一种智能型井下安全监控系统的制作方法

1.本发明涉及一种智能型井下安全监控系统，属于智能控制技术领域。


背景技术：

2.煤矿运煤系统主要依皮带机运输为主，为了保证皮带机的正常运转，需要配备现场巡检人员。尤其在煤矿井下，皮带机运行工作环境差，对现场巡检人员的身体存在伤害，并且现场巡检人员劳动强度高，存在发生生产安全事故的隐患。为了实现井下皮带机的无人值守作业，有效提高矿井安全生产和自动化控制水平，现有技术给出了设计方案，如专利202121261010.2中给出的一种煤矿用皮带机智能在线监控系统，包括计算机数据处理中心、声光报警模块、控制输出模块和皮带机，其中，皮带机上设置有声音识别模块、图像识别模块和温度识别模块，声音识别模块、图像识别模块和温度识别模块与计算机数据处理中心的输入端通信连接，声光报警模块和控制输出模块与计算机中心的输出端电连接，控制输出模块与皮带机电连接。
3.然而，皮带机在运输过程中，需要监控的内容很多，要想实现无人值守，上述专利的技术方案显然不能适应现场工作需要。同时，对于设备的控制，既需要远程的监控，还需要井下的集控和单控操作，显然，上述方案都实现不了。同时，井下排水和井下通风都需要系统监控，而且这些监控基本是井上监控室监控，井下监控基本不存在，存在一定的安全隐患。


技术实现要素：

4.为符合国家现代化矿井要求，实施设备智能机械化、软件高度集成自动化优化，提高企业生产运输安全保障能力，实现“减人提效”、“无人则安”的目的，推广应用先进技术和管理理念，积极开展“机械化换人、自动化减人”科技强安行动，实现矿井生产过程的机械化和自动化、生产系统的信息化和智能化，提升企业安全生产整体水平。通过视频监视、顺序控制，使采、掘工作面运输系统、通风系统、水泵系统应远程集中控制，减少采、掘工作的系统人员，做到自动化远程控制与实时监测，以安全为第一目的来提升企业的安全生产。针对上述问题，本发明研究并提供一种智能型井下安全监控系统，根据井下运行的要求，实现井上的监控，同时，实现井下的集控和单控操作，让自动控制和人工控制相结合，不但能实现无人值守，而且具有更高的安全性。
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种智能型井下安全监控系统，在井上地面控制室内设置工控主机，在井下设置本安型操作主机，工控主机和操作主机通过位于井上和井下的交换机输送信息，在井下设备处安装若干台控制分站，每台控制分站与不同的井下管控设备匹配；所述控制分站连接安装在井下设备周边的急停闭锁扩音电话、粉尘浓度传感器、水位传感器、甲烷浓度传感器、防爆摄像机、烟雾传感器、防爆电磁阀、急停开关和启停传感器的一种或几种组合，和/或安装在井下设备上的温度传感器、跑偏传感器、张力传感器、撕裂传感器、煤位开关和速度传感器，同时，控制分站连接并控制井下设备
的电机、风机或水泵。
6.进一步的，所述工控主机连接打印机、寻呼话筒和硬盘存储器，建立采区设备远程监控中心，监视设备运行，实现地面远程监测，以及井下同步自动控制，工控主机采集、查询和统计分析、打印现场设备的运行数据、曲线、事件信息、操作记录，并对故障进行声光报警，以及一键起停操作。
7.进一步的，所述控制分站包括cpu处理器、操作控制模块、通讯接口、语音报警模块，cpu处理器连接操作控制模块，操作控制模块连接防爆电磁阀、皮带电机、风机和水泵，根据指令操控电机和防爆电磁阀，cpu处理器连接本安型彩色触摸屏，接收输入和显示输出，cpu处理器连接语音报警模块，语音报警模块连接通话打点单位模块，通话打点单位模块通过功放模块连接喇叭，实现沿线通话、打点及语音预警、报警功能，通讯接口连接传感器。
8.更进一步的，所述控制分站设置有3路以太网电信号、2路rs485信号、2 路百兆以太网光信号、3路千兆以太网光信号。
