一种煤矿机采工作面急停闭锁开关位置识别装置的制作方法

本实用新型属于电子设备技术领域，具体涉及一种煤矿机采工作面急停闭锁开关位置识别装置。

背景技术：

急停闭锁开关是煤矿安全生产重要设备，通常一个煤矿机采工作面需要多达几十个急停闭锁开关，这些开关全部由一台电源供电，所以要求闭锁开关具有低功耗，并且能识别出是哪些闭锁开关发生闭锁。

目前市面上急停闭锁开关位置识别通常是通过现场总线（RS485或CAN总线）传输地址码来实现的，但是现场总线功耗大，能带载的闭锁开关数量有限，增加了电源成本；由于使用地址码表示每个闭锁开关地址，所以安装时要设置每个闭锁开关的地址码，使得安装和维护变得困难。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型提出一种煤矿机采工作面急停闭锁开关位置识别装置，以单根信号线传输闭锁和无闭锁信息，并完成位置识别功能，具有低功耗、接线简单的特性。

实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种煤矿机采工作面急停闭锁开关位置识别装置，包括查询模块和紧急闭锁开关模块；所述查询模块包括第一信号收发电路；所述紧急闭锁开关模块包括顺次相连的第一紧急闭锁开关……第N紧急闭锁开关，第一紧急闭锁开关、……第N紧急闭锁开关均包括开关件和第二信号收发电路；所述查询模块中的第一信号收发电路与第一紧急闭锁开关的数据传输端相连，查询模块顺次查询第一紧急闭锁开关……第N紧急闭锁开关的闭锁状态。

进一步地，所述紧急闭锁开关模块包括若干个通过单根信号线顺次相连的第一紧急闭锁开关、第二紧急闭锁开关……第N紧急闭锁开关。

进一步地，所述第一信号收发电路的数据传输端分别与第一紧急闭锁开关中的开关件的一端和第二信号收发电路的数据传输端相连，第一紧急闭锁开关中的开关件的另一端分别与第二紧急闭锁开关中的开关件的一端和第二信号收发电路的数据传输端相连；所述第二紧急闭锁开关、……第N-1紧急闭锁开关中相邻两个紧急闭锁开关中，前一个紧急闭锁开关的开关件分别与后一个紧急闭锁开关的开关件的一端和第二信号收发电路的数据传输端相连，第N-1紧急闭锁开关的数据传输端分别与第N紧急闭锁开关中的开关件的一端和第二信号收发电路的数据传输端相连。

进一步地，所述第一信号收发电路包括第一信号发射电路和第一信号接收电路；所述第二信号收发电路包括第二信号发射电路和第二信号接收电路；

所述第一信号发射电路输出端与第一紧急闭锁开关中的开关件和第二信号接收电路相连，用于向第一紧急闭锁开关……第N紧急闭锁开关发送电流查询信号；所述第一信号接收电路的输入端与第一紧急闭锁开关中的第二信号发射电路的输出端相连，用于接收第一紧急闭锁开关……第N紧急闭锁开关发送的开关件闭锁或者非闭锁反馈信号；所述第一紧急闭锁开关……第N紧急闭锁开关中的开关件由控制芯片控制通断。

进一步地，所述第一信号发射电路包括第一电流发生子电路，第一电流发生子电路的输入端与控制芯片相连，第一电流发生子电路的输出端与第一紧急闭锁开关的输入端相连；

所述第二信号发射电路分别用于产生两种不同电流值的第二电流发生子电路和第三电流发生子电路，第二电流发生子电路和第三电流发生子电路的输入端与控制芯片相连，第二电流发生子电路和第三电流发生子电路的输出端相连后与位于其前方的查询模块的第一信号接收电路相连或者紧急闭锁开关中的开关件相连；

所述第一信号接收电路包括第一电阻和第一比较器电路；所述第一电阻的一端与第一紧急闭锁开关中的第二信号发射电路的输出端相连，第一电阻的另一端与第一比较器电路的其中一个输入端相连；所述第一比较器的输出端与控制芯片的输入端相连；

所述第二信号接收电路包括第二电阻和第二比较器电路；所述第二电阻的一端与位于其前方的查询模块的第一信号发射电路的输出端或者紧急闭锁开关中的开关件相连，第二电阻的另一端与第二比较器电路的其中一个输入端相连；所述第二比较器的输出端与控制芯片的输入端相连。

