專利名稱：礦山井下電力機車運行監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種礦山井下電力機車運行監(jiān)測系統(tǒng)，用于井下巷道運輸電力機車運行狀態(tài)及位置遠程監(jiān)測，屬于礦山井下信息自動化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，金屬礦山井下開采中，礦石的運輸多采用電力機車，由于大型地下礦山運距較長，調(diào)度中心很難掌握機車在井下巷道的運行位置及方向；另外，電力機車長期運行于井下惡劣環(huán)境，點檢工作難度大，經(jīng)常由于未按時檢修而造成車輛故障、機車停運并影響生產(chǎn)。除此之外，由于井下作業(yè)人員較多，經(jīng)過路口時沒有仔細觀察導致被電力機車撞倒，發(fā)生人員傷亡事故。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種礦山井下電力機車運行監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)井下電力機車運行區(qū)間位置信息和機車運行參數(shù)的遠程監(jiān)測，完成電力機車運行參數(shù)的檢測及故障的早期預(yù)警，保證了井下運輸作業(yè)的正常，為井下作業(yè)人員安全提供了保障，解決背景技術(shù)存在的上述問題。本發(fā)明技術(shù)方案是
礦山井下電力機車運行監(jiān)測系統(tǒng)，在巷道內(nèi)間隔設(shè)置多臺信息采集終端，通過屏蔽雙絞線電纜將每臺信息采集終端并行聯(lián)接，屏蔽雙絞線電纜的另一端經(jīng)副井與地面調(diào)度中心監(jiān)控主機連接，電力機車上安裝有車載終端；信號采集終端不斷向周圍空間發(fā)射低頻信號， 當電力機車運行到距離信號采集終端的發(fā)射范圍內(nèi)時，車載終端檢測到該信號，立即喚醒通訊模塊，并與該信號采集終端進行無線通訊，車載終端將采集到的電力機車信息通過無線傳輸至該信號采集終端，該信號采集終端將獲取的上述信息通過CAN總線傳輸至地面調(diào)度中心監(jiān)控主機，地面調(diào)度中心監(jiān)控主機對收到的信息進行處理，并控制電力機車將要到達的下一個信息采集終端，發(fā)出報警器，提醒工作人員注意安全。所述的地面調(diào)度中心監(jiān)控主機上安裝有井下巷道3D模擬軟件，將收到的信息顯示在模擬巷道界面上，包括機車當前位置及電力機車信息。所述的車載終端采集電力機車信息，包括電機車主電機軸瓦溫度、工作電流、接觸網(wǎng)電壓、啟動和停止狀態(tài)、運行方向。信息采集終端設(shè)置在巷道壁上，每間隔10米設(shè)置一臺；信息采集終端不斷向周圍空間發(fā)射125KHz低頻信號，該信號精確調(diào)制為直徑3m圓周覆蓋范圍。本發(fā)明的積極效果是實現(xiàn)了井下電力機車運行區(qū)間位置信息和機車運行參數(shù)的遠程監(jiān)測，為實現(xiàn)井下電力機車智能化調(diào)度提供了平臺，同時實現(xiàn)了電力機車運行參數(shù)的檢測及故障的早期預(yù)警，保證了井下運輸作業(yè)的正常，具有機車通行路口的語音和燈光自動提醒，為井下作業(yè)人員安全提供了保障。


