一种可监测多条矿用传送带的光纤通信系统

1.一种可监测多条矿用传送带的光纤通信系统，包括矿井下的井下控制模块(11、12)、无源光分配网(13)和井上的井上主控制器(14)、控制计算机(17)，其特征在于井上主控制器(14)通过井下的无源光分配网(13)连接多个井下控制模块(11、12)；所述的井下控制模块(11、12)连接井下的传送带传感器，将传感器信号变换为光信号发送至无源光分配网(13)；所述的井上主控制器(14)通过井上主控制器(14)的光接口(15)接收来自无源光分配网(13)的光信号还原为传感信号后送至井上主控制器(14)的信号处理器(16)处理，信号处理器(16)通过网口将经过处理的传感信号送至控制计算机(17)存储；控制计算机(17)通过井上主控制器(14)采集各井下控制模块(11、12)的传送带传感信号，从而实现对井下各传送带的实时监测；
所述的井下控制模块(11、12)的结构是：井下控制模块(11、12)由输入系统和输出系统构成，其输入系统是：并行输入的传送带传感信号经一个光耦(21)后的输出与速度信号经另一个光耦(22)后的输出一起连接一个数据复接器(23)的输入口，数据复接器(23)的输出连接双向光模块(26)的输入；其输出系统是：双向光模块(26)的输出连接一个解码芯片MC145027(25)，MC145027解码芯片(25)的一个数据输出口连接一个MOS管(27)，MOS管(27)连接双向光模块(26)的发送电源而控制关断双向光模块(26)；双向光模块(26)的一个输出口通过光纤连接无源光分配网(13)。
2.根据权利要求1所述的可监测多条矿用传送带的光纤通信系统，其特征在于所述的井上主控制器(14)的结构是：井上主控制器(14)由输入系统和输出系统构成，其输入系统是：无源光分配网(13)通过光纤连接一个双向光模块(28)，双向光模块(28)的输出连接一个数据解复接器(29)的输入，数据解复接器(29)解出的原始传感信号和速度信号输入一个数据处理器(30)，数据处理器(30)将上述数据解复接器(29)解出的原始传感信号和速度信号处理后通过网口发送至控制计算机(17)；其输出系统是：数据处理器(30)控制一个MC145026编码芯片(32)，MC145026编码芯片(32)的输出连接双向光模块(28)的一个输入。
3.根据权利要求1所述的可监测多条矿用传送带的光纤通信系统，其特征在于所述的无源光分配网(13)可采用集中式一进多出的无源光分配器(18、19、20)构成，或者采用分布式树形分配网构成。

技术领域
一种可监测多条矿用传送带的光纤通信系统，采用光无源分配网作为信号传输通道，用于井上控制计算机采集井下各传送带的传感信号。
背景技术
煤矿的井下传送带是开采原煤的唯一输送通道，传送带发生故障会导致原煤无法输送至井上，从而使生产陷于停顿，造成经济损失。所以随时掌握传送带的运行情况，监测传送带的接头、断头，能够及时发现问题，避免造成损失。
最初的传送带监测全由人工完成，通过X光机照射传送带，查看传送带内钢丝的接头、断头情况，再汇报给井上指挥中心进行处理。随着煤矿自动化技术的进步，出现了采用磁感应方式监测传送带内钢丝的接头、断头，并通过双绞线传送到控制计算机处理的系统。图1为现有的典型监测系统框图，由传感器箱1送来的多路并行传感信号2和速度信号3经信号采集板4送至单片机5处理，在单片机5内转换为一定格式的串行信号后由串口经调制解调器6发送，调制解调器6输出的信号经双绞线送至地面，经调制解调器7解出串行信号后送至控制计算机8，并由控制计算机8进行存储、分析、显示。图1所示系统能自动监测传送带内钢丝的接头、断头和传送带的传送速度，并能计算出接头、断头的位置、长度，为地面指挥中心决策提供了直观可靠的依据。所以相对于人工监测，该系统是一个很大的进步。但该系统也具有一定的局限性：1、采用双绞铜线作为信号传送介质，抗干扰能力差，由于井下有各种大型施工机械及电机等强电设备，使井下的电磁环境复杂、干扰大，而且由于矿井很长，双绞线往往需要延伸十几公里，使信号失真严重，更容易受到干扰，因此信号传送的可靠性很差；2、双绞线调制解调方式传输速率低，无法适应大数据量的传输；3、单片机系统位于井下，对软硬件的抗干扰能力要求高；4、这种双绞线的调制解调方式只适合于点对点的信号传输，因此一台监控计算机只能监测一条皮带，不适用于具有多条传送带的矿井。