进一步地，所述开关件为电子开关，包括第一MOS管和第二MOS管，所述第一MOS管的栅极与控制芯片相连以接入控制信号，其漏极与第二MOS管的栅极相连，其源极接地；第二MOS管的源极与直流电源相连，其漏极用于与查询模块或者紧急闭锁开关相连。

一种煤矿机采工作面急停闭锁开关位置识别方法，包括以下步骤：

步骤一、将紧急闭锁开关模块内各顺次相连的急停闭锁开关内的开关件均置于断开状态，同时设定各急停闭锁开关在响应一次查询信号后在设定的时间内不再响应查询信号；

步骤二、查询模块按照设定的频率不断发送查询信号给紧急闭锁开关模块，紧急闭锁开关模块中的各个急停闭锁开关收到查询信号后，若该急停闭锁开关处于闭锁状态，则发送闭锁信号到查询模块，否则发送正常信号到查询模块；

步骤三、得到紧急闭锁开关模块中各个急停闭锁开关的闭锁状态。

进一步地，所述步骤二具体包括以下步骤：

2.1查询模块发送第一个查询信号，紧急闭锁模块中的第一紧急闭锁开关收到查询信号，若第一紧急闭锁开关处于闭锁状态，则向发送查询模块发送闭锁信号，否则发送正常信号，查询模块由此得到第一紧急闭锁开关的是否闭锁的信息，之后，将第一紧急闭锁开关内部的开关件K₁闭合；

2.2查询模块发送第二个查询信号，第一紧急闭锁开关和第二紧急闭锁开关都能收到查询信号，由于第一紧急闭锁开关已经响应过一次查询信号，在设定时间内会忽略这次查询，只有第二紧急闭锁开关响应此次查询，若第二紧急闭锁开关处于闭锁状态，则向发送查询模块发送闭锁信号，否则发送正常信号，查询模块由此得到第二紧急闭锁开关的是否闭锁信息，之后，第二紧急闭锁开关将其内部的开关件K₂闭合；

2.3依次类推，查询模块发送第N（N>2）个查询信号，前N-1个紧急闭锁开关都能收到查询信号，由于前N-1个急停闭锁模块都已经响应过一次查询信号，且在设定时间内会忽略这次查询，只有第N紧急闭锁开关响应此次查询，若第N紧急闭锁开关处于闭锁状态，则向发送查询模块发送闭锁信号，否则发送正常信号，查询模块由此得到第N紧急闭锁开关的是否闭锁信息。

进一步地，所述紧急闭锁模块包括45个紧急闭锁开关；所述查询模块和各紧急闭锁开关发送的信号持续时间为5毫秒，紧急闭锁开关应答过一次查询信号后，接下来的1秒内不会再应答查询信号，紧急闭锁开关的开关件也会持续导通1秒，1秒后开关件会自动断开。

进一步地，所述查询模块发送的查询信号为10mA电流信号；紧急闭锁开关发送的正常信号为5mA电流信号；紧急闭锁开关发送的闭锁信号为10mA电流信号。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的一种煤矿机采工作面急停闭锁开关位置识别装置及识别方法，包括闭锁查询模块和紧急闭锁模块，以单根信号线传输紧急闭锁模块中各个紧急闭锁开关的闭锁和无闭锁信息，并完成位置识别，避免使用现场总线，因此降低了功耗，成本更低，也不需要设置地址码，安装和维护变得简单。

附图说明

图1为本实用新型煤矿机采工作面急停闭锁开关位置识别装置的一种实施例的整体原理示意图；

图2为本实用新型煤矿机采工作面急停闭锁开关位置识别装置的一种实施例的查询模块中的第一信号发射电路的电路图；

图3为本实用新型煤矿机采工作面急停闭锁开关位置识别装置的一种实施例的查询模块中的第一信号接收电路的电路图；

图4为本实用新型煤矿机采工作面急停闭锁开关位置识别装置的一种实施例的开关件的电路图；

图5为本实用新型煤矿机采工作面急停闭锁开关位置识别方法的一种实施例的流程图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

