CN1831496A - 无线远程煤矿产量监测系统 - Google Patents

Abstract

一种煤炭产量监测系统装置，包括动态轨道衡(10)、产量监测装置(20)、监控中心，其特征在于，所述动态轨道衡(10)由传感器(1)和变送器(11)组成，所述产量监测装置(20)包括DC/DC转换电路(21)、时钟电路(22)、采集传感器信号电路(23)、DC/DC转换电路(24)、GSM模块电路(25)、设置、报警指示电路(26)、CPU(30)，所述的监控中心包括工控机、监测软件、数据接收装置，所述的动态轨道衡能够把运动中的煤车重量转变为电信号，此电信号经过产量监测装置处理、存储、发送至监控中心。以及利用上述煤炭产量监测系统装置进行煤产量检测的方法。

Description

无线远程煤矿产量监测系统

技术领域

本发明涉及一种用于煤矿产量的实时监测或非实时监测系统。所述的非实时监测是指当产量监测装置采集的煤炭产量达到某一定值时，向监控中心发送数据信息。

背景技术

进入21世纪以后，我国开始步入工业化中期即重化工业阶段。其中用煤行业生产快速发展，从而带动了煤炭的需求。煤炭市场出现了煤炭产销两旺，经济运行良好的发展态势。由于有煤不愁卖，煤炭市场已从几年前的买方市场，转变为卖方市场，一些煤矿矿主为了追求最大化的利益，非法开采煤矿，盲目恶性增产，对上瞒报产量，尽量不交或尽可能少缴税，使国家和地方财政遭受巨大的损失，同时产生巨大的事故隐患。

综上所述，现急需一种能通过无线网络实现的实时监控煤炭产量的设备。通过无线网络传送给税务机关及相关部门，减少由政府部门人员监督所带来的弊端，减少国家税收的损失。

发明内容

本发明产品可以通过以下技术方案来实现。

一种无线远程煤矿产量监测系统，所述系统包括动态轨道衡、产量监测装置、监控中心。

所述的动态轨道衡能够把运动中的煤车重量转变为电信号，此电信号经过产量监测装置处理、存储、发送至监控中心。在监控中心可对本辖区的煤矿进行监测。

所述动态轨道衡由传感器和变送器组成，所述传感器由特殊材料的金属制成，通过应变片进行信号变换。

所述变送器包括：直流电源变换器、电压放大器、电压/电流变换、驱动输出电路、调节零点电路、调节增益电路。

所述直流电源变换器同时给电压放大器、电压/电流变换、驱动输出电路供电，煤炭重量经传感器电路变换为电信号后经电压放大器放大，电压/电流变换由驱动输出电路输出至彩及传感器信号电路进行处理；调节零点电路与重量采集装置连接；调节增益电路与电压放大器连接。

所述产量监测装置包括DC/DC转换电路，时钟电路，采集传感器信号电路，DC/DC转换电路，GSM模块电路，设置、报警指示电路，CPU。

所述的监控中心包括工控机、监测软件、数据接收装置组成。

一种煤炭产量监测方法，使用了上述煤矿产量监测系统，利用动态轨道衡采集矿车的重量，送入变送器；变送器放大采集的信号，并且把放大的信号转变为电流信号进行输出；产量监测装置接收此电流信号转变为电压信号然后进行模数转换，CPU进行数据处理、打包、存储，向监控中心发送产量信息。

附图说明

图1产量监测装置电路原理图；

图2产量监测装置电路原理框图；

图3变送器电路原理图；

图4变送器电路原理框图；

图5系统组成原理框图；

图6监控中心接收装置电路原理图；

图7产量监测装置程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的最佳实施方案作进一步详细说明。

煤炭产量监测系统的硬件结构包括动态轨道衡、产量监测装置、监控中心。

所述的轨道传感器是由特殊的金属材料制成，此机械结构在受到外力的作用下会产生微小的形变，利用应变片感知此微小的变化，应变片接成惠斯通电桥形式，将此微小的形变转变成电压信号，经变送器放大，转变为电流信号输出。

