一种基于嵌入式计算机的矿用通讯控制系统 |
|||||||
申请号 | CN202410189960.0 | 申请日 | 2024-02-21 | 公开(公告)号 | CN117749654B | 公开(公告)日 | 2024-04-30 |
申请人 | 山东开创电气有限公司; | 发明人 | 刘金华; 林振宇; 周建根; | ||||
摘要 | 本 发明 涉及矿用通讯控制领域,涉及一种基于 嵌入式计算 机的矿用通讯控制系统,本发明首先根据各闭 锁 开关 布设 位置 将目标皮带运输机划分为各目标皮带运输段,通过 控制器 向各目标皮带运输段分别发送通信检验数据包,帮助快速 定位 各通信正常运输段和各通信异常运输段,随即从供电安全状态系数和运输安全状态系数两个 角 度综合评估各通信正常运输段的作业安全评估系数,将各通信正常运输段进一步筛分为各作业正常运输段和各作业异常运输段,利用控制器显示屏上的通信异常栏和作业异常显示栏分别显示目标皮带运输机的各通信异常运输段、各作业异常运输段的编号和位置,实现 煤 矿井下皮带运输机高效精准集成管控。 | ||||||
权利要求 | 1.一种基于嵌入式计算机的矿用通讯控制系统,其特征在于:该系统包括: |
||||||
说明书全文 | 一种基于嵌入式计算机的矿用通讯控制系统技术领域[0001] 本发明涉及矿用通讯控制领域,具体而言,涉及一种基于嵌入式计算机的矿用通讯控制系统。 背景技术[0002] 随着煤矿开采技术装备的不断发展和生产效率的提高,煤矿井下的通讯控制方式面临着越来越高的要求。皮带运输作为煤矿井下重要的运输手段,其通讯控制的稳定性和高效性对于整个矿山的生产流程至关重要。传统的皮带运输控制方式存在诸多不足,如控制分散、信息孤岛现象严重等,无法满足现代化煤矿的高效、安全的生产需求。因此需要一种集成化、多功能的通讯控制方式,以确保煤矿井下皮带运输集控高效安全管理。 [0003] 现有针对煤矿井下皮带运输集控的矿用通讯控制系统还存在以下几个方面问题:1、现有技术缺乏对煤矿井下皮带运输机定期通信质量检验能力,导致盲目信任煤矿井下皮带运输机传输的数据,忽略数据通讯过程中可能存在的丢失、篡改等问题,进而使得皮带运输机数据管控分析结果不具有可靠性和精准性。 [0004] 2、现有技术针对输入输出设备采集数据的分析具有不全面性和细致性,侧重于皮带上方物料的运输状况监测分析,忽略对皮带运输机的供电状态以及运输环境的智能监测管控,导致无法及时了解到煤矿井下皮带运输机的工作状况和环境风险状况,且尽管存在现有技术涉及环境风险状况的分析,但多普遍关注矿下环境内粉尘含量、可燃气体浓度是否超标,未能全面考虑皮带运输机与环境之间的潜在相互作用,可能增加矿井下的安全风险。 发明内容[0005] 为了克服背景技术中的缺点,本发明实施例提供了一种基于嵌入式计算机的矿用通讯控制系统,能够有效解决上述背景技术中涉及的问题。 [0007] 通信检验模块,用于通过控制器向各目标皮带运输段分别发送通信检验数据包,接收各目标皮带运输段的通信反馈信息。 [0008] 通信质量评估模块,用于根据各目标皮带运输段的通信反馈信息,分析各目标皮带运输段的通信质量评估系数,筛选出各通信正常运输段和各通信异常运输段,分别执行通信预警模块和作业安全评估模块。 [0009] 作业安全评估模块,用于根据各通信正常运输段布设 设备采集其对应供电监测信息和运输监测信息,分析各通信正常运输段的供电安全状态系数和运输安全状态系数,进而综合评估各通信正常运输段的作业安全评估系数,筛选出各作业正常运输段和各作业异常运输段。 [0010] 通信预警模块,用于在控制器显示屏的通信异常栏显示目标皮带运输机的各通信异常运输段的编号和位置,进行通信预警。 [0011] 作业预警模块,用于在控制器显示屏的作业异常栏显示目标皮带运输机的各作业异常运输段的编号和位置,进行作业预警。 [0012] 云数据库,用于存储矿下通信信号响应时长、传输时长的合理阈值,存储扩音电话、 设备、闭锁开关的标准通信反馈数据包的字节长度和各字节数值,存储各类可燃气体的爆炸极限浓度及其对应达标氧气浓度阈值和点火温度阈值,存储皮带运输操作针对运输物料的限制宽度和限制高度,存储皮带运输操作最大承受粉尘含量阈值以及单位物料重量对应的合理张紧力。 [0013] 优选地,所述通信反馈信息包括扩音电话、 设备、闭锁开关的通信反馈数据包的发送时间点、接收时间点、字节长度和各字节数值。 [0014] 优选地,所述分析各目标皮带运输段的通信质量评估系数,包括:提取各目标皮带运输段的通信反馈信息中扩音电话通信反馈数据包的发送时间点 、接收时间点 、字节长度 和各字节数值,其中 为各目标皮带运输段的编号, 。 [0015] 提取云数据库存储的矿下通信信号响应时长合理阈值 、传输时长合理阈值、扩音电话的标准通信反馈数据包的字节长度 和各字节数值,按照字节排列顺序,将扩音电话的通信反馈数据包内各字节数值与标准通信反馈数据包内对应字节的数值进行绝对值做差,得到各目标皮带运输段扩音电话的通信反馈数据包内各字节的偏差值,其中 为各字节的编号, 。 [0016] 结合设定时间点 ,分析各目标皮带运输段扩音电话的通信稳定状态指数 ,其计算公式为: ,其中 为自然常数。 [0017] 同理分析各目标皮带运输段 设备、闭锁开关的通信稳定状态指数,分别记为。 [0018] 由公式 得到各目标皮带运输段的通信质量评估系数,其中 分别为预设的扩音电话、 设备、闭锁开关的通信稳定状态指数对应权重占比。 [0019] 优选地,所述筛选出各通信正常运输段和各通信异常运输段,包括:将各目标皮带运输段的通信质量评估系数与预设的通信质量评估系数合理阈值进行比对,若某目标皮带运输段的通信质量评估系数小于预设的通信质量评估系数合理阈值,则将该目标皮带运输段记为通信异常运输段,反之记为通信正常运输段,进而筛选出各通信正常运输段和各通信异常运输段。 [0021] 所述运输监测信息包括运输环境参数和运输操作参数,其中运输环境参数包括当前的运行温度值、噪声强度、振动幅值、周围环境粉尘含量、各类可燃气体浓度和氧气浓度,运输操作参数包括皮带上方物料的重量、分布宽度和分布高度、皮带边缘左侧和右侧的张紧力。 [0022] 优选地,所述分析各通信正常运输段的供电安全状态系数,包括:提取各通信正常运输段的供电监测信息中闭锁开关状态,若闭锁开关状态为闭合状态,则设定供电基础安全因子为1,若闭锁开关状态为开合状态,则设定供电基础安全因子为0,进而获取各通信正常运输段的供电基础安全因子 , ,其中 为各通信正常运输段的编号,。 [0023] 获取控制器针对目标皮带运输机所在沿线分配的电源电压值 ,结合各通信正常运输段的供电监测信息中监测时间段内各监测时间点的运行电压值 ,其中 为监测时间段内各监测时间点的编号, ,分析各通信正常运输段的电压运行安全系数 ,其计算公式为: ,其中 为监测时间段内监测时间点数量, 为预设的运行电压合理偏差阈值, 为第 个通信正常运输段监测时间段内第 个监测时间点的运行电压值。 [0024] 由公式 得到各通信正常运输段的供电安全状态系数。 [0025] 优选地,所述分析各通信正常运输段的运输安全状态系数,包括:提取各通信正常运输段的运输环境参数中当前的运行温度值 、周围环境的各类可燃气体浓度 和氧气浓度 , 为各类可燃气体的编号, ,从云数据库提取各类可燃气体的爆炸极限浓度 及其对应达标氧气浓度阈值 和点火温度阈值 ,计算各通信正常运输段各类可燃气体的潜在爆炸风险指数 , ,将其分别与预设值进行对比,筛选出各通信 正常运输段周围环境各类风险气体并统计其数量,将各通信正常运输段周围环境的风险气体类型数量与其可燃气体类型数量的比值作为各通信正常运输段的一级运输环境风险系数 。 [0026] 提取各通信正常运输段的运输环境参数中当前的噪声强度 、振动幅值 和周围环境的粉尘含量 ,结合云数据库存储的皮带运输操作最大承受粉尘含量阈值 ,计算各通信正常运输段的二级运输环境风险系数 ,。 [0027] 提取各通信正常运输段的运输操作参数中皮带上方物料重量、皮带边缘左侧和右侧的张紧力,分别记为 ,结合云数据库存储的皮带运输操作单位物料重量对应的合理张紧力 ,计算各通信正常运输段的皮带输送风险系数 ,,其中 为预设的皮带左右两 侧合理张紧力偏差阈值。 [0028] 提取各通信正常运输段的运输操作参数中皮带上方物料分布宽度 和分布高度,结合云数据库存储的皮带运输操作针对运输物料的限制宽度 和限制高度 ,计算各通信正常运输段的物料输送风险系数 , 。 [0029] 进而由公式 得到各通信正常运输段的运输安全状态系数。 [0030] 优选地,所述各通信正常运输段的作业安全评估系数的计算公式为:。 [0031] 优选地,所述筛选出各作业正常运输段和各作业异常运输段,包括:将各通信正常运输段的作业安全评估系数与预设的作业安全评估系数合理阈值进行比对,若某通信正常运输段的作业安全评估系数小于预设的作业安全评估系数合理阈值,则将该通信正常运输段记为作业异常运输段,反之记为作业正常运输段,进而筛选出各作业正常运输段和各作业异常运输段。 [0032] 相对于现有技术,本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果:(1)本发明根据各闭锁开关布设位置将目标皮带运输机划分为各目标皮带运输段,实现对各目标皮带运输段的独立监控管控,提高监控的效率与灵活性。 [0033] (2)本发明通过控制器向各目标皮带运输段分别发送通信检验数据包,接收各目标皮带运输段的通信反馈信息并分析各目标皮带运输段的通信质量评估系数,帮助快速定位通信质量不佳的区域,为故障排查和修复提供明确的方向,进一步确保后续皮带运输段作业安全评估数据来源的可靠性。 [0034] (3)本发明结合电压运行安全系数和供电基础安全因子,综合分析各通信正常运输段的供电安全状态系数,精准了解各通信正常运输段的闭锁开关状态以及电压运行水平,确保整个皮带运输机的安全运行,预防因电压异常引发的事故。 [0035] (4)本发明基于各通信正常运输段的一级运输环境风险系数、二级运输环境风险系数、皮带输送风险系数和物料输送风险系数,综合分析各通信正常运输段的运输安全状态系数,不仅全面考虑各目标皮带运输段与其周围环境之间的潜在相互作用,还精准判断各目标皮带运输段物料运输存在的堆积和偏移的风险,多维度风险分析不仅帮助有效提高运输安全性,还为运输效率和环境保护提供安全保障基础。 [0036] (5)本发明通过在控制器显示屏的通信异常栏显示目标皮带运输机的各通信异常运输段的编号和位置、作业异常栏显示目标皮带运输机的各作业异常运输段的编号和位置,直观且准确地进行通信预警处理和作业预警处理,为操作人员提供了便捷高效预警的监控管理手段。附图说明 [0037] 利用附图对本发明作进一步说明,但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制,对于本领域的普通技术人员,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据以下附图获得其它的附图。 [0038] 图1为本发明的模块连接示意图。 [0039] 图2为本发明的目标皮带运输机通讯集控参照示意图。 [0040] 附图标记:1.控制器;2.扩音电话;3.闭锁开关;4. 设备;5.目标皮带运输机。 具体实施方式[0041] 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。 [0042] 参照图1、2所示,本发明提供一种基于嵌入式计算机的矿用通讯控制系统,包括:运输机划分模块、通信检验模块、通信质量评估模块、作业安全评估模块、通信预警模块、作业预警模块和云数据库。 [0043] 所述运输机划分模块与通信检验模块连接,所述通信检验模块与通信质量评估模块连接,所述通信质量评估模块分别与通信预警模块、作业安全评估模块连接,所述作业安全评估模块与作业预警模块连接,所述云数据库分别与通信质量评估模块、作业安全评估模块连接。 [0044] 所述运输机划分模块,用于根据各闭锁开关布设位置将目标皮带运输机划分为各目标皮带运输段。 [0045] 本发明实施例根据各闭锁开关布设位置将目标皮带运输机划分为各目标皮带运输段,实现对各目标皮带运输段的独立监控管控,提高监控的效率与灵活性。 [0046] 所述通信检验模块,用于通过控制器向各目标皮带运输段分别发送通信检验数据包,接收各目标皮带运输段的通信反馈信息。 [0047] 具体地,所述通信反馈信息包括扩音电话、 设备、闭锁开关的通信反馈数据包的发送时间点、接收时间点、字节长度和各字节数值。 [0048] 需要说明的是,上述通过控制器向各目标皮带运输段分别发送通信检验数据包可称为心跳信号通信机制,即定期发送的小数据包,并期望接收方在规定的时间内返回一个确认信号或特定的响应数据包,用于确认网络中各个组件的活动状态和通信路径的完整性。 [0049] 还需要说明的是,上述控制器、扩音电话、 设备、闭锁开关均属于矿用本安型设备,具有防燃防爆特性。 [0050] 所述通信质量评估模块,用于根据各目标皮带运输段的通信反馈信息,分析各目标皮带运输段的通信质量评估系数,筛选出各通信正常运输段和各通信异常运输段,分别执行通信预警模块和作业安全评估模块。 [0051] 具体地,所述分析各目标皮带运输段的通信质量评估系数,包括:提取各目标皮带运输段的通信反馈信息中扩音电话通信反馈数据包的发送时间点 、接收时间点 、字节长度 和各字节数值,其中 为各目标皮带运输段的编号, 。 [0052] 提取云数据库存储的矿下通信信号响应时长合理阈值 、传输时长合理阈值、扩音电话的标准通信反馈数据包的字节长度 和各字节数值,按照字节排列顺序,将扩音电话的通信反馈数据包内各字节数值与标准通信反馈数据包内对应字节的数值进行绝对值做差,得到各目标皮带运输段扩音电话的通信反馈数据包内各字节的偏差值,其中 为各字节的编号, 。 [0053] 结合设定时间点 ,分析各目标皮带运输段扩音电话的通信稳定状态指数 ,其计算公式为: ,其中 为自然常数。 [0054] 同理分析各目标皮带运输段 设备、闭锁开关的通信稳定状态指数,分别记为。 [0055] 由公式 得到各目标皮带运输段的通信质量评估系数,其中 分别为预设的扩音电话、 设备、闭锁开关的通信稳定状态指数对应权重占比。 [0056] 需要说明的是,上述 满足 且 条件,而 的设定依据在于:扩音电话和闭锁开关虽能够协调矿下皮带运输机作业和应急响应,但是不直接参与运输过程的监测设备数据采集和数据控制, 设备能够连接各类传感器和执行器,负责监测和采集关键参数数据,对于保障生产连续性、实现自动化控制以及维护作业安全方面的具有关键影响力,因而 设备在通信稳定状态指数中的权重占比通常会被赋予更高的值。 [0057] 示例性地, 具体可为0.25、0.5、0.25。 [0058] 具体地,所述筛选出各通信正常运输段和各通信异常运输段,包括:将各目标皮带运输段的通信质量评估系数与预设的通信质量评估系数合理阈值进行比对,若某目标皮带运输段的通信质量评估系数小于预设的通信质量评估系数合理阈值,则将该目标皮带运输段记为通信异常运输段,反之记为通信正常运输段,进而筛选出各通信正常运输段和各通信异常运输段。 [0059] 本发明实施例通过控制器向各目标皮带运输段分别发送通信检验数据包,接收各目标皮带运输段的通信反馈信息并分析各目标皮带运输段的通信质量评估系数,帮助快速定位通信质量不佳的区域,为故障排查和修复提供明确的方向,进一步确保后续皮带运输段作业安全评估数据来源的可靠性。 [0060] 所述作业安全评估模块,用于根据各通信正常运输段布设 设备采集其对应供电监测信息和运输监测信息,分析各通信正常运输段的供电安全状态系数和运输安全状态系数,进而综合评估各通信正常运输段的作业安全评估系数,筛选出各作业正常运输段和各作业异常运输段。 [0061] 具体地,所述供电监测信息包括闭锁开关状态、监测时间段内各监测时间点的运行电压值。 [0062] 需要说明的是,上述供电监测信息的具体获取过程为:依据闭锁开关按钮处布设的行程传感器实时监测按钮位移变化,设定闭锁初始化状态为开合状态,后续查询闭锁开关状态时仅需查看其按钮行程传感器记录位移变化次数对应的是偶数还是奇数,若为奇数次则表示闭锁开关为闭合状态,反之为开合状态,监测时间段内各监测时间点的运行电压值则是由电压传感器实时监测得到的。 [0063] 所述运输监测信息包括运输环境参数和运输操作参数,其中运输环境参数包括当前的运行温度值、噪声强度、振动幅值、周围环境粉尘含量、各类可燃气体浓度和氧气浓度,运输操作参数包括皮带上方物料的重量、分布宽度和分布高度、皮带边缘左侧和右侧的张紧力。 [0064] 需要说明的是,上述运输环境参数的具体获取过程为:利用皮带运输段上布设的温度传感器、噪声监测仪、振动传感器分别获取当前的运行温度值、噪声强度、振动幅值,并由 设备连接的皮带运输段上方布设的粉尘检测仪、可燃气体探测器和氧气分析仪分别获取周围环境粉尘含量、各类可燃气体浓度和氧气浓度,特别说明的是,各类可燃气体包括但不限于一氧化碳、二氧化硫、甲烷、氢气等。 [0065] 还需要说明的是,上述运输操作参数的具体获取过程为:通过目标皮带运输机各支撑结构布设的弯曲梁称重传感器获取目标皮带运输机当前上方物料各支撑结构位置对应的监测重量,通过均值计算得到目标皮带运输机当前上方物料重量,统计目标皮带运输段数量,将目标皮带运输机当前上方物料重量与目标皮带运输段数量的比值作为各目标皮带运输段皮带上方物料重量。 [0066] 通过各目标皮带运输段与其两侧张紧装置连接的张紧力传感器获取各目标皮带运输段的皮带边缘左侧和右侧的张紧力。 [0067] 通过各目标皮带运输段对应闭锁开关上布设的激光扫描仪,对皮带进行横向激光扫描,捕获皮带上方物料的分布高度。 [0069] 具体地,所述分析各通信正常运输段的供电安全状态系数,包括:提取各通信正常运输段的供电监测信息中闭锁开关状态,若闭锁开关状态为闭合状态,则设定供电基础安全因子为1,若闭锁开关状态为开合状态,则设定供电基础安全因子为0,进而获取各通信正常运输段的供电基础安全因子 , ,其中 为各通信正常运输段的编号,。 [0070] 获取控制器针对目标皮带运输机所在沿线分配的电源电压值 ,结合各通信正常运输段的供电监测信息中监测时间段内各监测时间点的运行电压值 ,其中 为监测时间段内各监测时间点的编号, ,分析各通信正常运输段的电压运行安全系数 ,其计算公式为: ,其中 为监测时间段内监测时间点数量, 为预设的运行电压合理偏差阈值, 为第 个通信正常运输段监测时间段内第 个监测时间点的运行电压值。 [0071] 由公式 得到各通信正常运输段的供电安全状态系数。 [0072] 本发明实施例结合电压运行安全系数和供电基础安全因子,综合分析各通信正常运输段的供电安全状态系数,精准了解各通信正常运输段的闭锁开关状态以及电压运行水平,确保整个皮带运输机的安全运行,预防因电压异常引发的事故。 [0073] 具体地,所述分析各通信正常运输段的运输安全状态系数,包括:提取各通信正常运输段的运输环境参数中当前的运行温度值 、周围环境的各类可燃气体浓度 和氧气浓度 , 为各类可燃气体的编号, ,从云数据库提取各类可燃气体的爆炸极限浓度 及其对应达标氧气浓度阈值 和点火温度阈值 ,计算各通信正常运输段各类可燃气体的潜在爆炸风险指数 , ,将其分别与预设值进行对比,筛选出各通信 正常运输段周围环境各类风险气体并统计其数量,将各通信正常运输段周围环境的风险气体类型数量与其可燃气体类型数量的比值作为各通信正常运输段的一级运输环境风险系数 。 [0074] 需要说明的是,上述比对的预设值具体为2。 [0075] 还需要说明的是,上述各通信正常运输段周围环境各类风险气体是指各通信正常运输段潜在爆炸风险指数大于或等于预设值的各类可燃气体。 [0076] 提取各通信正常运输段的运输环境参数中当前的噪声强度 、振动幅值 和周围环境的粉尘含量 ,结合云数据库存储的皮带运输操作最大承受粉尘含量阈值 ,计算各通信正常运输段的二级运输环境风险系数 ,。 [0077] 提取各通信正常运输段的运输操作参数中皮带上方物料重量、皮带边缘左侧和右侧的张紧力,分别记为 ,结合云数据库存储的皮带运输操作单位物料重量对应的合理张紧力 ,计算各通信正常运输段的皮带输送风险系数 ,,其中 为预设的皮带左右两侧合理张 紧力偏差阈值。 [0078] 提取各通信正常运输段的运输操作参数中皮带上方物料分布宽度 和分布高度,结合云数据库存储的皮带运输操作针对运输物料的限制宽度 和限制高度 ,计算各通信正常运输段的物料输送风险系数 , 。 [0079] 进而由公式 得到各通信正常运输段的运输安全状态系数。 [0080] 本发明实施例基于各通信正常运输段的一级运输环境风险系数、二级运输环境风险系数、皮带输送风险系数和物料输送风险系数,综合分析各通信正常运输段的运输安全状态系数,不仅全面考虑各目标皮带运输段与其周围环境之间的潜在相互作用,还精准判断各目标皮带运输段物料运输存在的堆积和偏移的风险,多维度风险分析不仅帮助有效提高运输安全性,还为运输效率和环境保护提供安全保障基础。 [0081] 具体地,所述各通信正常运输段的作业安全评估系数的计算公式为:。 [0082] 具体地,所述筛选出各作业正常运输段和各作业异常运输段,包括:将各通信正常运输段的作业安全评估系数与预设的作业安全评估系数合理阈值进行比对,若某通信正常运输段的作业安全评估系数小于预设的作业安全评估系数合理阈值,则将该通信正常运输段记为作业异常运输段,反之记为作业正常运输段,进而筛选出各作业正常运输段和各作业异常运输段。 [0083] 所述通信预警模块,用于在控制器显示屏的通信异常栏显示目标皮带运输机的各通信异常运输段的编号和位置,进行通信预警。 [0084] 所述作业预警模块,用于在控制器显示屏的作业异常栏显示目标皮带运输机的各作业异常运输段的编号和位置,进行作业预警。 [0085] 需要说明的是,上述进行作业预警过程中还涉及到由各作业异常运输段的扩音电话进行语音播报预警,且紧急制动目标皮带运输机,并将各作业异常运输段的闭锁开关调控为开合状态。 [0086] 本发明实施例通过在控制器显示屏的通信异常栏显示目标皮带运输机的各通信异常运输段的编号和位置、作业异常栏显示目标皮带运输机的各作业异常运输段的编号和位置,直观且准确地进行通信预警处理和作业预警处理,为操作人员提供了便捷高效预警的监控管理手段。 [0087] 所述云数据库,用于存储矿下通信信号响应时长、传输时长的合理阈值,存储扩音电话、 设备、闭锁开关的标准通信反馈数据包的字节长度和各字节数值,存储各类可燃气体的爆炸极限浓度及其对应达标氧气浓度阈值和点火温度阈值,存储皮带运输操作针对运输物料的限制宽度和限制高度,存储皮带运输操作最大承受粉尘含量阈值以及单位物料重量对应的合理张紧力。 [0088] 以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明,所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,只要不偏离发明的结构或者超越本发明所定义的范围,均应属于本发明的保护范围。 |