shí)礦井布局類似的模擬盤，各種量在模擬盤上一目了然，直觀逼真。(3)該發(fā)明具有數(shù)據(jù)分析和處理能力，能對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，生成報(bào)表和進(jìn)行趨勢(shì)分析等，以動(dòng)態(tài)圖形、曲線、表格等方式輸出顯示。


圖1所示為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)連接框圖；圖2所示是模擬分站的一個(gè)具體實(shí)施電路；圖3是模擬盤控制器的一個(gè)具體實(shí)施電路；圖4是模擬盤串行顯示原理圖；圖5是模擬盤布置圖；圖6是模擬分站通訊程序流程圖；圖7是監(jiān)控主機(jī)通訊程序流程圖；圖8是模擬盤控制器程序流程圖；圖9是系統(tǒng)連接關(guān)系圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型由模擬分站、顯示、監(jiān)控管理三部分組成。模擬分站由分站CPU、設(shè)備工作狀態(tài)開關(guān)、模擬量參數(shù)異常演示開關(guān)、分站地址選擇開關(guān)、通訊協(xié)議選擇開關(guān)共同組成，“設(shè)備工作狀態(tài)開關(guān)”是一組按鍵開關(guān)，用來模擬井下機(jī)電設(shè)備的開停?！澳M量參數(shù)異常演示開關(guān)”也是一組按鍵開關(guān)，它分別用來演示各模擬量的超限及保護(hù)情況。模擬分站根據(jù)各開關(guān)信息自動(dòng)生成一組數(shù)據(jù)經(jīng)編碼后通過數(shù)據(jù)總線傳送給模擬盤和監(jiān)控主機(jī)。顯示部分由模擬顯示盤和模擬盤控制器兩部分組成，模擬顯示盤的背景是典型礦井的結(jié)構(gòu)圖，各種顯示器件和仿真設(shè)備都布置在模擬顯示盤上，模擬盤控制器把數(shù)據(jù)生成控制器送來的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并傳送到模擬顯示盤上。監(jiān)控管理部分由監(jiān)控主機(jī)和與其控制連接的報(bào)警器、報(bào)表打印機(jī)組成。監(jiān)控主機(jī)負(fù)責(zé)接收模擬分站送來的各種數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、顯示、分類、打印、報(bào)警等功能。報(bào)警器由監(jiān)控主機(jī)控制，監(jiān)控主機(jī)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理判斷，當(dāng)需要報(bào)警時(shí)啟動(dòng)報(bào)警器，提醒工作人員處理。
如圖2所示的模擬分站的一個(gè)具體實(shí)施電路中，它采用單片機(jī)AT89C51(IC1)為分站CPU。C1、R1為單片機(jī)的上電復(fù)位電路。C2、C3、Q2為單片機(jī)的晶體振蕩電路，為單片機(jī)提供時(shí)鐘脈沖。R1～R8、R9～R14分別為P0口、P2口的上拉電阻。K1～K8為8個(gè)設(shè)備工作狀態(tài)開關(guān)，可以根據(jù)需要定義為風(fēng)門、風(fēng)筒、主扇、局扇、皮帶(跑偏、打滑、撕裂)、提升機(jī)、采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)等中的任意八個(gè)。K9～K14為六個(gè)模擬量參數(shù)異常演示開關(guān)，可以定義為瓦斯、一氧化碳、風(fēng)速、溫度、濕度、負(fù)壓、煙霧、煤倉煤位、流量、電流、電壓等中的任意6個(gè)。SW1～SW3為通訊協(xié)議選擇撥碼開關(guān)，最多可以定義8種通訊協(xié)議。SW4～SW6為分站地址選擇撥碼開關(guān)，最多可以擴(kuò)展8個(gè)分站。IC2是MOS/RS485電平轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)器，采用的是MAX1487芯片，它把單片機(jī)的CMOS電平串行口信號(hào)轉(zhuǎn)化為RS485信號(hào)，以適應(yīng)遠(yuǎn)距離多分站傳輸。J1為RS485通訊口插座。分站的通訊程序流程圖如圖6所示。
如圖3所示，IC1為AT89C51，是該電路的CPU，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的接收和顯示輸出。IC2為MAX1487作用與圖2中MAX1487相同。J2為串行顯示輸出口，模擬量數(shù)據(jù)的顯示通過該口輸出。IC3、IC4輸出驅(qū)動(dòng)電路，用來驅(qū)動(dòng)繼電器J1～J16，J1～J16用來控制模擬盤上仿真設(shè)備和流水燈。模擬盤控制器的程序流程圖如圖8所示。