所述的变送器11包括直流电源变换器2、电压放大器3、电压/电流变换4、驱动输出电路5、调节零点电路6、调节增益电路7几个部分组成。

所述的直流电源变换器含有电容C1～C6、二极管D1、DC/DC模块J2，直流供电电源正极接D1的正极，D1负极接J2的1号脚，直流供电电源的负极接J2的2、3号脚，C3、C4并联在J2的1、2号脚上。J2的7号脚、6号脚、5号脚分别输出+12V、0V、-12V电压，C1、C2并联在J2的7、6号脚上，C5、C6并联在J2的6、5号脚上。DC/DC模块J2采用COSEL公司生产型号为ZUW152412的产品。输出正负12伏电压。

所述调节零点电路含有电阻R1、R2、R7、R18、电位器R5、R6；将R2、R1、R5的两端、R6的两端、R18串联在一起，电阻串的R2的一端接+12V，R18一端接-12V，R5的中心抽头与桥路信号的(-)点相连。R6的中心抽头与一端短路，与另外的一段并联R7；电位器R5是粗调节，电位器R6是微调。

所述的调节增益电路7含有电位器R10、U1、U2；R10的中心抽头与U1的2脚相连，R10的一端与U2的2脚相连。当R10电位器的阻值发生变化时，【1+(R11+R12)/R10】的值就会改变，从而改变了电路的增益。

所述的电压放大器3含有型号为OP07的芯片U1～U3、电阻R3、R8～R9、R11～R15、电位器R10、电容C7～C14；电阻桥的信号端分别经电阻R8、R9与U1、U2的3号脚连接，C7与信号两端连接，C8的两个引脚分别与U1、U2的3号脚连接；R11、C10、C11分别与U1的2号脚、6号脚相连；R12、C9、C12分别与U2的2号脚、6号脚相连；R10的一端及中间抽头分别与U1、U2的2号脚相连；R3、C13、C14分别与U3的2号脚、6号脚相连；U1、U2的6号脚分别经R13、R14与U3的2号脚、3号脚相连。电阻桥的正信号端经电阻R9至U2放大器进行放大，电阻桥的负信号端经电阻R8至U1放大器进行放大，此两个信号的输出至U3进行比较放大。C9～C14是三个放大电路的交流负反馈电容，使电路的外界干扰降至最低，提高了系统的稳定程度。

所述的电压/电流变换4含有信号为OP07的芯片U4、电阻R19、R20；U4的3号脚与U3的6号脚相连，U4的2号脚与输出端(-)相连，R19、R20并联在U4的2脚及地之间，U4的6脚控制驱动电路。此电路的是电压电流转变电路，转换的比值是Uout/R19//R20。

所述的驱动输出电路5含有电阻R19、R20、三极管Q1、Q2；Q1、Q2接成互补方式在基极及发射集中间接电阻R20。三级管的发射极与电流输出(+)相连，Q1、Q2的集电极分别与+12V、-12V相连。三级管Q1、Q2构成互补向输出端提供电流。

综上所述，动态轨道衡时将矿车的重量装变为电信号并且放大，转变为电流信号进行输出。

图2是产量监测装置原理图，包括DC/DC转换电路21、时钟电路22、采集传感器信号电路23、DC/DC转换电路24、GSM模块电路25、设置、报警指示电路26、CPU30。

所述的DC/DC转换电路21含有防反向二极管D1、保护二极管D2、稳压二极管D4、9.6V工业电池BT2、充电电阻R1、限流电阻R2、滤波电容C1、C4、C7、C8、接插件J9、以及7805；J9的1号脚与D1的正极相连，经过限流电阻R2至7805的输入端，C1、C4为7805输入端滤波电容，C7、C8为7805输出端滤波电容，BT2的与稳压二极管D4并联器保护BT1的作用，R1连接在D1与BT1正极之间，D2连接在BT1的正极与7805的输入端之间。此电路的二极管D1是防止电源反接的二极管，电阻R2是限流电阻，电阻R1是给电池组BT1充电的限流电阻，稳压二极管D4时保护电池组的。