附圖I為電力機車車載終端結(jié)構(gòu)示意附圖2信號采集終端結(jié)構(gòu)示意圖中機車運行狀態(tài)檢測傳感器組I、傳感器信號隔離傳輸模塊2、2. 4GHz無線通訊模塊3、射頻信號放大器4、PCB天線5、3D磁性一體化天線6、125KHz低頻感應(yīng)模塊7、AC電源線濾波器模塊8、AC-DC模塊9、DC-DC模塊10、鋰離子電池及充放電管理模塊11、后備電源自動切換模塊12、微控制器13 ;聲光報警器模組14、數(shù)字信號隔離傳輸模塊15、2. 4GHz無線通訊模塊16、射頻信號放大器17、吸盤天線18、雙自愈CAN總線通訊模塊19、AC電源線濾波器模塊20、AC-DC模塊21、DC-DC模塊22、鋰離子電池及充放電管理模塊23、后備電源自動切換模塊24、125KHz低頻信號發(fā)射模塊25、棒狀磁性天線26、棒狀磁性天線27、棒狀磁性天線28、微控制器29。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖，通過實施例對本發(fā)明作進一步說明。在實施例中，所述的車載終端包括機車運行狀態(tài)檢測傳感器組I、傳感器信號隔離傳輸模塊2、2. 4GHz無線通訊模塊3、射頻信號放大器4、PCB天線5、3D磁性一體化天線 6U25KHZ低頻感應(yīng)模塊7、AC電源線濾波器模塊8、AC-DC模塊9、DC-DC模塊10、鋰離子電池及充放電管理模塊11、后備電源自動切換模塊12、微控制器13。機車運行狀態(tài)檢測傳感器組1，由軸編碼器和電流傳感器組成，實現(xiàn)電力機車運行方向、運行/停止狀態(tài)、主電機工作電流的檢測。傳感器信號隔離傳輸模塊2，由傳感器信號調(diào)理電路和光電隔離電路組成，實現(xiàn)對機車運行狀態(tài)檢測傳感器組中各傳感器信號的調(diào)理，并進行電氣隔離，輸出標準的1-5V電壓信號，傳送給微控制器。2. 4GHz無線通訊模塊3， 由射頻收發(fā)芯片NRF24L01、時鐘電路和外圍輔助電路組成，具有高速SPI通訊接口，能夠與微控制器進行雙向數(shù)據(jù)通訊，并將微控制器發(fā)出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為射頻信號并發(fā)送，同時接收空中的射頻信號并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送給微控制器。射頻信號放大器4，由射頻信號專用放大芯片構(gòu)成，實現(xiàn)對2. 4GHz無線通訊模塊發(fā)出的射頻信號進行放大，保證該信號能夠傳輸?shù)母h，覆蓋范圍更廣。PCB天線5，采用覆銅板制造的PCB天線，通過腐蝕覆銅板，形成有一定規(guī)則的線條，作為射頻信號天線，用于發(fā)送或者接收射頻信號。3D磁性一體化天線6， 由三個磁性天線構(gòu)成，這三個天線彼此垂直安裝，并通過專用膠粘在一起，形成立體天線， 能夠感應(yīng)來自各方向的125KHz低頻無線電信號。125KHz低頻感應(yīng)模塊7，由低頻信號感應(yīng)芯片及外圍電路構(gòu)成，通過與3D磁性一體化天線配合使用，檢測周圍環(huán)境中存在的125KHz 低頻無線電信號，當檢測到該信號時，能夠給微控制器提供一個開關(guān)量信號。AC電源線濾波器模塊8，由一個低通濾波器構(gòu)成，允許直流或者50Hz的交流電通過，阻止頻率較高的干擾信號通過。AC -DC模塊9，由開關(guān)電源、濾波電路構(gòu)成，能夠?qū)C220V電源轉(zhuǎn)換為DC12V 電源。DC-DC模塊10，由線性穩(wěn)壓芯片、濾波電路和保險電路組成，能夠?qū)C-DC模塊產(chǎn)生的DC12V電源轉(zhuǎn)換為DC5V。鋰離子電池及充放電管理模塊11，由3. 