圖4是模擬盤控制器的串行顯示電路，每個(gè)顯示模塊有三位數(shù)字，可以多個(gè)模塊級(jí)聯(lián)。
圖5是模擬盤布置圖，模擬顯示盤的背景是典型礦井的結(jié)構(gòu)圖，包括地面和井下部分，各種顯示器件和仿真設(shè)備都布置在盤上。圖中各符號(hào)代表的含義是1風(fēng)機(jī)、2掘進(jìn)頭瓦斯、3乏風(fēng)、4回風(fēng)負(fù)壓、5刮板運(yùn)輸機(jī)、6皮帶機(jī)、7新鮮風(fēng)、8大巷風(fēng)速、9付井、10主井、11運(yùn)輸大巷、12水泵、13水泵電流、14水倉水位、15掘進(jìn)頭瓦斯、16掘進(jìn)頭一氧化碳、17回風(fēng)負(fù)壓、18地面、19付井提升機(jī)、20主井提升機(jī)、21風(fēng)機(jī)、22絞車、23濕度、24溫度、25水倉水位、26煤倉煤位。模擬盤控制器負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)生成控制器送來的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并以合適的方式再現(xiàn)出來，如井下模擬量參數(shù)掘進(jìn)頭瓦斯2和15、掘進(jìn)頭一氧化碳16、大巷風(fēng)速8、水泵電流13、水倉水位14、溫度24、濕度23、回風(fēng)負(fù)壓4和17、煤倉煤位26、水倉水位25用數(shù)字直接顯示在模擬顯示盤上；風(fēng)機(jī)1和21、水泵12在模擬顯示盤上用電動(dòng)模型表示；新鮮風(fēng)7、乏風(fēng)3和水在模擬顯示盤上用流水燈表示。
監(jiān)控主機(jī)的通訊程序流程圖如圖7所示。
圖9是模擬分站與系統(tǒng)的連接關(guān)系圖。它們通過RS485現(xiàn)場(chǎng)總線連接在一起。
以下簡(jiǎn)述本實(shí)用新型教學(xué)操作過程模擬分站在該系統(tǒng)中提供所需要的一切井下仿真信號(hào)?！霸O(shè)備工作狀態(tài)開關(guān)”是一組按鍵開關(guān)，用來模擬井下機(jī)電設(shè)備的開停，如風(fēng)門、風(fēng)筒、主扇、局扇、皮帶(跑偏、打滑、撕裂)、提升機(jī)、采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)等。當(dāng)閉合某個(gè)開關(guān)時(shí)表示該設(shè)備已經(jīng)啟動(dòng)，或某個(gè)故障發(fā)生，分站CPU把開關(guān)信息經(jīng)編碼后通過數(shù)據(jù)總線傳送給模擬盤和監(jiān)控微機(jī)?！澳M量參數(shù)異常演示開關(guān)”也是一組按鍵開關(guān)，它分別用來演示瓦斯、一氧化碳、風(fēng)速、溫度、濕度、負(fù)壓、煙霧、煤倉煤位、流量、電流、電壓等模擬量的超限及保護(hù)情況。以瓦斯為例，當(dāng)瓦斯工作模式開關(guān)斷開時(shí)，數(shù)據(jù)生成控制器送出的瓦斯信號(hào)是在正常范圍內(nèi)變化的，瓦斯不會(huì)超限，報(bào)警器不會(huì)報(bào)警。當(dāng)瓦斯工作模式開關(guān)閉合后，數(shù)據(jù)生成控制器將按事先設(shè)定的程序生成超限的瓦斯數(shù)據(jù)，演示瓦斯突出時(shí)的瓦斯?jié)舛茸兓^程、報(bào)警過程和風(fēng)電瓦斯閉鎖的情況?！胺终镜刂愤x擇”和“通訊協(xié)議選擇”是一組撥碼開關(guān)。需要時(shí)系統(tǒng)中可以掛接多個(gè)分站，由分站地址區(qū)別不同的分站。模擬分站內(nèi)部設(shè)置有多個(gè)協(xié)議，以適應(yīng)不同的監(jiān)控主程序。
本“煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控仿真教學(xué)系統(tǒng)”設(shè)備的功能a.實(shí)時(shí)產(chǎn)生各種井下模擬信號(hào)。
b.模擬顯示盤能夠?qū)崟r(shí)再現(xiàn)井下各參數(shù)。
c.控制微機(jī)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)瓦斯、風(fēng)速、負(fù)壓、一氧化碳、溫度、風(fēng)門開關(guān)等環(huán)境參數(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控煤倉煤位、水位、風(fēng)壓、機(jī)電設(shè)備開停等生產(chǎn)參數(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控電壓、電流、功率、電度等電量參數(shù)。