作为替代铜线的传输介质，光纤具有铜线不可比拟的高带宽和抗干扰能力，光纤通信已成为中长距离通信的首选通信方式，在固定通信系统中已占据统治地位。目前，光纤通信已在矿井中得到应用，而且得益于以下优点，将来光纤通信必将在井下通信中占据主导地位：1、光纤是无源介质，不受井下复杂电磁环境的影响，也不会对井下安全造成影响；2、光纤带宽很宽，适应于日益增长的井下通信带宽需求；3、光纤通信的无中继传输距离适合于0～100km，完全满足各类矿井的距离要求；4、光纤价格很低，敷设光缆的成本要比铜线低。
可以采用图2方案对图1所示的传送带监测系统进行光纤化改造，图2中采用光模块9、10替代调制解调器6、7，传输介质也由双绞线改为光纤，这一方案可以提高系统的抗干扰性能，但由于仍然采用串口通信，传输速率无法提高，不能有效利用光纤的带宽优势，而且也只能适合一对一的监测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可监测多条矿用传送带的光纤通信系统。利用无源光纤网络传输多条传送带的传感信号，并利用多路数据高速复接传输技术取消了井下信号处理系统，极大的提高了系统抗干扰能力和可靠性。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种可监测多条矿用传送带的光纤通信系统，包括矿井下的井下控制模块、无源光分配网和井上的井上主控制器、控制计算机，其特征在于井上主控制器通过井下的无源光分配网连接多个井下控制模块；所述的井下控制模块连接井下的传送带传感器，将传感器信号变换为光信号发送至无源光分配网；所述的井上主控制器通过井上主控制器的光接口接收来自无源光分配网的光信号还原为传感信号后送至井上主控制器的信号处理器处理，信号处理器通过网口将经过处理的传感信号送至控制计算机存储；控制计算机通过井上主控制器采集各井下控制模块的传送带传感信号，从而实现对井下各传送带的实时监测。
所述的井下控制模块的结构是：井下控制模块由输入系统和输出系统构成，其输入系统是：并行输入的传送带传感信号经一个光耦后的输出与速度信号经另一个光耦后的输出一起连接一个数据复接器的输入口，数据复接器的输出连接双向光模块的输入；其输出系统是：双向光模块的输出连接一个解码芯片MC145027，MC145027解码芯片的一个数据输出口连接一个MOS管，MOS管连接双向光模块的发送电源而控制关断双向光模块；双向光模块的一个输出口通过光纤连接无源光分配网。
所述的井上主控制器的结构是：井上主控制器由输入系统和输出系统构成，其输入系统是：无源光分配网通过光纤连接一个双向光模块，双向光模块的输出连接一个数据解复接器的输入，数据解复接器解出的原始传感信号和速度信号输入一个数据处理器，数据处理器将上述数据解复接器解出的原始传感信号和速度信号处理后通过网口发送至控制计算机；其输出系统是：数据处理器控制一个MC145026编码芯片32，MC145026编码芯片32的输出连接双向光模块的一个输入。
所述的无源光分配网可采用集中式一进多出的无源光分配器构成，或者采用分布式树形分配网构成。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1、采用光纤替代双绞线进行信号传输，具有抗干扰性好、带宽大、损耗小等优点；2、采用无源光网络连接井上主控制器和多个井下控制模块，可监测多条传送带；3、采用高速数字复接技术传输传送带传感信号和速度信号，使井下控制模块结构简单，避免了软件出错造成的系统故障；4、井上主控制器与控制计算机之间采用以太网进行连接，数据传输速率高、可靠性好。