所述的时钟电路22含有型号为SD2300EPII的时钟模块J2，电阻R32、R33、R34、R35、R7；R34、R35是SD2300EPI的15、13号脚下拉电阻，R32、R33是SD2300EPI的21、20号脚上拉电阻，VCC经R7接SD2300EPI的19号脚，SD2300EPI的10、11、12、22号脚接地，24号脚接VCC，SD2300EPI的13、21与BT1的22脚相连，SD2300EPI的15、20与BT1的23脚相连，SD2300EPI的19与BT1的17脚相连。时钟模块SD2300EPI能给系统提供实时时钟，模块本身具有充电电池，即使在不接通电源的情况下也能保持工作10年。它不但有提供实时时钟的功能，还存储打包的数据。

所述的采集传感器信号电路23含有电阻R12～R17、R19、R21，接线端子J3、J8；J3、J8的1号脚、2号脚给传感器提供直流电源，J3的3号脚经R17、R13分压后传送给BT1的40号脚，J3的4号脚经R16、R12分压后传送给BT1的1号脚，J8的3号脚经R21、R15分压后传送给BT1的39号脚，J3的4号脚经R19、R14分压后传送给BT1的2号脚。BT1在进行模/数转换，输入CPU进行处理。

所述的电源电路24含有IC信号为78M05的U2、U3、滤波C9、C10、C16、C24、C25；U2、U3的1号脚相连与U1的1号脚连接，U2、U3的2号脚接地，U2、U3的3号脚输出经D3向GSM模块供电，C9、C10为78M05输入端滤波电容，C16、C24、C25为78M05输出端滤波电容。U2与U3采用并联用于提高电路输出电流。U2、U3所提供的5伏二极管经D3(导通电压为0.7V)后，给GSM模块供电4.3V。

所述的GSM模块控制电路含有接插件J4、J6、J5、三级管Q1、电阻R9、R5、电容C17、C21、C22、C23、SIM卡座SIM1，多路选择开关4053、U10；反向器74ALS04、U9、稳压二极管D5；J4、J6、J5与GSM模块连接，AT1的18脚经R9控制Q1的基极，Q1的集电极与J5的3号脚相接，SIM卡与J4相连，J6的3脚与U9的9脚相连，U9的8号脚与U9的5号脚相连，U9的6号脚与U10的13号脚相连，U10的1号脚、2号脚、3号脚、5号脚、6号脚、7号脚、9号脚、10号脚相连，U10的14号脚与AT1的14号脚相连，U10的11号脚与AT1的21号脚相连，J6的2脚信号经R5传递到AT1的15号脚，J6的2脚与稳压二极管D5连接。此电路的三级管Q1是GSM模块开启开关。

图7是产量监测装置程序流程图，程序流程如下：

1、上电报告

2、等待矿车通过

3、数据采集

4、传感器异常判断

5、长时间未通车判断

6、掉电判断

7、查询监控中心有没有命令

8、数据打包，存储

9、数据转换、发送数据

所述的产量监测装置具有监测传感器有没有异常现象发生的功能。当传感器短路或者开路时，产量监测装置会向监控中心发送传感器异常报警信号。

所述的数据采集，处理，发送装置具有系统掉电报警功能，系统在正常的情况下，24V经R6、R10分压后的电压为5伏，但系统电源断电后，此电压值为0伏，分辨此电压的高低就能分辨出系统电源断电与否，本装置备有备用电池，使此功能更加完善。

所述的数据采集，处理，发送装置具有监测煤车是否超是没有通过。如果超时会向监控中心发送超是报警信息。

所述的产量监测装置与监控中心是通过GSM网络的SMS通道进行信息交流，所发送或者接收的信息都是打包处理的。

此产品的数据打包处理方法以及顺序为有效数据或者信息识别码、矿车通过的时间、矿车数量、每节矿车的重量、动态轨道衡零点漂移量、结束码。

此产品的监控中心系统软件采用级分布式Client(Browser)/Webserver/Database server&Application server的三层体系结构，该结构的主要优点是业务规则集中化，数据完整性好，客户应用优化用户界面，服务器优化数据存取；