7V鋰離子電池、DC-DC 升壓電路、鋰電池充電管理電路組成，主要實現(xiàn)對鋰離子電池充電管理，當外部斷電時將鋰電池3. 7V電壓升至5V電壓，提供給微控制器使用。后備電源自動切換模塊12，由電壓監(jiān)測電路和軟開關(guān)電路組成，能夠不斷監(jiān)測外部電源，當外部電源斷電時，在2mS內(nèi)將鋰電池經(jīng)升壓模塊轉(zhuǎn)換的5V電源接入微控制器。微控制器13，由8位單片機、時鐘電路、復(fù)位電路組成，通過將程序燒錄至單片機，能夠完成傳感器數(shù)據(jù)采集、計算、邏輯分析與處理等工作，是整個系統(tǒng)的核心元件。所述的信息采集終端包括聲光報警器模組14、數(shù)字信號隔離傳輸模塊15、 2. 4GHz無線通訊模塊16、射頻信號放大器17、吸盤天線18、雙自愈CAN總線通訊模塊19、 AC電源線濾波器模塊20、AC-DC模塊21、DC-DC模塊22、鋰離子電池及充放電管理模塊23、 后備電源自動切換模塊24、125KHz低頻信號發(fā)射模塊25、棒狀磁性天線26、棒狀磁性天線 27、棒狀磁性天線28、微控制器29。聲光報警器模組14，由高亮LED報警燈、高音揚聲器和驅(qū)動電路組成，能夠接收微控制器傳輸來的控制信號，驅(qū)動LED報警燈閃爍和高音揚聲器發(fā)出報警聲音。數(shù)字信號隔離傳輸模塊15,由光電隔離電路構(gòu)成，實現(xiàn)微控制器發(fā)出的數(shù)字信號電氣隔離傳輸。2. 4GHz 無線通訊模塊16組成及功能，與車載終端的2. 4GHz無線通訊模塊3相同。射頻信號放大器 17組成及功能，與車載終端的射頻信號放大器4相同。吸盤天線18，由天線和吸盤組成，能夠收發(fā)射頻信號，天線能夠安裝于磁性吸盤上，吸盤容易牢固放置于金屬表面。雙自愈CAN 總線通訊模塊19，由CAN收發(fā)器、信號光電隔離電路、CAN驅(qū)動電路及隔離模塊電源組成，具有SPI接口，能夠?qū)⑽⒖刂茐K發(fā)出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為CAN協(xié)議，并發(fā)送到CAN總線上，同時接收 CAN總線上的數(shù)據(jù)，并發(fā)送給微控制器。AC電源線濾波器模塊20、AC-DC模塊21、DC-DC模塊22、鋰離子電池及充放電管理模塊23、后備電源自動切換模塊24組成及功能，分別與與車載終端的AC電源線濾波器模塊8、AC-DC模塊9、DC-DC模塊10、鋰離子電池及充放電管理模塊11、后備電源自動切換模塊12相同。125KHz低頻信號發(fā)射模塊25由125KHz信號發(fā)生電路和功率放大電路組成，能夠以125KHz電信號驅(qū)動棒狀磁性天線向周圍空間發(fā)射電磁波。棒狀磁性天線26、棒狀磁性天線27、棒狀磁性天線28由磁芯和線圈構(gòu)成，主要實現(xiàn)將125KHZ低頻信號發(fā)射模塊提供的驅(qū)動信號轉(zhuǎn)換為電磁波發(fā)射到周圍空間，三個天線的設(shè)計保證了電磁波輻射到范圍更廣的空間。本實施例具體工作過程
