專利名稱：一種x射線礦用傳送帶監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種X射線礦用傳送帶監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
煤礦的井下傳送帶是開采原煤的唯一輸送通道，傳送帶發(fā)生故障會導(dǎo)致原煤無法輸送至井上，從而使生產(chǎn)陷于停頓，造成經(jīng)濟損失。所以隨時掌握傳送帶的運行情況，監(jiān)測傳送帶的接頭、斷頭，能夠及時發(fā)現(xiàn)問題，避免造成損失。最初的傳送帶監(jiān)測全由人工完成，通過X射線照射傳送帶，查看傳送帶內(nèi)鋼絲的接頭、斷頭情況，再匯報給井上指揮中心進行處理。由人工操作的X射線監(jiān)測設(shè)備只能工作很短一段時間，否則發(fā)出的X射線對人體有害，這對于需要連續(xù)監(jiān)測的長達數(shù)千米的傳送帶來說是很不可行的。隨著煤礦自動化技術(shù)的進步，出現(xiàn)了采用X射線監(jiān)測設(shè)備加防爆工控機構(gòu)成的傳送帶監(jiān)測系統(tǒng)，X射線源放置于傳送帶的下方，X射線采集板放置于傳送帶的上方，X射線采集板輸出的采集信號通過雙絞排線輸入到防爆工控機內(nèi)的接口卡，通過防爆工控機內(nèi)的軟件轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)信號由光纖收發(fā)器輸入光纖，再經(jīng)井上的光纖收發(fā)器后輸入井上控制計算機。并由控制計算機進行存儲、分析、顯示。系統(tǒng)能自動監(jiān)測傳送帶內(nèi)鋼絲的接頭、斷頭和傳送帶的傳送速度，并能計算出接頭、斷頭的位置、長度，為地面指揮中心決策提供了直觀可靠的依據(jù)。所以相對于人工監(jiān)測，這個系統(tǒng)是一個進步，但是該系統(tǒng)具有局限性:1、需要采用昂貴的防爆工控機在井下采集X射線采集板輸出的采集信號；2、需要在防爆工控機中運行較復(fù)雜的協(xié)議轉(zhuǎn)換軟件，將X光采集信號封裝入IP幀進行傳送，而且由于X光采集信號數(shù)據(jù)量大(達到200Mbps以上)，需要采用千兆光纖以太網(wǎng)進行傳輸。由于井下有各種大型施工機械及電機等強電設(shè)備，使井下的電磁環(huán)境復(fù)雜、干擾大，防爆工控機、千兆以太收發(fā)器等設(shè)備容易受到干擾，使千兆以太網(wǎng)的丟包率增大，無法保證大數(shù)據(jù)流量實時傳輸?shù)囊蟆?br>
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種X射線礦用傳送帶監(jiān)測系統(tǒng)。利用光纖高速復(fù)接傳輸技術(shù)傳輸X射線采集信號，取消了井下防爆工控機，并通過X射線采集數(shù)據(jù)和以太網(wǎng)信號的復(fù)接光傳輸，提高了系統(tǒng)抗干擾能力和可靠性。為達到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種X射線礦用傳送帶監(jiān)測系統(tǒng)，包括X射線源、X射線采集板、速度傳感器、防爆攝像機、礦井下的下位通信控制器、礦井上的上位通信控制器和控制計算機，控制計算機通過上位通信控制器、光纖連接到下位通信控制器；所述的下位通信控制器連接井下的X射線采集板、速度傳感器、防爆攝像機，將X射線采集信號、視頻輸入信號、速度信號變換為光信號發(fā)送至光纖；所述的下位通信控制器連接井下的X射線源，通過發(fā)送X射線源控制信號開啟或關(guān)斷X射線源；所述的下位通信控制器連接井下的X射線采集板，轉(zhuǎn)發(fā)X射線采集板控制信號；所述的上位通信控制器接收光纖的信號，還原出各種信號后通過USB接口發(fā)送到控制計算機；所述的上位通信控制器接收來自控制計算機的指令信號，通過光纖發(fā)送給下位通信控制器；控制計算機通過上位通信控制器及下位通信控制器采集傳送帶X射線傳感信號，并進行存儲、顯示，從而實現(xiàn)對井下傳送帶的實時監(jiān)測。