一种全矿井一网一站综合监管系统及实现方法与流程

技术特征：
1.一种全矿井一网一站综合监管系统，其特征在于，包括中心站、核心交换机、若干环网万兆交换机、若干综合管控分站，其中，中心站与核心交换机电连接；各环网万兆交换机依次顺序连接，处于首端和末端的环网万兆交换机分别与核心交换机连接，以组成环网；各综合管控分站之间以树形组网和/或环形组网的方式实现级联，任一环网万兆交换机独立连接至少一个综合管控分站；综合管控分站包括核心处理模块，核心处理模块分别电连接有：电源模块、模拟量输入模块、开关量输入模块、控制输出模块、信息存储模块、显示模块、广播模块、无线通信模块、有线通信模块、读卡模块；有线通信模块电连接有分站交换机；该系统还包括用于与综合管控分站连接的：电源箱、传感器、控制器、信息发布屏；该系统还包括用于与综合管控分站通信的：无线终端、标识卡。2.根据权利要求1所述的全矿井一网一站综合监管系统，其特征在于，无线终端包括以下一者或几者：甲烷便携仪、多参数便携仪、巡检仪、巡检机器人、无线摄像头、执法记录仪、手持终端、信息化矿灯、矿用对讲机、矿用手机；传感器包括以下一者或几者：甲烷传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、氧气传感器、硫化氢传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器、风速传感器、烟雾传感器、开停传感器、风门状态传感器、风筒风量开关传感器、粉尘传感器、流量传感器；电源箱，用于为综合管控分站提供矿用本安电源；控制器，用于切断受控设备的电源回路；信息发布屏，用于发布文字信息。3.根据权利要求1所述的全矿井一网一站综合监管系统，其特征在于，显示模块，用于显示监管区域采集的各类信息及其状态；电源模块，用于将外部电源箱提供来的本安电源，转换为综合管控分站内部所需要的各电压等级并进行相应的电磁兼容技术设计；有线通信模块包括以下一者或几者：can总线通信模块、rs-485总线通信模块、rs-232总线通信模块、以太网光口模块、以太网电口模块；无线通信模块包括以下一者或几者：zigbee通信模块、uwb通信模块、蓝牙通信模块、rfid通信模块、wifi通信模块、lora通信模块、4g通信模块、5g通信模块；模拟量输入模块设有模拟量传感器信号输入采集电路，以兼容不同信号输出类型的传感器，模拟量传感器信号输入采集电路具体包括：频率信号输入采集电路、电压/电流信号输入采集电路、电阻信号输入采集电路；开关量输入模块设有开关量传感器信号输入采集电路，用于采集开关量信号；读卡模块，用于读取标识卡信息；广播模块，用于音频输出、功率放大、声音外放；信息存储模块，用于存储中心站下发的命令信息；分站交换机模块，用于将综合管控分站连接到环网交换机；或实现综合管控分站之间的级联，统一接到环网交换机，或实现井下环网，同时提供其它ip终端产品接入。4.根据权利要求3所述的全矿井一网一站综合监管系统，其特征在于，频率信号输入采集电路，包括光耦ic11、电阻r11、上拉电阻r12，其中，频率输入信号f-in能够通过电阻r11电连接光耦ic11的1脚，光耦ic11的2脚与3脚分别接地，光耦ic11的4脚通过上拉电阻r12与
vcc电源正相连，光耦ic11的4脚f-out输出用于与cpu相应管脚相连。5.根据权利要求3所述的全矿井一网一站综合监管系统，其特征在于，电压/电流信号输入采集电路，包括：放大器集成芯片u41、电阻r41、电阻r42、电阻r43、电阻r44、电阻r45、电阻r46、电容c41、电容c42、电容c43，其中，电流输入信号i-in通过电阻r43电连接放大器集成芯片u41的3脚，同时i-in通过电阻r45电连接地，放大器集成芯片u41的1脚与2脚相连，并电连接电阻r41后的输出信号i-out经电容c43电连接地，同时与cpu相应管脚相连，电压输入信号u-in通过电阻r44电连接放大器集成芯片u41的5脚，同时电阻r44的另一端通过电阻r46电连接地，放大器集成芯片u41的6脚与7脚相连，并电连接电阻r42后的输出信号u-out用于与cpu相应管脚相连，同时经电容c42电连接地，放大器集成芯片u41的4脚电连接地，放大器集成芯片u41的8脚电连接vcc电源正，同时通过电容c41电连接地。6.根据权利要求3所述的全矿井一网一站综合监管系统，其特征在于，电阻信号输入采集电路，包括：集成芯片u31、集成芯片u32、电容c31、电容c32、电容c33、电容c34、电容c35、电阻r31、电阻r32、电阻r33、电阻r34、电阻r35、电阻r37、电阻r38、电阻r39、二极管d31，其中，集成芯片u31的4脚接vcc电源正，通过电容c31电连接地，集成芯片u31的1脚同时电连接电阻r32、电阻r31，电阻r31的另一端与集成芯片u31的6脚相连，同时电连接二极管d31的正极，二极管d31的负极电连接电阻r32的另一端，并通过电容c35电连接地，二极管d31的负极同时与电阻信号输入端口r-in相连，r-in端口通过电阻r35电连接集成芯片u32的3脚，同时集成芯片u32的3脚通过电阻r37电连接地，集成芯片u32的4脚电连接地，集成芯片u32的2脚通过电阻r38与1脚相连，同时通过电阻r36电连接地，集成芯片u32的1脚通过电阻r34与5脚相连，6脚通过电阻r39电连接地，同时6脚通过电阻r33与7脚相连，7脚输出信号r-out用于与cpu相应管脚相连，同时7脚通过电容c34电连接地，5脚通过电容c33电连接地，8脚连接vcc电源正，同时通过电容c32电连接地。