9.更进一步的，所述控制分站还包括彩色触摸液晶显示屏，控制方式具有逆煤流启车、顺煤流启车、顺煤流停车；还包括后备电源，在断电时保证设备正常通讯，在控制分站的壳体上内置高清摄像头，实现远程视频监视。
10.进一步的，所述操作主机包括plc控制器，以及与plc控制器连接的监控视频显示屏幕、控制画面屏幕、输入组件、通讯接口和语音模块，所述控制画面屏幕显示和设置集控总台数，并提供集控主机运行模式供选择，且在屏幕上显示集控和单控选择图标以供直接对集控模式和单控模式进行切换，在集控模式下设置集控启动、集控停车和急停按键，在单控模式下设置启动和停止按键，且按键对应相应的皮带输送机；plc控制器将多路视频输入信号汇总一路光信号输出到监控视频显示屏幕，通过鼠标对输入视频信号进行录像、检索、回放；plc控制器接收各路控制分站传送的实时监控信号，对被控设备的故障进行监控，故障发生时以文字的形式显示在控制画面屏幕上；并对各种传感器传送的保护信号进行实时监控，在保护动作发生时以文字的形式显示在控制画面屏幕上，并通过语音模块、功放模块和喇叭进行声音报警；在操作主机的台体上设置操控台面，并设置手动、自动、启动、停止、保护连锁按键，按键与控制画面屏幕中设置按键对等；输入组件接收操作人员输入的参数、控制命令或功能调用，功能调用是指对保护连接设备产生的保护功能由操作人员根据现场情况需要利用操作主机远程设置或取消。
11.更进一步的，所述集控主机运行模式分为：单控模式、集控模式、远控模式、检修模式，当集控转换为不同的模式，在控制画面屏幕上会显示相应的文字。
12.更进一步的，所述操作主机设置3路以太网电信号、2路rs485信号、2 路百兆以太网光信号、3路千兆以太网光信号。
13.更进一步的，所述操作主机还设置有后备电源，在断电的情况下能保证正常通讯。
14.进一步的，所述急停闭锁扩音电话安装在皮带输送机沿线，在急停闭锁扩音电话的壳体上安装有通话、打点、急停按键以及拉线，壳体内安装摄像头、喇叭和咪头，按下急停按钮或拉线急停闭锁指令控制分站停车，打点按键用于点联络、通话和语音预警，喇叭用于播报沿线的启车预警、故障报警，有助于巡检人员发现问题时及时停止皮带机的运行，防止事态扩大化；内置高清摄像头，实现该区域的远程视频监视，并能视频通话和视频记录操作
人员。
15.本发明的有益技术效果是：1、操作主机性能稳定性强，设备体积小，将视频显示和模拟控制画面一起显示，将多台设备和系统整合为一个管理平台，提高了系统可靠性，方便安装和操作；具有人机对话功能，便于参数修改、功能调用、控制命令输入，用户还可以根据现场情况远程屏蔽不需要的保护功能；2、控制分站实现了跑偏、急停、张力、堆煤、温度、烟雾、速度、撕裂、超温洒水等9种保护，并具有逆煤流启车、顺煤流启车、顺煤流停车、全局停车、单台启停等控制方式，具有单控、检修、集控、远控四种工作模式，通过语音报警提示故障发生时间、故障设备号、故障类型；后备电源在断电的情况下能保证井下设备正常通讯，地面远程控制实现井下无人值守运行；3、急停闭锁扩音电话实现皮带输送机沿线的巡检，不但能视频通话和视频记录，还能实现按键急停或拉线急停闭锁。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是本发明的立体结构示意图。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.实施例1如图1所示的一种新型化智能井下带式运输监控系统，包括位于井上地面控制室内的工控主机，与工控主机连接并输送信息的交换机，位于井下的若干台控制分站，与若干台控制分站控制连接的本安型操作主机，与若干台控制分站信号连接的位于井下的本安型交换机，本安型交换机连接位于地面控制室的交换机；所述控制分站连接安装在皮带输送机周边的急停闭锁扩音电话、粉尘浓度传感器、防爆摄像机、烟雾传感器，以及安装在皮带输送机上的温度传感器、跑偏传感器、张力传感器、撕裂传感器、煤位开关和速度传感器，同时连接防爆电磁阀、急停开关和启停传感器，防爆电磁阀、急停开关和启停传感器电连接皮带输送机的电机。