上述的下位通信控制器由輸入系統(tǒng)和輸出系統(tǒng)構(gòu)成，其輸入系統(tǒng)是:由50針接口輸入的并行X射線采集信號經(jīng)隔離485接口后輸入下位復(fù)接器，視頻輸入信號經(jīng)視頻采樣芯片后輸入下位復(fù)接器，下位100M以太接口經(jīng)下位以太交換芯片變換為下位以太網(wǎng)MII接口的上行信號后輸入下位復(fù)接器，速度信號接口送來的速度信號經(jīng)光耦隔離后輸入下位復(fù)接器，上述信號在下位復(fù)接器中復(fù)接為高速信號后輸入下位千兆光模塊；其輸出系統(tǒng)是:下位千兆光模塊輸出的高速信號經(jīng)下位解復(fù)接器解出三路信號，一路經(jīng)485接口后輸出X射線采集板控制信號，第二路輸出下位以太網(wǎng)MII接口下行信號，經(jīng)下位以太交換芯片輸出至下位100M以太接口，第三路輸出X射線源控制信號，用以控制繼電器。上述的上位通信控制器由輸入系統(tǒng)和輸出系統(tǒng)構(gòu)成，其輸入系統(tǒng)是:上位千兆光模塊輸出的高速信號經(jīng)上位解復(fù)接器解出三路信號，第一路為并行視頻數(shù)字信號，經(jīng)視頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器變換為視頻輸出信號，第二路為并行X射線采集信號，經(jīng)USB轉(zhuǎn)換器后輸出至USB接口，第三路為上位以太網(wǎng)MII接口的上行信號，經(jīng)上位以太交換芯片變換為100M以太網(wǎng)信號，通過上位100M以太接口輸出；其輸出系統(tǒng)是:上位以太交換芯片輸出的上位以太網(wǎng)MII接口下行信號及USB轉(zhuǎn)換器輸出的X射線采集板控制信號，經(jīng)上位復(fù)接器復(fù)接為高速信號后輸出至上位千兆光模塊。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點:
1、采用X射線檢測傳送帶內(nèi)部鋼絲繩的接頭與斷頭，比采用磁傳感器更加直觀，減少誤報；2、整個檢測過程全部自動完成，無須人工查看輸送帶內(nèi)部狀況，消除了 X射線對人體的損害，提高了探測準確度；3、采用高速數(shù)字復(fù)接技術(shù)傳輸X射線傳感信號，使下位通信控制器結(jié)構(gòu)簡單，避免了采用昂貴的防爆工控機及軟件出錯造成的系統(tǒng)故障；4、上位通信控制器通過USB接口將X射線采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂朴嬎銠C，數(shù)據(jù)傳輸速率高、可靠性好、時延?。?、建立了視頻監(jiān)控通道，可以對X射線采集系統(tǒng)及傳送帶運行情況進行實時監(jiān)測；6、建立了一個100M以太網(wǎng)通道，可以傳輸工控以太網(wǎng)等信號。


圖1本發(fā)明的X射線礦用傳送帶監(jiān)測系統(tǒng)實施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2下位通信控制器原理框圖。圖3上位通信控制器原理框圖。
具體實施例方式本發(fā)明一種X射線礦用傳送帶監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)選實施例詳述如下:
參見圖1，在上行方向，X射線采集板2輸出的采集信號13、速度傳感器10輸出的速度信號11、防爆攝像機12輸出的視頻輸入信號17及下位以太網(wǎng)接口 20輸入的以太網(wǎng)信號輸入下位通信控制器15，變換為上行光信號(1310nm波長)輸入光纖9，經(jīng)上位通信控制器16后直接輸出視頻輸出信號18及經(jīng)上位以太網(wǎng)接口 21輸出的100M以太信號，速度信號及X射線采集信號經(jīng)USB接口 19輸入井上控制計算機7進行存儲和處理。
在下行方向，井上控制計算機7通過USB接口 19發(fā)出的控制信號及上位以太網(wǎng)接口 21輸入的下行信號經(jīng)上位通信控制器16變換為1550nm光信號后輸入至光纖9,經(jīng)下位通信控制器15光電變換后輸出X射線源控制信號14、X射線采集板控制信號34及輸出到下位以太網(wǎng)接口 20的100M以太網(wǎng)下行信號。圖2為下位通信控制器原理框圖，在上行方向，下位復(fù)接器31接收4個輸入信號，分別是:1)視頻輸入信號17經(jīng)視頻采樣芯片26后輸出的并行數(shù)字信號；2)速度信號11經(jīng)光耦22隔離后的信號；3)由X射線采集板2經(jīng)50針接口 25輸入的采集信號13，經(jīng)隔離485接口 27變換為并行采集信號，隔離485接口 27使外部的輸入和內(nèi)部的電路隔離，以符合煤礦本安要求；4)下位100M以太網(wǎng)接口 20經(jīng)下位以太交換芯片29變換輸出的下位媒質(zhì)無關(guān)接口(MII)30的并行上行信號。