Система управления шахтной крепью

Полезная модель относится к горно-шахтной промышленности, а именно, к системе автоматизированного управления механизированной шахтной крепью, представляющей собой множество установленных вдоль лавы секций крепи, каждой из которых соответствует по меньшей мере один клапанный блок, включающий функциональные элементы для переключения гидравлических клапанов. Система управления шахтной крепью содержит центральное устройство управления, связанное лавной информационной линией с секционным микроконтроллером каждой секции, в программную память которого заложен адресный код данной секции для приема с центрального устройства управления вызывного сигнала, содержащего адресный код данной секции. Благодаря тому, что каждый из функциональных элементов снабжен микроконтроллером с запоминающим устройством для хранения индивидуального кода данного функционального элемента, центральное устройство управления через микроконтроллер секции приводит в действие тот функциональный элемент, индивидуальный код которого содержится в отправленном им сигнале. При этом применен интерфейс беспроводной связи для передачи данных внутри одного и того же клапанного блока, что сокращает кабельную разводку. В итоге это приводит к упрощению системы управления шахтной крепью и уменьшению трудоемкости ее изготовления при более быстрой передаче данных благодаря выполнению лавной информационной линии в виде оптоволоконной шины данных.

Полезная модель относится к горно-шахтной промышленности, а именно, к системе автоматизированного управления механизированной крепью и может использоваться для управления работой электрогидравлически управляемой крепи.

Известна система управления шахтной крепью по патенту RU 2463451, опубликованному 10.10.2012. Данная система, выбранная за прототип, используется для управления множеством установленных вдоль лавы секций механизированной крепи, каждой из которых соответствует по меньшей мере один клапанный блок, включающий функциональные элементы для переключения гидравлических клапанов секции крепи. Указанная система содержит центральное устройство управления, последовательно соединенное лавной информационной линией, проложенной вдоль секций крепи, с секционным микроконтроллером каждой секции, в программную память которого заложен адресный код данной секции для приема с центрального устройства управления вызывного сигнала, содержащего адресный код данной секции. Каждый из секционных микроконтроллеров связан кабельной линией связи с распределительным блоком данной секции, который в свою очередь соединен проводными линиями связи с каждым из многочисленных функциональных элементов своей секции. Управляющий сигнал с центрального устройства управления через секционный микроконтроллер поступает по кабельной линии на распределительный блок, отправляющий его по проводным линиям конкретным функциональным элементам для исполнения.

Недостатком прототипа является большое количество распределительных блоков, требующих точного изготовления электронных схем, взрыво-, влаго- и пылезащищенного конструктивного исполнения корпусов.

Другим недостатком прототипа является множество кабельных соединений каждого из распределительных блоков с секционным микроконтроллером и функциональными элементами.

Недостатком прототипа является также невысокая скорость передачи данных лавной информационной линией вследствие ее выполнения в виде электрической шины.

Техническая задача, на решение которой направлена данная полезная модель, заключается в упрощении системы управления шахтной крепью и в уменьшении трудоемкости ее изготовления вследствие уменьшения количества посреднических звеньев между центральным устройством управления и функциональными элементами и сокращения кабельной разводки, а также в более быстрой передаче данных.

Поставленная задача решена тем, что система управления шахтной крепью с множеством установленных вдоль лавы секций механизированной крепи, каждой из которых соответствует по меньшей мере один клапанный блок, включающий функциональные элементы для переключения гидравлических клапанов секции крепи, как и прототип, содержит центральное устройство управления, связанное лавной информационной линией с секционным микроконтроллером каждой секции, в программную память которого заложен адресный код данной секции для приема с центрального устройства управления вызывного сигнала, содержащего адресный код данной секции. В отличие от прототипа, каждый из функциональных элементов снабжен микроконтроллером с запоминающим устройством для хранения индивидуального кода данного функционального элемента, и центральное устройство управления через секционный микроконтроллер приводит в действие тот функциональный элемент, индивидуальный код которого содержится в вызывном сигнале, при этом предусмотрен интерфейс беспроводной связи для передачи данных внутри одного и того же клапанного блока. Решению технической задачи способствует и то, что лавная информационная линия выполнена в виде шины данных из оптического волокна.

Сущность полезной модели иллюстрируется следующими чертежами системы управления шахтной крепью:

Фиг.1 - Система управления шахтной крепью.

Фиг.2 - Клапанный блок (вариант исполнения).

