一种矿井瓦斯监测联控装置的制作方法

本实用新型涉及矿井安全领域，特别涉及一种矿井瓦斯监测联控装置。

背景技术：

开采煤炭时，有大量的有害气体溢出，其中煤矿瓦斯占很大比例。煤矿瓦斯存在多种安全隐患，首先瓦斯污染空气，其次瓦斯浓度提高遇火会引起大规模的爆炸，由于煤矿的井下巷道狭窄，如果发生瓦斯爆炸，火势迅速蔓延，不但会造成设备损毁，煤矿塌陷，更重要的是会带来大量的人员伤亡。

目前，国内瓦斯监控成为一个刻不容缓的问题，急需人们去解决，如今监控瓦斯的系统已经慢慢在普及当中，但是这些系统和设备仅仅只是对参数进行监测，并没有把这些采样充分地利用起来。当监测系统监测到瓦斯以及其它现场环境参数异常时，没有给予预警或者警示，因此造成了瓦斯爆炸，同时损伤了很多工作人员，如何全面监测矿井环境参数并利用这些参数成为了一个不容忽视的问题。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种结构简单、成本低、安全性好、测量准确的矿井瓦斯监测联控装置。

本实用新型解决上述问题的技术方案是：一种矿井瓦斯监测联控装置，包括地面主站、地面主交换机、光纤收发器、环形以太网、防爆网络交换机、多个井下监控分站，多个井下监控分站均匀分布在矿井下，每个井下监控分站的输入端均与一个设置在矿井内的信号采集模块相连，每个井下监控分站的输出端均通过一变频器与风机相连，每个井下监控分站均与安装于井下的防爆网络交换机相连，防爆网络交换机经环形以太网与设置在地面上的光纤收发器相连，由光纤收发器统一接收信号，光纤收发器经地面主交换机与地面主站连接。

上述矿井瓦斯监测联控装置，所述井下监控分站包括频率/开关量输入模块、模拟量输入模块、主控制器、CAN通信模块、RS485模块、显示模块和存储模块，所述频率/开关量输入模块的输出端与主控制器相连，模拟量输入模块的输入端与信号采集模块的输出端相连，模拟量输入模块的输出端与主控制器相连，主控制器经RS485模块与变频器相连，显示模块、存储模块与主控制器相连，主控制器通过CAN通信模块与防爆网络交换机相连。

上述矿井瓦斯监测联控装置，所述井下监控分站还包括报警模块、报警模块与主控制器相连。

上述矿井瓦斯监测联控装置，所述井下监控分站还包括复位模块和时钟模块，复位模块、时钟模块与主控制器相连。

上述矿井瓦斯监测联控装置，所述信号采集模块包括瓦斯传感器、温度传感器和风速传感器，瓦斯传感器、温度传感器、风速传感器的信号输出端与模拟量输入模块的输入端相连。

上述矿井瓦斯监测联控装置，所述主控制器采用MSP430F149型单片机。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型的瓦斯传感器和风速传感器实时监测矿井内的瓦斯浓度和空气流通情况，主控制器将采集到的现场瓦斯浓度和系统设定浓度的预测值进行比较和判断，根据判断结果主控制器给予风扇不同程度的转速控制，保证矿井工人的空气质量，启动风扇稀释瓦斯浓度的方案简单可行，降低了矿井人员伤亡的概率，有效地保护了工人，温度传感器实时监测矿井内的温度，进一步降低矿井事故的发生概率；主控制器发送信号给显示模块和报警装置，显示模块和报警装置进行数据显示并提供相应的警示，同时主控制器通过CAN通信模块将对应瓦斯监控分站中的数据输送到防爆网络交换机，通过环形以太网发送至地面主站。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图。