d.系統(tǒng)對(duì)所有監(jiān)測(cè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理后分類存儲(chǔ)。
e.系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)模擬圖顯示、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)表、柱狀圖、實(shí)時(shí)曲線、報(bào)表統(tǒng)計(jì)、定制報(bào)表、歷史曲線、當(dāng)?shù)剡h(yuǎn)程報(bào)警等功能，對(duì)所有數(shù)據(jù)和報(bào)表都提供打印輸出功能。
權(quán)利要求1.一種煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控仿真教學(xué)系統(tǒng)，其特征是由模擬分站、顯示、監(jiān)控管理三部分組成，所述模擬分站由分站CPU、設(shè)備工作狀態(tài)開關(guān)、模擬量參數(shù)異常演示開關(guān)、分站地址選擇開關(guān)、通訊協(xié)議選擇開關(guān)共同組成，所述設(shè)備工作狀態(tài)開關(guān)是一組模擬井下機(jī)電設(shè)備開停的按鍵開關(guān)，所述模擬量參數(shù)異常演示開關(guān)是一組演示井下模擬量的超限及保護(hù)情況的按鍵開關(guān)，模擬分站根據(jù)各開關(guān)信息自動(dòng)生成一組數(shù)據(jù)經(jīng)編碼后通過數(shù)據(jù)總線傳送給模擬盤和監(jiān)控微機(jī)；所述顯示部分由模擬顯示盤和模擬盤控制器兩部分組成，模擬顯示盤的背景是典型礦井的結(jié)構(gòu)圖，各種顯示器件和仿真設(shè)備都布置在模擬顯示盤上，模擬盤控制器把模擬分站送來的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并傳送到模擬顯示盤上；所述監(jiān)控管理部分由監(jiān)控主機(jī)和與其連接的報(bào)警器、報(bào)表打印機(jī)組成。
2.如權(quán)利要求1所述的煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控仿真教學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述井下仿真機(jī)電設(shè)備包括風(fēng)門、風(fēng)筒、主扇、局扇、皮帶跑偏、皮帶打滑、皮帶撕裂、提升機(jī)、采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)；所述井下模擬量參數(shù)包括瓦斯、一氧化碳、風(fēng)速、溫度、濕度、負(fù)壓、煙霧、煤倉煤位、流量、電流、電壓，其中瓦斯、一氧化碳、風(fēng)速、溫度、濕度、負(fù)壓、煤倉煤位、水倉水位用數(shù)字直接顯示在模擬顯示盤上，風(fēng)機(jī)、水泵在模擬顯示盤上用電動(dòng)模型表示，風(fēng)、水在模擬顯示盤上用流水燈表示。
專利摘要一種煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控仿真教學(xué)系統(tǒng)，由模擬分站、顯示、監(jiān)控管理三部分組成，模擬分站根據(jù)分站上各開關(guān)信息自動(dòng)生成一組數(shù)據(jù)經(jīng)編碼后通過數(shù)據(jù)總線傳送給模擬盤控制器和監(jiān)控主機(jī)；模擬盤控制器把模擬分站送來的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并傳送到模擬顯示盤上；監(jiān)控管理部分由監(jiān)控主機(jī)和與其連接的報(bào)警器、報(bào)表打印機(jī)組成。優(yōu)點(diǎn)(1)該實(shí)用新型不僅能夠演示各種事故的發(fā)生發(fā)展及演變過程、并且操作方便，演示事故種類多、設(shè)備成本低。(2)該實(shí)用新型采用與真實(shí)礦井布局類似的模擬盤，各種量在模擬盤上一目了然，直觀逼真。(3)該實(shí)用新型具有數(shù)據(jù)分析和處理能力，能對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，生成報(bào)表和進(jìn)行趨勢(shì)分析等，以動(dòng)態(tài)圖形、曲線、表格等方式輸出顯示。
文檔編號(hào)G09B25/00GK2927221SQ20062003030
公開日2007年7月25日 申請(qǐng)日期2006年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月13日
發(fā)明者劉建新, 雷乃清 申請(qǐng)人:河南理工大學(xué)