20.如图1所示的一种智能型井下安全监控系统，在井上地面控制室内设置工控主机，在井下设置本安型操作主机，工控主机和操作主机通过位于井上和井下的交换机输送信息，在井下设备处安装若干台控制分站，每台控制分站与不同的井下管控设备匹配；所述控制分站连接安装在井下设备周边的急停闭锁扩音电话、粉尘浓度传感器、水位传感器、甲烷浓度传感器、防爆摄像机、烟雾传感器、防爆电磁阀、急停开关和启停传感器的一种或几种
组合，和/或安装在井下设备上的温度传感器、跑偏传感器、张力传感器、撕裂传感器、煤位开关和速度传感器，同时，控制分站连接并控制井下设备的电机、风机或水泵。
21.井上控制室内的工控主机连接打印机、寻呼话筒和硬盘存储器，建立采区皮带机远程监控中心，实现地面远程监测设备运行情况与井下同步的自动控制，工控主机采集、查询和统计分析、打印现场设备的运行数据、曲线、事件信息、操作记录，针对故障点声光报警，一键控制起停。
22.操作主机是建立在采区的皮带就地集控中心，实现运输线设备的手动、自动、检修等多种控制功能，与地面控制中心同步实现监测和自动控制，采集、存储、查询和统计分析现场设备的运行数据、曲线、事件信息、操作记录、声光故障报警、一键起停操作和监视设备运行情况。防爆摄像机实现了系统在线可视化管理及实时监视与存储。
23.其中操作主机又连接3路，包括皮带机运输部分、水泵和主风机、副风机，皮带机运输部分又分为多个皮带机，跑偏传感器用于控制防止跑偏，急停开关用于急停保护，张力传感器用于检测皮带张力，撕裂传感器防止皮带撕裂，煤位开关防止堆煤，温度传感器检测温度，并实现超温洒水，烟雾传感器检测烟雾浓度是否超标，速度传感器检测皮带机的运行速度，水位传感器检测排水井内水位，甲烷浓度传感器检测甲烷浓度，控制抽排风量。
24.本实施例的设备以功能模块化安装、整机一体化设计、整体结构简单、性能稳定、配置灵活，维护方便。能够基于现场设备、现场总线、现场控制，实现由小及大，自下而上的监控系统。由于建立了可靠的数据传输、备份、存储等安全保障措施，保证系统能够安全可靠地运行。充分考虑冗余、容错和备份能力，同时合理设计系统架构，最大限度地支持系统的稳定可靠性运行；设备采用大面积整合及成套化管理，减少设备不稳定的关联、不稳定的分散配套组成。
25.实施例2作为一种具体设计，所述操作主机包括plc控制器，以及与plc控制器连接的监控视频显示屏幕、控制画面屏幕、输入组件、通讯接口和语音模块，所述控制画面屏幕显示和设置集控总台数，并提供集控主机运行模式供选择，且在屏幕上显示集控和单控选择图标以供直接对集控模式和单控模式进行切换，在集控模式下设置集控启动、集控停车和急停按键，在单控模式下设置启动和停止按键，且按键对应相应的皮带输送机；plc控制器将多路视频输入信号汇总一路光信号输出到监控视频显示屏幕，通过鼠标对输入视频信号进行录像、检索、回放；plc控制器接收各路控制分站传送的实时监控信号，对被控设备的故障进行监控，故障发生时以文字的形式显示在控制画面屏幕上；并对各种传感器传送的保护信号进行实时监控，在保护动作发生时以文字的形式显示在控制画面屏幕上，并通过语音模块、功放模块和喇叭进行声音报警；在操作主机的台体上设置操控台面，并设置手动、自动、启动、停止、保护连锁按键，按键与控制画面屏幕中设置按键对等；输入组件接收操作人员输入的参数、控制命令或功能调用，功能调用是指对保护连接设备产生的保护功能由操作人员根据现场情况需要利用操作主机远程设置或取消。
26.集控主机运行模式分为：单控模式、集控模式、远控模式、检修模式，当集控转换为不同的模式，在控制画面屏幕上会显示相应的文字。
27.操作主机设置3路以太网电信号、2路rs485信号、2 路百兆以太网光信号、3路千兆以太网光信号。操作主机还设置有后备电源，在断电的情况下能保证正常通讯。