附图说明
图1原有传送带监测系统框图。
图2采用光纤通信对原有系统升级框图。
图3本发明的一个采用集中式无源光分配网实施例的系统结构图。
图4采用树形分布式无源光分配网实施例的系统结构图。
图5井下控制模块原理框图。
图6井上主控制器原理框图。
具体实施方式
本发明一种可监测多条矿用传送带的光纤通信系统的优选实施例的详述如下：
参见图3，在上行方向，井下控制模块11、12发出的某一波长(一般为1310nm)光信号通过无源光分配器13发送到井上主控制器14。由于有多个井下控制模块共享一个波长，所以井下控制模块应分时发送光信号，哪个井下控制模块发送信号由井上主控制器决定，保证了不会有冲突发生。井上主控制器将光接口15收到的井下控制模块信号经数据处理器16处理后经以太网口发送到控制计算机17进行存储和处理。
在下行方向，井上主控制器14发送的控制信号经光接口15后，变为某一波长(一般为1550nm)的下行光信号经光纤传输到井下，通过无源光分配器13广播发送到各井下控制模块，井下控制模块根据井上主控制器的控制信号启动上行发送。
图3中的无源光分配器13采用集中式分配方案，也可以采用图4所示的树形分配方案，或两者的结合，光分配器18、19、20的分光比可以根据具体的链路距离计算。树形分配方案更加符合一个矿井具有多个作业面的分支型结构，使井下光缆的敷设相对容易，也可节约光纤芯数。图3、4采用无源光分配器的方案，使一个井上主控制器可以控制多个井下控制模块，也使一台控制计算机可以监测多条传送带，满足大型矿井的扩容要求。
图5为井下控制模块原理框图，在上行方向，由传感器箱输入的并行传感信号2和传送带速度信号3进入光耦21和光耦22，使外部的输入和内部的电路隔离，以符合煤矿本安要求。经光耦隔离的传感信号与速度信号进入数据复接器23，复接为高速串行码流后输入双向光模块26的发送端，变换为光信号后发送。数据复接器23采用工业级的单片复接芯片，以提高抗干扰能力和简化电路设计。在下行方向，双向光模块26接收来自井上主控制器14的下行信号，变换为电信号后输入MC145027解码芯片25，MC145027解码芯片25将下行信号中的地址信息与井下控制模块地址24进行比较，如相符则提取下行信号中的控制信息，控制MOS管27开启或关闭双向光模块26的发送电源，以启动或关闭上行光信号发送。所以各井下控制模块的上行光信号的发送与关闭是由井上主控制器统一控制的，使上行链路中同时只有一台井下控制模块发送光信号，这就避免了冲突的可能。
图6为井上主控制器原理框图，由井下控制模块通过光分配网发送来的光信号经双向光模块28的光接收部分变换为高速串行电信号进入数据解复接器29，解出并行传感信号和速度信号。数据解复接器29采用与井下控制模块的数据复接器23配对的工业级解复接芯片。解出的传感信号和速度信号进入信号处理器30进行处理。信号处理器30是一个嵌入式微处理器系统，主要任务是将传感信号和速度信号封装入TCP/IP帧经以太接口31传送至控制计算机。信号处理器30同时控制MC145026编码芯片发送相应的控制指令，以控制各井下控制模块的发送。
由图5、6可以看出，本发明中井下的井下控制模块完全由硬件构成，而且都采用成熟的工业级芯片，具有很强的抗干扰能力。井下控制模块和井上主控制器中的复接/解复接器将传感信号和速度送交井上主控制器处理，将系统中最关键的、硬件复杂度和软件工作量最大的数据处理器30置于井上的井上主控制器中。由于井上主控制器位于地面的控制机房中，各种干扰、温湿度、粉尘环境等要比井下好很多，因此使硬件受到破坏，软件受到干扰的可能性要小很多，而且无源光分配网无需供电和维护，也不会受到电磁干扰。这些措施使本发明构成的系统的抗干扰能力和可靠性有了极大的提高。
这里通过参考具体的实施例对本发明进行了详细描述，但这仅仅是应用举例，应该清楚本领域的普通技术人员在不脱离本发明的范围和实质的情况下可做出各种修改和变化。