電力機車車載終端的機車運行狀態(tài)檢測傳感器組I通過軸編碼器和電流傳感器檢測電力機車的運行方向和電機工作電流，然后將信號傳送給傳感器信號隔離傳輸模塊2實現(xiàn)傳感器信號的隔離傳輸，最后送至微控制器13進行分析和處理，同時在微控制器13的控制下，3D磁性一體化天線6和125KHz低頻感應(yīng)模塊7組成的125KHz頻率感應(yīng)電路一直檢測周圍空間的125KHz頻率信號，當檢測到125KHz頻率信號時會傳送給微控制器13，微控制器13控制2. 4GHz無線通訊模塊3向安裝于巷道壁的信號采集終端發(fā)送數(shù)據(jù)信號。射頻信號放大器4和PCB天線5組成2. 4GHz無線通訊模塊3的功率放大及信號發(fā)射電路， AC電源線濾波器模塊8實現(xiàn)電力機車車載終端電源線濾波，保證供電質(zhì)量，AC-DC模塊9 將經(jīng)過濾波的交流電轉(zhuǎn)換為低壓直流電，DC-DC模塊10實現(xiàn)將AC-DC模塊9轉(zhuǎn)換完的直流電降壓、穩(wěn)壓后提供給微控制器13、機車運行狀態(tài)檢測傳感器組1、2. 4GHz無線通訊模塊 3和125KHz低頻感應(yīng)模塊7使用，同時供給鋰離子電池及充放電管理模塊11使用，鋰離子電池及充放電管理模塊11進行鋰離子電池充放電管理，當系統(tǒng)外接電源故障時，后備電源自動切換模塊12自動將鋰離子電池及充放電管理模塊11接入系統(tǒng)，實現(xiàn)不間斷供電。信號采集終端在微控制器29的控制下，由125KHZ低頻信號發(fā)射模塊25和棒狀磁性天線26、棒狀磁性天線27、棒狀磁性天線28組成的125KHZ頻率信號發(fā)射系統(tǒng)一直向周圍空間發(fā)射125KHZ低頻信號，該信號精確調(diào)制為直徑3m圓周覆蓋范圍，當電力機車運行到距離信號采集終端3m范圍內(nèi)時，機車車載終端內(nèi)部的125KHz低頻感應(yīng)模塊7能夠檢測到該信號，并激活電力機車車載終端內(nèi)由2. 4GHz無線通訊模塊16、射頻信號放大器17和吸盤天線18組成的2. 4GHz無線通訊電路，并與電力機車車載終端內(nèi)的2. 4GHz無線通訊電路建立數(shù)據(jù)連接及通訊，接收電力機車車載終端2. 4GHz無線通訊電路傳輸來的電力機車的運行方向和電機工作電流信號，并送微控制器29進行數(shù)據(jù)處理，同時微控制器29發(fā)出控制信號給數(shù)字信號隔離傳輸模塊15，由數(shù)字信號隔離傳輸模塊15實現(xiàn)控制信號的隔離傳輸， 聲光報警器模組14接收數(shù)字信號隔離傳輸模塊15傳輸來的控制信號，發(fā)出聲光報警，提醒工作人員注意安全。AC電源線濾波器模塊20實現(xiàn)電力機車車載終端電源線濾波，保證供電質(zhì)量，AC-DC模塊21將經(jīng)過濾波的交流電轉(zhuǎn)換為低壓直流電，DC-DC模塊22實現(xiàn)將 AC-DC模塊21轉(zhuǎn)換完的直流電降壓、穩(wěn)壓后提供給微控制器29、聲光報警器模組14、2. 4GHz 無線通訊模塊26和125KHZ低頻信號發(fā)射模塊25，同時供給鋰離子電池及充放電管理模塊 23使用，鋰離子電池及充放電管理模塊23進行鋰離子電池充放電管理，當系統(tǒng)外接電源故障時，后備電源自動切換模塊24自動將鋰離子電池及充放電管理模塊23接入系統(tǒng)，實現(xiàn)不間斷供電。
權(quán)利要求
1.一種礦山井下電力機車運行監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于在巷道內(nèi)間隔設(shè)置多臺信息采集終端，通過屏蔽雙絞線電纜將每臺信息采集終端并行聯(lián)接，屏蔽雙絞線電纜的另一端經(jīng)副井與地面調(diào)度中心監(jiān)控主機連接，電力機車上安裝有車載終端；信號采集終端不斷向周圍空間發(fā)射低頻信號，當電力機車運行到距離信號采集終端的發(fā)射范圍內(nèi)時，車載終端檢測到該信號，立即喚醒通訊模塊，并與該信號采集終端進行無線通訊，車載終端將采集到的電力機車信息通過無線傳輸至該信號采集終端，該信號采集終端將獲取的上述信息通過 CAN總線傳輸至地面調(diào)度中心監(jiān)控主機，地面調(diào)度中心監(jiān)控主機對收到的信息進行處理，并控制電力機車將要到達的下一個信息采集終端，發(fā)出報警器。