图2为本实用新型的单片机外围电路。

图3为图1中存储模块的电路图。

图4为图1中时钟模块的电路图。

图5为图1中复位模块的电路图。

图6为图1中模拟量输入模块的电路图。

图7为图1中频率/开关量输入模块的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，一种矿井瓦斯监测联控装置，包括地面主站、地面主交换机、光纤收发器、环形以太网、防爆网络交换机、多个井下监控分站，多个井下监控分站均匀分布在矿井下，每个井下监控分站的输入端均与一个设置在矿井内的信号采集模块相连，每个井下监控分站的输出端均通过一变频器与风机相连，每个井下监控分站均与安装于井下的防爆网络交换机相连，防爆网络交换机经环形以太网与设置在地面上的光纤收发器相连，由光纤收发器统一接收信号，光纤收发器经地面主交换机与地面主站连接。

所述井下监控分站包括频率/开关量输入模块、模拟量输入模块、主控制器、CAN通信模块、RS485模块、报警模块、复位模块、时钟模块、显示模块和存储模块，主控制器采用MSP430F149型单片机，所述频率/开关量输入模块的输出端与主控制器相连，模拟量输入模块的输入端与信号采集模块的输出端相连，模拟量输入模块的输出端与主控制器相连，主控制器经RS485模块与变频器相连，报警模块、复位模块、时钟模块、显示模块、存储模块与主控制器相连，主控制器通过CAN通信模块与防爆网络交换机相连。

所述信号采集模块包括瓦斯传感器、温度传感器和风速传感器，瓦斯传感器、温度传感器、风速传感器的信号输出端与模拟量输入模块的输入端相连。

本实用新型的工作原理：每个井下监控分站的瓦斯传感器、温度传感器和风速传感器采集矿井内的瓦斯浓度、温度和空气流通速度，采集的数据经过模拟量输入模块发送到主控制器，主控制器将采集到的现场瓦斯浓度和系统设定浓度的预测值进行比较和判断，并发送信号给显示模块和报警装置，显示模块和报警装置进行数据显示并提供相应的警示，这里的判别结果分为三类：正常、轻微和危险，按照判别结果的不同主控制器给予风扇不同程度的转速控制；CAN通信模块将这个井下监控分站中的数据输送到防爆网络交换机，通过环形以太网发送至地面；最后，井下的瓦斯浓度等环境参数信号经过地面主站的分析和处理，实时显示。

如图2所示，本实用新型选取MSP430F149单片机作为主控制器，DVCC口和AVCC口接电源3.3V并各接电容C1，C2，同时，电容与地相连起滤波的作用；RST口接复位电路；XT2OUT口和XT2IN口，XIN口和XOUT口分别接晶振组成时钟电路；P6.0-P6.7作为通用数字I/O口和模拟输入口。

如图3所示，本实用新型选取K9F2808UOC芯片作为存储模块的核心芯片，IO0-IO7端分别接8位数据总线；引脚12和引脚37相连共同接电源VCC；引脚13和引脚36相连接地；引脚19和引脚6分别接电阻R3和R4并接地，引脚19的引出线接电阻R2并接电源VDD。

如图4所示，本实用新型的时钟模块由晶体振荡器，电阻和电容组成；本实用新型选取的晶振XAL1是18.431MHz，晶振XAL2是32.768KHZ；主控制器产生的慢时钟把外连设备连接到时钟上，或者主控制器断开时钟，降低系统功耗。

如图5所示，本实用新型选取MAX811芯片作为复位模块的核心，引脚4一端接电源VCC，一端接电容一端，电容另一端和引脚1共同接地；引脚3接RST并接地；引脚2接电阻并接收复位信号；系统复位时，电源稳定后，来自2引脚的复位信号保持一段时间的低电平后，然后撤销该复位信号。

如图6所示，本实用新型的模拟量输入模块提供了两路模拟信号的采集，电阻R2和电阻R4分别将两路的电流变为电压；压敏二级管D1和D2保护主控制器；高分子热敏电阻RT1，RT2，RT3起保险丝的作用，阻值与电流强度成正比的关系，防止高电流对电气件的损毁，起到了过流保护的作用。

如图7所示，本实用新型选取6N137高速光耦进行光电隔离，对于传感器传送的高频信号进行隔离，同时，电气隔离性能优良。