28.操控台控制画面屏幕采用触摸屏，用于反映整个皮带运输系统的工艺流程，能清楚的观察到各个皮带的运行情况以及皮带间的闭锁关系与运行顺序，若哪条皮带运行，则界面中对应的煤动态可视化，真实地模拟现场皮带的运行情况。
29.通过触摸屏或鼠标设置集控总台数，在主画面点击输入要集控的皮带总数量，最大数量为8。集控主机运行模式分为：单控模式、集控模式、远控模式、检修模式。当集控转换为不同的模式，在画面上会有相应的文字显示。由于单控模式和集控模式是常用模式，因此，设计单控集控选择开关在画面上，用于对皮带进行单控或集控的启停操作。当选择单控模式操作时，可点击画面上要启停的皮带，弹出操作界面，点击启动按钮启动皮带，点击停止按钮停止皮带运行。当选择集控模式操作时，先选择启动方式为逆起或顺起，再点击画面上的集控启车、集控停车、急停按钮进行一键启停操作。当集控操作顺起时，如果皮带上有煤存在，会弹出“系统有煤只能逆起”的窗口，并指示哪条皮带有煤。画面中每条皮带旁指示该皮带的运行方式和现场控制分站的控制模式，当皮带开始启动时，会逐步显示起车预警、主副延时、自保延时、正常运行指示。控制分站的控制模式在上位机上会显示检修模式、单控模式、集控模式等。如果运行中出现联锁皮带保护，则显示出故障指示画面。
30.参数设置功能：进入参数设置窗口，在此界面可对控制分站的参数进行读取、设定、写入。
31.分机地址：指每台控制分站的台号，范围1～8。
32.启动方式：有“逆启”和“顺启”两个选项，即逆煤流和顺煤流启车。
33.速度上限：速度保护上限值，当本机检测到的速度值超过上限值时本机速度保护，范围0～8.0m/s。
34.速度下限：速度保护下限值，当本机检测到的速度值低于下限值时本机速度保护，范围0～8.0m/s。
35.张力上限：本机的皮带张力保护上限值，当本机检测到的张力值超过上限值时本机会张力保护,范围0～9999kg。
36.张力下限：本机的皮带张力保护下限值，当本机检测到的张力值低于下限值时本机会张力保护,范围0～9999kg。
37.预警时间：设定从开始起车到主电机启动时间,范围0～999s。
38.主副延时：设定从主电机启动到副电机启动延时时间,范围0～999s；自保延时：设定主副电机启动后暂不检测速度的时间,范围0～999s。
39.停车延时：设定本机停车延时时间,范围0～999s。
40.无煤停车延时：设定皮带上无煤停车的延时时间,范围0～999s；无煤检测延时：设定无煤检测的延时时间,范围0～999s；开停检测延时：设定电机反馈的延时时间,范围0～999s；温度检测延时：设定温度保护动作的延时时间，范围为0～999秒，其中0为屏蔽该保护。
41.烟雾检测延时：设定烟雾保护动作的延时时间，范围为0～999秒，其中0为屏蔽该保护。
42.撕裂检测延时：设定撕裂保护动作的延时时间，范围为0～999秒，其中0为屏蔽该保护。
43.堆煤检测延时：设定堆煤保护动作的延时时间，范围为0～999秒，其中0为屏蔽该保护。
44.断带检测延时：设定断带保护动作的延时时间，范围为0～999秒，其中0为屏蔽该保护。
45.速度检测延时：设定速度保护动作的延时时间，范围为0～999秒，其中0为屏蔽该保护。
46.张力检测延时：设定张力保护动作的延时时间，范围为0～999秒，其中0为屏蔽该保护。
47.跑偏检测延时：设定跑偏保护动作的延时时间，范围为0～999秒，其中0为屏蔽该保护。
48.急停检测延时：设定急停保护动作的延时时间，范围为0～999秒，其中0为屏蔽该保护。
49.闭锁检测延时：设定闭锁保护动作的延时时间，范围为0～999秒，其中0为屏蔽该保护。该功能一般用于和plc等其它设备有联锁关系时使用。
50.读取功能 ：输入要读取的分机台号，点击读取按钮即可读出该分机的参数设定值。
51.写入功能：设定好该分机的参数后 ，点击写入按钮下载数值到分站。
52.屏蔽功能：用于暂时屏蔽保护报警，下次启车屏蔽功能失效。