7.根据权利要求1所述的全矿井一网一站综合监管系统，其特征在于，开关量输入模块设有开关量传感器信号输入采集电路，用于采集开关量信号，开关量信号输入采集电路包括：光耦u21、光耦u22、电阻r21、电阻r22、电阻r23、电阻r24，其中，开关量输入信号的一端k1电连接光耦u21的1脚，同时电连接光耦u22的1脚，输入信号的另一端k1-2通过电阻r21与光耦u21的2脚相连，光耦u21的2脚通过电阻r22电连接地，光耦u22的2脚、光耦u22的3脚和光耦u21的3脚均电连接地，光耦u21的4脚通过电阻r23与vcc电源正相连，光耦u22的4脚通过电阻r24与vcc电源正相连，光耦u21的4脚输出di1，光耦u22的4脚输出di1-2分别用于与cpu的相应管脚线连接。8.根据权利要求1所述的全矿井一网一站综合监管系统，其特征在于，控制输出模块设有开关控制输出电路，开关控制输出电路包括：三极管q63、电阻r65、电阻r66、二极管d61、二极管d62、光耦u61、光耦u62，其中，三极管q63的基极与电阻r65连接，使得由cpu输出的控制信号do通过电阻r65电连接三极管q63的基极，三极管q63的发射极电连接地，三极管q63的集电极通过电阻r66电连接光耦u62的2脚，光耦u61的1脚电连接vcc电源正，光耦u61的2脚电连接光耦u62的1脚，光耦u62的3脚电连接二极管d62的正极，二极管d62的负极电连接光耦u61的4脚，光耦u61的4脚作为输出控制回路的一端do-1，光耦u61的3脚电连接二极管d61的正极，二极管d61的负极电连接光耦u62的4脚，同时作为输出控制回路的另一端do-2，输出控制do-1和do-2用于与受控设备相连。
9.一种全矿井一网一站综合监管实现方法，其特征在于，包括：综合管控分站获取由中心站发送且由环网的传输的传感器定义、分站工作类型及相关联动信息，使得综合管控分站能够进行采集、运算、判断、显示、执行、通信、联动控制；综合管控分站获取传感器的检测信息，并基于预设的瓦斯危险程度预测模型识别危险异常状态；综合管控分站基于预设的应急预案模型确定应对异常状态的应急联动信息；综合管控分站基于应急控制信息进行应急响应，包括：切断相关危险区域电气设备的电源回路，加大区域通风，发出报警，将报警信息以音频形式通过广播模块播放，以文字形式显示在相关区域的信息发布屏上，通过将信息发送到相关区域的矿工身上佩戴的标识卡，通知相关区域的人员按照避险路径和应急预案进行撤离。10.根据权利要求9所述的全矿井一网一站综合监管实现方法，其特征在于，所述的综合管控分站获取传感器模块的检测信息，并基于预设的瓦斯危险程度预测模型识别异常状态，包括：将瓦斯浓度变化速度v和瓦斯浓度相对变化率s，作为瓦斯危险敏感指标，其中，瓦斯浓度变化速度表达式如下：v＝(φ
n
－φ0)/t瓦斯浓度相对变化率表达式如下：s＝(φ
n
－φ0)/φ0×
100％式中：v指瓦斯浓度变化速度，φ
n
指采集的瓦斯体积百分比浓度，φ0指之前一定间隔时间采集的瓦斯体积百分比浓度，t指间隔时间，s指瓦斯浓度相对变化率；基于若干组数据的瓦斯浓度变化速度及瓦斯浓度相对变化率对危险的隶属度，得到瓦斯浓度变化速度指标隶属度曲线方程为：μ(v)＝aln(v) b还得到瓦斯浓度相对变化率隶属度曲线方程为：μ(s)＝cln(s) d式中：a、b、c、d为计算得到的常数；根据费歇判别法确定临界值为m，即：当y＝eμ(v) fμ(s)<m时，判断为无危险异常；当y＝eμ(v) fμ(s)≥m时，判断为危险异常；式中：e、f为常数，且e f＝1。

技术总结
本发明公开了全矿井一网一站综合监管系统及实现方法，该系统中，中心站与核心交换机电连接，各环网万兆交换机依次顺序连接，处于首端和末端的环网万兆交换机分别与核心交换机连接，以组成环网；各综合管控分站之间以树形组网和/或环形组网的方式实现级联，任一环网万兆交换机独立连接至少一个综合管控分站。综合管控分站包括核心处理模块、模拟量输入模块、开关量输入模块、控制输出模块、有线及无线通信模块、读卡模块等。综合管控分站连有传感器、信息发布屏、无线终端、标识卡等。本发明采用万兆交换机组成环网传输，并以集成多功能的综合管控分站取代原有的独立基站，实现一网一站的紧凑信息化系统，为安全生产提供更有效的技术保障。技术保障。技术保障。


技术研发人员：马丽娟 丁远 赵文彤 郭峰 孙越 穆军 雷兴
受保护的技术使用者：中煤科工集团沈阳研究院有限公司
技术研发日：2022.02.25
技术公布日：2022/7/1