2.如權(quán)利要求I所述礦山井下電力機車運行監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的地面調(diào)度中心監(jiān)控主機上安裝有井下巷道3D模擬軟件，將收到的信息顯示在模擬巷道界面上，包括機車當前位置及電力機車信息。
3.如權(quán)利要求I或2所述礦山井下電力機車運行監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的車載終端采集電力機車信息，包括電機車主電機軸瓦溫度、工作電流、接觸網(wǎng)電壓、啟動和停止狀態(tài)、運行方向。
4.如權(quán)利要求I或2所述礦山井下電力機車運行監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于信息采集終端設(shè)置在巷道壁上，每間隔十米設(shè)置一臺；信息采集終端不斷向周圍空間發(fā)射125KHZ低頻信號，該信號精確調(diào)制為直徑三米圓周覆蓋范圍。
5.如權(quán)利要求I或2所述礦山井下電力機車運行監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的車載終端包括機車運行狀態(tài)檢測傳感器組I、傳感器信號隔離傳輸模塊2、2. 4GHz無線通訊模塊.3、射頻信號放大器4、PCB天線5、3D磁性一體化天線6、125KHz低頻感應(yīng)模塊7、AC電源線濾波器模塊8、AC-DC模塊9、DC-DC模塊10、鋰離子電池及充放電管理模塊11、后備電源自動切換模塊12、微控制器13 ;所述的信息采集終端包括聲光報警器模組14、數(shù)字信號隔離傳輸模塊15、2. 4GHz無線通訊模塊16、射頻信號放大器17、吸盤天線18、雙自愈CAN總線通訊模塊19、AC電源線濾波器模塊20、AC-DC模塊21、DC_DC模塊22、鋰離子電池及充放電管理模塊23、后備電源自動切換模塊24、125KHz低頻信號發(fā)射模塊25、棒狀磁性天線26、棒狀磁性天線27、棒狀磁性天線28、微控制器29 ；電力機車車載終端的機車運行狀態(tài)檢測傳感器組I通過軸編碼器和電流傳感器檢測電力機車的運行方向和電機工作電流，然后將信號傳送給傳感器信號隔離傳輸模塊2實現(xiàn)傳感器信號的隔離傳輸，最后送至微控制器13進行分析和處理，同時在微控制器13的控制下，3D磁性一體化天線6和125KHz低頻感應(yīng)模塊7組成的125KHz頻率感應(yīng)電路一直檢測周圍空間的125KHz頻率信號，當檢測到125KHz頻率信號時會傳送給微控制器13，微控制器13控制2. 4GHz無線通訊模塊3向安裝于巷道壁的信號采集終端發(fā)送數(shù)據(jù)信號，射頻信號放大器4和PCB天線5組成2. 4GHz無線通訊模塊3的功率放大及信號發(fā)射電路， AC電源線濾波器模塊8實現(xiàn)電力機車車載終端電源線濾波，保證供電質(zhì)量，AC-DC模塊9 將經(jīng)過濾波的交流電轉(zhuǎn)換為低壓直流電，DC-DC模塊10實現(xiàn)將AC-DC模塊9轉(zhuǎn)換完的直流電降壓、穩(wěn)壓后提供給微控制器13、機車運行狀態(tài)檢測傳感器組1、2. 