Шахтная крепь представляет собой множество установленных вдоль лавы секций механизированной крепи для крепления лавы в горной выработке, выполняющих функции разгрузки, передвижки и распора крепи.

Система управления шахтной крепью, изображенная на фиг.1, содержит центральное устройство управления 2, связанное лавной информационной линией 3 через коммутатор 4 и секционный микроконтроллер 5 определенной секции 1 с клапанным блоком 6, датчиками 7 параметров работы и состояния, блоком индикации 8 и радиомодулем 9 данной секции 1. Причем блок индикации 8 и радиомодуль 9 установлены на одной из нескольких соседних секций 1.

Лавная линия питания 10, содержащая по меньшей мере две токопроводящие жилы, и лавная информационная линия 3, содержащая по меньшей мере одну оптоволоконную шину данных, выполнены в виде гибридного оптоэлектрического кабеля, проложенного вдоль секций 1 крепи.

Многофункциональный узел 11, установленный на каждой секции 1, выполнен на основе секционного микроконтроллера 5, в программную память которого заложен адресный код данной секции для приема с центрального устройства управления 2 вызывного сигнала, содержащего адресный код данной секции 1. Секционный микроконтроллер 5 соединен с коммутатором 4, аккумуляторным блоком 12, модулем освещения 13 и, - посредством интерфейса высокоскоростной передачи данных 15, - с модулем связи 14. Модуль связи 14 включает речевой кодек, соединенный с микрофоном и динамиком (на чертеже не показаны). Возможно оснащение каждого из многофункциональных узлов 11 точкой доступа Wi-Fi 4₁, связанной с секционным микроконтроллером 5.

Секционный микроконтроллер 5 соединен с блоком индикации 8, датчиками 7 параметров работы и состояния, приемопередающим радиомодулем 9 и клапанным блоком 6 посредством интерфейса высокоскоростной передачи данных 15, например LVDS.

Клапанный блок 6, изображенный на фиг.1 и фиг.2, содержит последовательно соединенные клапанные модули 17, каждый из которых включает микроконтроллер 18, соединенный с функциональным элементом 21 и интерфейсом беспроводной связи для передачи данных внутри своего клапанного блока 6. В запоминающем устройстве микроконтроллера 18 хранится индивидуальный код данного функционального элемента 21. Микроконтроллер 18 клапанного модуля 17₁, расположенного первым в ряду модулей 17 ₁-17_n, соединен с интерфейсом высокоскоростной передачи данных 19. Функциональный элемент 21 содержит исполнительный электромагнит 22 и переключательное устройство 23 для переключения гидравлического клапана 24.

На фиг.1 изображен клапанный блок 6 с беспроводным интерфейсом связи, выполненным как оптический интерфейс, а именно инфракрасный приемопередатчик 20, содержащий излучающий светодиод и принимающий излучение фотодиод. Микроконтроллеры 18 первого и последнего клапанных модулей 17 ₁ и 17_n соединены с одним инфракрасным приемопередатчиком 20, микроконтроллеры 18 остальных клапанных модулей 17 соединены с двумя инфракрасными приемопередатчиками 20. При этом инфракрасные приемопередатчики 20 сопряженных клапанных модулей 17 размещены в непосредственной близости друг от друга для передачи данных по оптическому интерфейсу внутри своего клапанного блока 6.

На фиг.2 изображен клапанный блок 6 с беспроводным интерфейсом связи, выполненным как приемопередающий радиомодем 16. Микроконтроллеры 18 каждого из клапанных модулей соединены с приемопередающими радиомодемами 16 для передачи данных по радиочастотному каналу внутри своего клапанного блока 6.

Лавная линия питания 10 соединена с клапанным блоком 6, изображенным на фиг.1 и 2, только одной внутренней питающей линией, подключенной к указанному блоку при помощи штекерного соединителя 25. Клапанные модули 17 соединены между собой аналогичными штекерными соединителями 26 для передачи электропитания внутри своего клапанного блока 6.

Блок индикации 8 (фиг.1) подсоединен через многофункциональный узел 11 параллельно лавной линии питания 10 и лавной информационной линии 3. Блок индикации 8 выполнен на основе микроконтроллера 27, связанного с интерфейсом высокоскоростной передачи данных 28, устройством ввода 29 и дисплейным устройством 30.