采用三层体系结构的另一个优点是客户端不用安装应用程序，只要有浏览器即可，从而使身在不同地方的用户均可有权限的使用本系统。同时该方式有助于软件维护与升级，只更新服务器中的程序即可完成软件升级；

数据存取采取分布方式，克服以往数据集中存放的缺点，减少网络屏颈对系统的影响，提高系统的可靠性和安全性；

用户只要与本系统联网即可通过本系统的网站进行本矿产煤量情况查询。

所述的监控中心可实现年、月、周、日、时等时间段自动定时抽查，自动统计，并记录到数据库中，使用者可随时查询、打印。

所述的监控中心能随时对指定矿井产煤量进行抽查。

所述的监控中心可统计各矿井在指定时间内的原煤产量。

所述的监控中心系统分浏览、抄表、参数设定和系统管理员等四级权限，可针对不同用户设定相应权限。

Claims (10)

1.一种煤炭产量监测装置，包括动态轨道衡(10)、产量监测装置(20)、监控中心，其特征在于，所述动态轨道衡(10)由传感器(1)和变送器(11)组成，所述产量监测装置(20)包括DC/DC转换电路(21)、时钟电路(22)、采集传感器信号电路(23)、DC/DC转换电路(24)、GSM模块电路(25)、设置、报警指示电路(26)、CPU(30)，所述的监控中心包括工控机、监测软件、数据接收装置，所述的动态轨道衡能够把运动中的煤车重量转变为电信号，此电信号经过产量监测装置处理、存储、发送至监控中心。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传感器(1)由特殊材料的金属制成的变形装置组成，通过应变片进行信号变换。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述变送器(11)包括：直流电源变换器(2)、电压放大器(3)、电压/电流变换(4)、驱动输出电路(5)、调节零点电路(6)、调节增益电路(7)。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述直流电源变换器(2)同时给电压放大器(3)、电压/电流变换(4)、驱动输出电路(5)供电，煤炭重量经传感器电路(1)变换为电信号后经电压放大器(3)放大，电压/电流变换(4)由驱动输出电路(5)输出至采集传感器信号电路(23)进行处理；调节零点电路(6)与重量采集装置连接(1)；调节增益电路(7)与电压放大器(3)连接。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述DC/DC转换电路(21)同时给时钟电路(22)、采集传感器信号电路(23)、DC/DC转换电路(24)、GSM模块电路(25)、设置、报警指示电路(26)CPU、A/D转换电路(30)供电，DC/DC转换电路(24)给GSM模块电路(25)供电，时钟电路(22)、采集传感器信号电路(23)、GSM模块电路(25)、设置、报警指示电路(26)分别与CPU、A/D转换电路(30)连接。

6.一种煤炭产量监测方法，其特征在于使用了如权利要求1-5任意一项所述的煤矿产量监测系统，利用动态轨道衡采集矿车的重量，送入变送器；变送器放大采集的信号，并且把放大的信号转变为电流信号进行输出；产量监测装置接收此电流信号转变为电压信号然后进行模数转换，CPU进行数据处理、打包、存储，向监控中心发送产量信息。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的煤炭产量监测系统装置具有断电报警功能、传感器异常报警功能、长时间未通车报警功能、上电报告功能，还能够设置日产量的最大值进行监控生产的安全性。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的煤炭产量监测系统监测的结果可通过Internet/Intranet对各矿产煤量进行查询统计；所述的煤炭产量监测系统的信息交换方式采用SMS方式。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的煤炭产量监测装置其程序流程入下：上电报告，等待矿车通过，数据采集，传感器异常判断，长时间未通车判断，掉电判断，查询监控中心命令，数据打包、存储，数据转换，发送。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的数据处理方法如下：1)采集的数据存入到RAM中；2)对RAM中有效数据进行去极值处理；3)对去极值后的数据进行平均值计算得出矿车的单个轴向的重量；按照1、2、3项，计算矿车的另一个轴向的重量；按照1、2、3、4项，计算其余矿车的轴向重量；从第一个轴向重量值开始，相邻的轴向重量值相加得出一节矿车的重量；数据打包；数据存储。

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