下面结合附图对本实用新型的应用原理作详细的描述。

现有技术中的急停闭锁开关位置识别通常是通过现场总线（RS485或CAN总线）传输地址码来实现的，但是现场总线功耗大，能带载的闭锁开关数量有限，增加了电源成本；由于使用地址码表示每个闭锁开关地址，所以安装时要设置每个闭锁开关的地址码，使得安装和维护变得困难，因此，本实用新型以单根信号线传输闭锁和无闭锁信息，并完成位置识别功能，具有低功耗、接线简单的特性。

实施例一

如图1-4所示，一种煤矿机采工作面急停闭锁开关位置识别装置，包括查询模块和紧急闭锁开关模块；所述查询模块包括第一信号收发电路；所述紧急闭锁开关模块包括顺次相连的第一紧急闭锁开关、……第N紧急闭锁开关，第一紧急闭锁开关、……第N紧急闭锁开关均包括开关件和第二信号收发电路；所述查询模块中的第一信号收发电路与第一紧急闭锁开关的数据传输端相连，查询模块顺次查询第一紧急闭锁开关、第二紧急闭锁开关……第N紧急闭锁开关的闭锁状态。

在本实施例的其中一种实施方式中，参见图1，所述紧急闭锁开关模块包括若干个通过单根信号线顺次相连的第一紧急闭锁开关、第二紧急闭锁开关……第N紧急闭锁开关，以单根信号线传输闭锁和无闭锁信息，并完成位置识别功能，具有低功耗、接线简单的特性，其中，N的值根据实际待识别的紧急闭锁开关的个数来确定。

在本实施例的优选实施方式中，所述第一信号收发电路的数据传输端分别与第一紧急闭锁开关中的开关件的一端和第二信号收发电路的数据传输端相连，第一紧急闭锁开关中的开关件的另一端分别与第二紧急闭锁开关中的开关件的一端和第二信号收发电路的数据传输端相连；所述第二紧急闭锁开关、……第N-1紧急闭锁开关中相邻两个紧急闭锁开关中，前一个紧急闭锁开关的开关件分别与后一个紧急闭锁开关的开关件的一端和第二信号收发电路的数据传输端相连，第N-1紧急闭锁开关的数据传输端分别与第N紧急闭锁开关中的开关件的一端和第二信号收发电路的数据传输端相连，以实现能够通过控制各个紧急闭锁开关中的开关件的通断顺次向各个急闭锁开关发送查询信号，并获得各个各个急闭锁开关发送的闭锁或者非闭锁信号。

进一步地，所述第一信号收发电路包括第一信号发射电路和第一信号接收电路；所述第二信号收发电路包括第二信号发射电路和第二信号接收电路；

所述第一信号发射电路输出端与第一紧急闭锁开关中的开关件和第二信号接收电路相连，用于向第一紧急闭锁开关……第N紧急闭锁开关发送电流查询信号；所述第一信号接收电路的输入端与第一紧急闭锁开关中的第二信号发射电路的输出端相连，用于接收第一紧急闭锁开关……第N紧急闭锁开关发送的开关件闭锁或者非闭锁反馈信号；所述第一紧急闭锁开关……第N紧急闭锁开关中的开关件由控制芯片控制通断。

具体地，所述第一信号发射电路包括第一电流发生子电路，第一电流发生子电路的输入端与控制芯片相连，利用控制芯片控制第一电流发生子电路的通断，第一电流发生子电路的输出端与第一紧急闭锁开关的输入端相连；在本实用新型的其他实施方式中，本实用新型不对其具体的电路结构形式进行限定；所述控制芯片为现有技术中常见的单片机芯片、ARM芯片等，这类芯片可以在市场上购买到。

所述第二信号发射电路包括用于产生两种不同电流值的第二电流发生子电路和第三电流发生子电路，第二电流发生子电路和第三电流发生子电路的输入端均与控制芯片相连，利用控制芯片控制第二电流发生子电路和第三电流发生子电路的通断，从而使得第二信号发射电路输出不同的电流值，第二电流发生子电路和第三电流发生子电路的输出端相连后与位于其前方的查询模块的第一信号接收电路相连或者紧急闭锁开关中的开关件相连（即第一紧急闭锁开关中的第二信号发射电路与位于其前方的查询模块的第一信号接收电路相连，其他紧急闭锁开关中的第二信号发射电路与与它紧邻且位于它前方的紧急闭锁开关中的开关件相连，这里所说的前方是按照查询信号的电流的流向来区分的，即查询信号的源头方向）；所述第二信号发射电路还可以是其他形式的任意能够产生两种不同电流值的电路，本实用新型不对具体的电路结构形式进行限定。