上述4個信號經(jīng)下位復(fù)接器31復(fù)接為高速串行碼流后輸入下位千兆光模塊33的發(fā)送端,變換為1310nm光信號后發(fā)送。在下行方向，下位千兆光模塊33接收來自上位通信控制器16的下行信號，變換為電信號后輸入下位解復(fù)接器32，輸出以下3個信號:1)經(jīng)隔離485接口 28輸出X射線采集板控制信號34 ;2)下位以太MII接口 30的并行下行信號，經(jīng)下位以太交換芯片29輸出至下位100M以太接口 20 ;3)X射線源控制信號14，控制繼電器23的導(dǎo)通和關(guān)斷，用以開啟或關(guān)斷X射線源I。下位復(fù)接器31和下位解復(fù)接器32采用工業(yè)級的單片復(fù)接芯片，以提高抗干擾能力和簡化電路設(shè)計。圖3為上位通信控制器16原理框圖，在上行方向，由下位通信控制器15通過光纖9發(fā)送來的光信號經(jīng)上位千兆光模塊42的光接收部分變換為高速串行電信號進入下位解復(fù)接器35，解出以下3路信號:1)并行采集信號，經(jīng)USB轉(zhuǎn)換器38轉(zhuǎn)換為USB信號經(jīng)USB接口 19輸出，USB轉(zhuǎn)換器38由FPGA芯片和USB物理層接口芯片構(gòu)成；2)并行數(shù)字視頻信號，經(jīng)視頻數(shù)模轉(zhuǎn)換37后輸出視頻輸出信號25 ;3)上位MII接口 40的上行信號，經(jīng)上位以太交換芯片39后輸出至上位100M以太接口 21。上位解復(fù)接器35采用與下位通信控制器15的下位復(fù)接器31配對的工業(yè)級解復(fù)接芯片。在下行方向，USB轉(zhuǎn)換器38輸出的X射線采集板控制信號34與上位以太MII接口 40的并行下行信號在上位復(fù)接器36中復(fù)接后輸入上位千兆光模塊42,變換為1550nm光信號后經(jīng)光纖9發(fā)送。上位復(fù)接器36米用與下位通信控制器15的下位解復(fù)接器32配對的工業(yè)級復(fù)接芯片。由于上行復(fù)接信號的速率較高而下行復(fù)接信號的速率較低，所以上行復(fù)接、解復(fù)接芯片對和下行復(fù)接、解復(fù)接芯片對采用了不同速率的復(fù)接芯片，千兆光模塊也采用了上行速率高、下行速率低的非對稱光模塊，從而降低了系統(tǒng)成本。由圖2、3可以看出，本發(fā)明中井下的下位通信控制器完全由硬件構(gòu)成，而且都采用成熟的工業(yè)級芯片，具有很強的抗干擾能力。下位通信控制器和上位通信控制器中的復(fù)接/解復(fù)接器將X光采集信號和速度信號通過USB接口送交井上控制計算機7處理，將系統(tǒng)中最關(guān)鍵的、軟件工作量最大的數(shù)據(jù)處理部分由井上控制計算機完成。由于井上控制計算機位于地面的控制機房中，各種干擾、溫濕度、粉塵環(huán)境等要比井下好很多，因此使硬件受到破壞、軟件受到干擾的可能性比采用井下防爆工控機的系統(tǒng)要小很多，只需采用普通的工控機實現(xiàn)。這些措施使本發(fā)明構(gòu)成的系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性有了極大的提高，成本也大為降低。系統(tǒng)還提供了視頻監(jiān)控通道，可以對X射線采集系統(tǒng)及傳送帶運行情況進行實時監(jiān)測。系統(tǒng)建立了一個100M以太網(wǎng)通道，可以傳輸工控以太網(wǎng)等信號，并為系統(tǒng)擴展打下了基礎(chǔ)。
權(quán)利要求
1.一種X射線礦用傳送帶監(jiān)測系統(tǒng)，包括X射線源(l)、x射線采集板(2)、速度傳感器(10)、防爆攝像機(12)、礦井下的下位通信控制器(15)、礦井上的上位通信控制器(16)和控制計算機(7 )，其特征在于，控制計算機(7 )通過上位通信控制器(16 )、光纖(9 )連接到下位通信控制器(15);所述的下位通信控制器(15)連接井下的X射線采集板(2)、速度傳感器(10)、防爆攝像機(12)，將X射線采集信號(13)、視頻輸入信號(17)、速度信號(11)變換為光信號發(fā)送至光纖(9);所述的下位通信控制器(15)連接井下的X射線源(I )，通過發(fā)送X射線源控制信號(14)開啟或關(guān)斷X射線源(I);所述的下位通信控制器(15)連接井下的X射線采集板(2)，轉(zhuǎn)發(fā)X射線采集板控制信號(34);所述的上位通信控制器(16)接收光纖(9)的信號，還原出各種信號后通過USB接口(19)發(fā)送到控制計算機(7);所述的上位通信控制器(16 )接收來自控制計算機(7 )的指令信號，通過光纖(9 )發(fā)送給下位通信控制器(15)；控制計算機(7)通過上位通信控制器(16)及下位通信控制器(15)采集傳送帶X射線傳感信號，并進行存儲、顯示，從而實現(xiàn)對井下傳送帶的實時監(jiān)測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線礦用傳送帶監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述的下位通信控制器(15)由輸入系統(tǒng)和輸出系統(tǒng)構(gòu)成，其輸入系統(tǒng)是:由50針接口(25)輸入的并行X射線采集信號(13)經(jīng)隔離485接口(27)后輸入下位復(fù)接器(31)，視頻輸入信號(17)經(jīng)視頻采樣芯片(26 )后輸入下位復(fù)接器(31 )，下位100M以太接口( 20 )經(jīng)下位以太交換芯片(29 )變換為下位以太網(wǎng)MII接口(30)的上行信號后輸入下位復(fù)接器(31)，速度信號接口(24)送來的速度信號(11)經(jīng)光耦(22 )隔離后輸入下位復(fù)接器(31)，上述信號在下位復(fù)接器(31)中復(fù)接為高速信號后輸入下位千兆光模塊(33);其輸出系統(tǒng)是:下位千兆光模塊(33)輸出的高速信號經(jīng)下位解復(fù)接器(32)解出三路信號，一路經(jīng)485接口(28)后輸出X射線采集板控制信號(34)，第二路輸出下位以太網(wǎng)MII接口(30)下行信號，經(jīng)下位以太交換芯片(29)輸出至下位100M以太接口(20)，第三路輸出X射線源控制信號(14)，用以控制繼電器(23)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線礦用傳送帶監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述的上位通信控制器(16)由輸入系統(tǒng)和輸出系統(tǒng)構(gòu)成,其輸入系統(tǒng)是:上位千兆光模塊(42)輸出的高速信號經(jīng)上位解復(fù)接器(35)解出三路信號，第一路為并行視頻數(shù)字信號，經(jīng)視頻數(shù)模轉(zhuǎn)換器(37)變換為視頻輸出信號(18)，第二路為并行X射線采集信號，經(jīng)USB轉(zhuǎn)換器(38)后輸出至USB接口( 19)，第三路為上位以太網(wǎng)MII接口(40)的上行信號，經(jīng)上位以太交換芯片(39)變換為100M以太網(wǎng)信號，通過上位100M以太接口(21)輸出；其輸出系統(tǒng)是:上位以太交換芯片(39)輸出的上位以太網(wǎng)MII接口(40)下行信號及USB轉(zhuǎn)換器(38)輸出的X射線采集板控制信號(34 )，經(jīng)上位復(fù)接器(36 )復(fù)接為高速信號后輸出至上位千兆光模塊(42 )。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種X射線礦用傳送帶監(jiān)測系統(tǒng)，包括X射線源、X射線采集板、速度傳感器、防爆攝像機、礦井下的下位通信控制器、礦井上的上位通信控制器和控制計算機，下位通信控制器將X射線采集信號復(fù)接為高速光信號后發(fā)送至上位通信控制器，上位通信控制器將信號解復(fù)接為原始采集信號經(jīng)USB口送至控制計算機處理。本發(fā)明中上、下位通信控制器完全由硬件構(gòu)成，具有很強的抗干擾能力，控制計算機只需采用通用工控機，取消了昂貴的防爆計算機，降低了系統(tǒng)成本。
文檔編號G08C23/00GK103163161SQ20131011812
公開日2013年6月19日 申請日期2013年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月8日
發(fā)明者宋英雄, 陳健, 李穎東, 張俊杰, 李迎春, 周成, 李俊明 申請人:上海大學(xué), 太原市華瑞百特測控科技有限公司