4GHz無線通訊模塊 3和125KHz低頻感應(yīng)模塊7使用，同時供給鋰離子電池及充放電管理模塊11使用，鋰離子電池及充放電管理模塊11進行鋰離子電池充放電管理，當系統(tǒng)外接電源故障時，后備電源自動切換模塊12自動將鋰離子電池及充放電管理模塊11接入系統(tǒng)，實現(xiàn)不間斷供電；信號采集終端在微控制器29的控制下，由125KHZ低頻信號發(fā)射模塊25和棒狀磁性天線26、棒狀磁性天線27、棒狀磁性天線28組成的125KHz頻率信號發(fā)射系統(tǒng)一直向周圍空間發(fā)射125KHz低頻信號，該信號精確調(diào)制為直徑3m圓周覆蓋范圍，當電力機車運行到距離信號采集終端3m范圍內(nèi)時，機車車載終端內(nèi)部的125KHz低頻感應(yīng)模塊7能夠檢測到該信號，并激活電力機車車載終端內(nèi)由2. 4GHz無線通訊模塊16、射頻信號放大器17和吸盤天線 18組成的2. 4GHz無線通訊電路，并與電力機車車載終端內(nèi)的2. 4GHz無線通訊電路建立數(shù)據(jù)連接及通訊，接收電力機車車載終端2. 4GHz無線通訊電路傳輸來的電力機車的運行方向和電機工作電流信號，并送微控制器29進行數(shù)據(jù)處理，同時微控制器29發(fā)出控制信號給數(shù)字信號隔離傳輸模塊15，由數(shù)字信號隔離傳輸模塊15實現(xiàn)控制信號的隔離傳輸，聲光報警器模組14接收數(shù)字信號隔離傳輸模塊15傳輸來的控制信號，發(fā)出聲光報警，提醒工作人員注意安全，AC電源線濾波器模塊20實現(xiàn)電力機車車載終端電源線濾波，保證供電質(zhì)量， AC-DC模塊21將經(jīng)過濾波的交流電轉(zhuǎn)換為低壓直流電，DC-DC模塊22實現(xiàn)將AC-DC模塊 21轉(zhuǎn)換完的直流電降壓、穩(wěn)壓后提供給微控制器29、聲光報警器模組14、2. 4GHz無線通訊模塊26和125KHz低頻信號發(fā)射模塊25，同時供給鋰離子電池及充放電管理模塊23使用， 鋰離子電池及充放電管理模塊23進行鋰離子電池充放電管理，當系統(tǒng)外接電源故障時，后備電源自動切換模塊24自動將鋰離子電池及充放電管理模塊23接入系統(tǒng)，實現(xiàn)不間斷供電。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種礦山井下電力機車運行監(jiān)測系統(tǒng)，屬于礦山井下信息自動化技術(shù)領(lǐng)域。技術(shù)方案是在巷道內(nèi)間隔設(shè)置多臺信息采集終端，與地面調(diào)度中心監(jiān)控主機連接，電力機車上安裝有車載終端；信號采集終端不斷向周圍空間發(fā)射低頻信號，車載終端檢測到該信號，并與該信號采集終端進行無線通訊，將信息通過CAN總線傳輸至地面調(diào)度中心監(jiān)控主機進行處理。本發(fā)明實現(xiàn)了井下電力機車運行區(qū)間位置信息和機車運行參數(shù)的遠程監(jiān)測，為實現(xiàn)井下電力機車智能化調(diào)度提供了平臺，實現(xiàn)電力機車運行參數(shù)的檢測及故障的早期預(yù)警，保證了井下運輸作業(yè)的正常，具有機車通行路口的語音和燈光自動提醒，為井下作業(yè)人員安全提供了保障。
文檔編號G05B19/418GK102591304SQ20121005756
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月7日
發(fā)明者南世卿, 王亞東 申請人:河北鋼鐵集團有限公司, 河北鋼鐵集團礦業(yè)有限公司