53.实施例3作为一种具体设计，所述控制分站包括cpu处理器、操作控制模块、通讯接口、语音报警模块，cpu处理器连接操作控制模块，操作控制模块连接皮带电机、防爆电磁阀和控制电机，根据指令操控电机和防爆电磁阀，cpu处理器连接本安型彩色触摸屏，接收输入和显示输出，cpu处理器连接语音报警模块，语音报警模块连接通话打点单位模块，通话打点单位模块通过功放模块连接喇叭，实现沿线通话、打点及语音预警、报警功能，通讯接口连接传感器。
54.所述控制分站设置有3路以太网电信号、2路rs485信号、2 路百兆以太网光信号、3路千兆以太网光信号。
55.所述控制分站还包括彩色触摸液晶显示屏，控制方式具有逆煤流启车、顺煤流启车、顺煤流停车；还包括后备电源，在断电时保证设备正常通讯，在控制分站的壳体上内置高清摄像头，实现远程视频监视。
56.彩色触摸液晶显示屏；跑偏、急停、张力、堆煤、温度、烟雾、速度、撕裂、超温洒水等9种保护功能；控制方式：逆煤流启车、顺煤流启车、顺煤流停车、全局停车、单台启停等；工作模式：单控、检修、集控、远控。沿线通话、打点及语音预警、报警功能，抗背景噪声能力强，声音清晰；语音报警提示：故障发生时间、故障设备号、故障类型；具有后备电源，在断电的情况下能保证井下设备正常通讯。地面远程控制：井下无人值守运行；功能屏蔽：管理员具备保护功能锁定与开启；视频监视功能：内置高清摄像头，可远程视频监视。视频功能：具有视频通话和视频记录操作人员。
57.实施例4作为一种具体设计，所述急停闭锁扩音电话安装在皮带输送机沿线，在急停闭锁
扩音电话的壳体上安装有通话、打点、急停按键以及拉线，壳体内安装摄像头、喇叭和咪头，按下急停按钮或拉线急停闭锁指令控制分站停车，打点按键用于点联络、通话和语音预警，喇叭用于播报沿线的启车预警、故障报警，有助于巡检人员发现问题时及时停止皮带机的运行，防止事态扩大化；内置高清摄像头，实现该区域的远程视频监视，并能视频通话和视频记录操作人员。
58.并且，本系统还具有可扩展性，预留扩容接口，便于后续系统接入。根据未来业务的增长和变化，可以平滑地扩充和升级，最大程度地减少对系统架构和现有设备的调整，（局部风机接入控制、局部水泵接入控制等设备，如图1中所示）。在充分利用现有资源，最大限度地降低系统的总体投资。系统设备符合本矿井下生产现场条件，设计主要实现“地面集中控制为主，井下就地检修为辅”的控制方式。易于管理和维护，在控制系统设计时应考虑降低设备管理与维护工作量，避免因设备多而不能够及时维护的情况。
59.根据上述实施例能够看出，本发明具有以下优势：1、操作主机性能稳定性强，设备体积小，将视频显示和模拟控制画面一起显示，将多台设备和系统整合为一个管理平台，提高了系统可靠性，方便安装和操作；具有人机对话功能，便于参数修改、功能调用、控制命令输入，用户还可以根据现场情况远程屏蔽不需要的保护功能；2、控制分站实现了跑偏、急停、张力、堆煤、温度、烟雾、速度、撕裂、超温洒水等9种保护，并具有逆煤流启车、顺煤流启车、顺煤流停车、全局停车、单台启停等控制方式，具有单控、检修、集控、远控四种工作模式，通过语音报警提示故障发生时间、故障设备号、故障类型；后备电源在断电的情况下能保证井下设备正常通讯，地面远程控制实现井下无人值守运行；3、急停闭锁扩音电话实现皮带输送机沿线的巡检，不但能视频通话和视频记录，还能实现按键急停或拉线急停闭锁。进一步的，所述急停闭锁扩音电话安装在皮带输送机沿线，在急停闭锁扩音电话的壳体上安装有通话、打点、急停按键以及拉线，壳体内安装摄像头、喇叭和咪头，按下急停按钮或拉线急停闭锁指令控制分站停车，打点按键用于点联络、通话和语音预警，喇叭用于播报沿线的启车预警、故障报警，有助于巡检人员发现问题时及时停止皮带机的运行，防止事态扩大化；内置高清摄像头，实现该区域的远程视频监视，并能视频通话和视频记录操作人员。
60.尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。