所述第一信号接收电路包括第一电阻和第一比较器电路；所述第一电阻的一端与第一紧急闭锁开关中的第二信号发射电路的输出端相连，第一电阻的另一端与第一比较器电路的其中一个输入端相连；所述第一比较器的输出端与控制芯片的输入端相连，用于将比较结果输出到控制芯片；

所述第二信号接收电路包括第二电阻和第二比较器电路；所述第二电阻的一端与位于其前方的查询模块的第一信号发射电路的输出端或者紧急闭锁开关中的开关件相连，第二电阻的另一端与第二比较器电路的其中一个输入端相连；所述第二比较器的输出端与控制芯片的输入端相连，用于将比较结果输出到控制芯片。

为了便于电路设计，在实际应用中，可以将第一信号接收电路与第二信号接收电路的电路结构设置为相同结构。

所述开关件为电子开关，包括第一MOS管和第二MOS管，所述第一MOS管的栅极与控制芯片相连以接入控制信号，其漏极与第二MOS管的栅极相连，其源极接地；第二MOS管的源极与直流电源相连，其漏极用于与查询模块或者紧急闭锁开关相连。电子开关的通断由控制芯片输出的开关控制信号所控制（利用信号线接入到单片机I/O引脚），使用高低电平来控制电子开关的通断，具体见图4，图4中的查询线入和查询线出分别代表电子开关的输入端和输出端。

下面结合实际应用中的具体电路，就第一收发电路与第二收发电路的工作过程进行详细说明。

如图2所示，所述第一信号发射电路包括能够产生10mA电流信号的第一电流发生子电路，所述第二信号发射电路包括能够分别产生10mA和5mA电流信号的第二电流发生子电路（图中未示出）和第三电流发生子电路（图中未示出），第二电流发生子电路与第一电流发生子电路结构相同；所述第三电流发生子电路与第二电流发生子电路中，除了电阻的阻值设置不同，电路的布局、除了电阻外的其他器件和连接关系均相同，当第一电流发生子电路的控制引脚FINDsend低电平、FINDrec为高电平时，查询模块发出10mA闭锁查询信号，该10mA闭锁查询信号通过查询线传送给沿线的紧急闭锁开关；控制引脚FINDsend、FINDrec均由控制芯片（优选为单片机）的I/O口控制；当查询模块发送完10mA查询信号后，将控制引脚FINDsend设置为高电平、FINDrec设置为低电平，查询模块开始进入接收状态。当紧急闭锁模块收到查询模块的10mA闭锁查询信号后，利用第二信号发射电路发送5mA（没有闭锁）或者10mA（有闭锁）信号给第一信号接收电路（如图3所示），5mA或者10mA电流流过第一信号接收电路中的第一电阻（图2中的R107，图2的查询线和图三的查询线是等电位，直接相连的）时，产生不同幅值的电压，该电压被送往第一比较器电路（图3中的LM324芯片），分别与1.1V和3.3V电压相比较，从而得知查询线上的电流是5mA还是10mA，根据反馈回来的电流大小，查询模块通过控制芯片能够判别出当前紧急闭锁模块是处于闭锁还是非闭锁状态；当接收到的是5mA电流信号时，代表紧急闭锁开关处于正常状态（即断开）；当接收到的是10mA电流信号时，代表紧急闭锁开关处于闭锁状态。

整个煤矿机采工作面急停闭锁开关位置识别装置的查询过程具体为：

查询模块发送第一个查询信号，第一紧急闭锁开关收到查询信号，若第一紧急闭锁开关处于闭锁状态，则向发送查询模块发送闭锁信号，否则发送正常信号，查询模块由此得到第一紧急闭锁开关的是否闭锁的信息，之后，第一紧急闭锁开关将其内部的开关件K₁闭合；