Датчики 31 параметров работы и состояния, например давления рабочей жидкости, положения элементов секции, тока, температуры, взрывоопасного газа, установлены на каждой секции 1 и снабжены приемопередающими радиомодемами для связи с радиомодулем 9, установленным на одной из нескольких соседних секций 1. Каждый из датчиков 7 и 31 выполнен на основе микроконтроллера (на чертеже не показан) с запоминающим устройством для хранения кодового слова данного датчика.

Преобразователь напряжения 32 преобразует переменное напряжение лавной линии питания 10 в ток низкого напряжения для питания элементов многофункционального узла 11, блока индикации 8, клапанного блока 6 и датчиков 7.

Работа системы управления шахтной крепью осуществляется следующим образом.

Центральное устройство управления 2 отправляет вызывной сигнал, содержащий адресный код секции 1 и индивидуальный код функционального элемента 21. Сигнал по лавной информационной линии 3 поступает на коммутатор 4 той секции 1, адресный код которой содержится в вызывном сигнале, и далее на секционный микроконтроллер 5 указанной секции 1. Секционный микроконтроллер 5 отправляет данный сигнал посредством интерфейса высокоскоростной передачи данных 15 на клапанный блок 6.

Микроконтроллер 18 клапанного модуля 17₁ принимает вызывной сигнал при совпадении индивидуального кода в вызывном сигнале со своим индивидуальным кодом, при их несовпадении, - отправляет по интерфейсу беспроводной связи следующему клапанному модулю 17₂ и т.д. Микроконтроллер 18, индивидуальный код которого идентичен коду в вызывном сигнале, посредством воздействия на свой функциональный элемент 21 приводит в действие соответствующий ему гидравлический клапан 24.

Для получения измерительных данных с датчиков 7 или 31 центральное устройство управления 2 отправляет вызывной сигнал, содержащий адресный код секции 1 и кодовое слово датчиков соответственно 7 или 31. Логика получения вызывного сигнала микроконтроллерами датчиков 7 или 31 аналогична логике получения вызывного сигнала микроконтроллером 18 клапанного модуля 17.

На дисплейном устройстве 30 блока индикации 8 отображается оперативная информация о работе и состоянии нескольких соседних секций 1. Такая информация включает данные измерений датчиков 7 и 31 и/или выполнение технологических операций механизированной крепью. Имеется возможность непосредственного управления механизированной крепью путем ввода оператором команд с устройства ввода 29, выполненного предпочтительно в виде пленочной клавиатуры.

При отсутствии напряжения в лавной линии питания 10 секционный микроконтроллер 5 включает аккумуляторный блок 12, обеспечивающий резервным электроснабжением модуль освещения 13 и модуль связи 14.

При повреждении лавной информационной линии 3 связь секционных микроконтроллеров 5 обеспечена через точки доступа Wi-Fi 4₁.

Снабжение каждого из функциональных элементов 21 микроконтроллером 18, в запоминающем устройстве которого хранится индивидуальный код данного функционального элемента 21, позволяет центральному устройству управления 2 через секционный микроконтроллер 5 приводить в действие тот функциональный элемент 21, индивидуальный код которого содержится в отправленном им вызывном сигнале, что уменьшает количество посреднических звеньев между центральным устройством управления 2 и функциональными элементами 21.

Применение интерфейса беспроводной связи для передачи данных внутри одного и того же клапанного блока 6 сокращает кабельную разводку.

В итоге это приводит к упрощению системы управления шахтной крепью и уменьшению трудоемкости ее изготовления при более быстрой передаче данных благодаря выполнению лавной информационной линии 3 в виде оптоволоконной шины данных.

1. Система управления шахтной крепью с множеством установленных вдоль лавы секций механизированной крепи, каждой из которых соответствует по меньшей мере один клапанный блок, включающий функциональные элементы для переключения гидравлических клапанов секции крепи, содержащая центральное устройство управления, связанное лавной информационной линией с секционным микроконтроллером каждой секции, в программную память которого заложен адресный код данной секции для приема с центрального устройства управления вызывного сигнала, содержащего адресный код данной секции, отличающаяся тем, что каждый из функциональных элементов снабжен микроконтроллером с запоминающим устройством для хранения индивидуального кода данного функционального элемента, и центральное устройство управления через секционный микроконтроллер приводит в действие тот функциональный элемент, индивидуальный код которого содержится в вызывном сигнале, при этом предусмотрен интерфейс беспроводной связи для передачи данных внутри одного и того же клапанного блока.

2. Система управления шахтной крепью по п.1, отличающаяся тем, что лавная информационная линия выполнена в виде оптоволоконной шины данных.