查询模块发送第二个查询信号，第一紧急闭锁开关和第二紧急闭锁开关都能收到查询信号，由于第一紧急闭锁开关已经响应过一次查询信号，在设定时间内会忽略这次查询，只有第二紧急闭锁开关响应此次查询，若第二紧急闭锁开关处于闭锁状态，则向发送查询模块发送闭锁信号，否则发送正常信号，查询模块由此得到第二紧急闭锁开关的是否闭锁信息，之后，第二紧急闭锁开关将其内部的开关件K₂闭合；

依次类推，查询模块发送第N（N>2）个查询信号，前N-1个紧急闭锁开关都能收到查询信号，由于前N-1个急停闭锁模块都已经响应过一次查询信号，且在设定时间内会忽略这次查询，只有第N紧急闭锁开关响应此次查询，若第N紧急闭锁开关处于闭锁状态，则向发送查询模块发送闭锁信号，否则发送正常信号，查询模块由此得到第N紧急闭锁开关的是否闭锁信息。

综上所述：

本实用新型的一种煤矿机采工作面急停闭锁开关位置识别装置，包括闭锁查询模块和紧急闭锁模块，以单根信号线传输紧急闭锁模块中各个紧急闭锁开关的闭锁和无闭锁信息，并完成位置识别，避免使用现场总线，因此降低了功耗，成本更低，也不需要设置地址码，安装和维护变得简单。

实施例二

如图5所示，一种煤矿机采工作面急停闭锁开关位置识别方法，包括以下步骤：

步骤一、设定各顺次相连的急停闭锁开关内的开关件均处于断开状态，同时设定各急停闭锁开关在响应一次查询信号后在设定的时间内不再响应查询信号；

步骤二、查询模块按照设定的频率不断发送查询信号给紧急闭锁开关模块，紧急闭锁开关模块中的各个急停闭锁开关收到查询信号后，如果该急停闭锁开关处于闭锁状态，则发送闭锁信号到查询模块，否则发送正常信号到查询模块；

步骤三、得到紧急闭锁开关模块中各个急停闭锁开关的闭锁状态。

优选地，所述步骤二具体包括以下步骤：

2.1查询模块发送第一个查询信号，第一紧急闭锁开关收到查询信号，若第一紧急闭锁开关处于闭锁状态，则向发送查询模块发送闭锁信号，否则发送正常信号，查询模块由此得到第一紧急闭锁开关的是否闭锁的信息，之后，第一紧急闭锁开关将其内部的开关件K₁闭合；

2.2查询模块发送第二个查询信号，第一紧急闭锁开关和第二紧急闭锁开关都能收到查询信号，由于第一紧急闭锁开关已经响应过一次查询信号，在设定时间内会忽略这次查询，只有第二紧急闭锁开关响应此次查询，若第二紧急闭锁开关处于闭锁状态，则向发送查询模块发送闭锁信号，否则发送正常信号，查询模块由此得到第二紧急闭锁开关的是否闭锁信息，之后，第二紧急闭锁开关将其内部的开关件K₂闭合；

2.3依次类推，查询模块发送第N（N>2）个查询信号，前N-1个紧急闭锁开关都能收到查询信号，由于前N-1个急停闭锁模块都已经响应过一次查询信号，且在设定时间内会忽略这次查询，只有第N紧急闭锁开关响应此次查询，若第N紧急闭锁开关处于闭锁状态，则向发送查询模块发送闭锁信号，否则发送正常信号，查询模块由此得到第N紧急闭锁开关的是否闭锁信息。

在本实施例的一种实施方式中，所述紧急闭锁模块包括45个紧急闭锁开关，紧急闭锁模块中紧急闭锁开关的数量存储在查询模块中，查询模块一共发出45个查询信号；所述查询模块和各紧急闭锁开关发送的信号持续时间为5毫秒，紧急闭锁开关应答过一次查询信号后，接下来的1秒内不会再应答查询信号，紧急闭锁开关的开关件也会持续导通1秒，1秒后开关件会自动断开。

优选地，所述查询模块发送的查询信号为10mA电流；因为紧急闭锁开关大部分时间处于非闭锁模式，发送正常信号，为了节省功耗，所以设定正常信号为5mA电流，闭锁信号为10mA电流。

本实施例中的一种煤矿机采工作面急停闭锁开关位置识别方法可以依托于实施例一中的煤矿机采工作面急停闭锁开关位置识别装置来实现。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。