一种具有双机热备功能的区域协同控制器的制作方法

1.本发明属于煤矿安全技术领域，涉及一种具有双机热备功能的区域协同控制器。


背景技术：

2.煤矿井下通常设置安全监控系统对环境中的有毒有害气体(例如甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氢气)和设备(例如主扇、局扇、水泵、抽放泵)运行状态进行实时连续监测，当监测到的数据或状态出现异常时，系统发出断电指令，通过断电控制器切断生产区域的非本质安全型设备电源。为了能够判断是否真实切断生产区域非本质安全型设备电源，在被控开关的负荷侧安设馈电传感器，在断电器控制器发出断电指令后，对应的馈电传感器反馈信号为“无电”时，说明现场已经实现断电，如反馈信号为“有电”时，则说明现场未断电，需要进一步查明原因，确保矿井安全生产。而为了达到人员的有效撤离，安全监控系统与应急广播系统、人员定位系统、有线调度通信系统进行了融合联动，在断电器控制器发出断电指令后，各大系统对应的区域发出语音报警安全提示，提醒人员尽快撤离危险区域，实现人员的安全撤离。
3.区域协同控制器是安全监控系统的核心电气设备，监测范围广、断电控制区域多、影响范围大，但其受井下巷道狭窄、粉尘、水汽、电磁场等环境因素影响，时常发生故障。当区域协同控制器出现故障时，整个区域协同控制器连接的多个传感器数据中断，此时各区域报警通知人员撤离，无法在第一时间查明原因，导致形成监测和控制盲区，故障期间不能切断生产区域非本质安全型电气设备电源，造成严重安全隐患。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有双机热备功能的区域协同控制器，解决区域协同控制器出现故障时出现大面积通讯数据中断的问题，消除监测和控制出现盲区带来的安全隐患。
5.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种具有双机热备功能的区域协同控制器，包括隔爆兼本安电源箱、接线底板、第一主板和第二主板；所述第一主板和第二主板采取相同的接线方式连接所述接线底板；所述接线底板用来分别与监测传感器和隔爆兼本安电源箱电连接；所述第一主板和第二主板中均设有主通讯检测单元、从通讯检测单元、地址区分单元、端口控制单元和主备切换单元；
7.所述地址区分单元在主板定义配置时对同一地址号进行热备区分，将第一主板和第二主板中任一划分为工作状态，另一划分为备用状态；所述从通讯检测单元监测第一主板和第二主板之间的从通讯状态；所述主通讯检测单元监测处于工作状态的主板与地面中心站的主通讯状态；所述主备切换单元根据所述从通讯状态和主通讯状态判断是否进行热备区分的对换；所述端口控制单元用来控制第一主板和第二主板各自对应的数据采集端口、控制端口和主通讯端口的开启和关闭；
8.当某一主板为工作状态时，地面中心站通过主通讯对该主板进行巡检；另一主板关闭对应的数据采集端口、控制端口和主通讯端口，仅与工作状态的主板进行从通讯；当处于工作状态的主板对所述巡检无应答，且从通讯断开时，则所述主备切换单元切换第一主板和第二主板的热备区分。
9.进一步，所述第一主板和所述第二主板均通过34p和20p排线与所述接线底板连接。
10.进一步，所述主通讯采用网络通讯方式，地面中心站通过通讯线缆直接连接与主板的网口或电口。
11.进一步，所述主通讯采用rs485或can通讯方式，地面中心站通过通讯线缆直接连接接线底板上对应的coma或comb端口。
12.进一步，所述从通讯包括将第一主板和第二主板采用双绞线连接，建立心跳网络互相监测。
13.进一步，所述隔爆兼本安电源箱由24v电源模块、12v电源模块、充电板、镍氢电池、开关电源组成；所述24v电源模块为传感器供电，所述12v电源模块为主板供电，所述充电板用来进行交直流切换和为镍氢电池充电，所述开关电源用来将交流电源变为直流电。
14.进一步，还包括本体外壳，所述第一主板、第二主板和接线底板固定在所述本体外壳中，所述第一主板、第二主板和接线底板从上至下依次重叠设置。
15.进一步，所述本体外壳的长宽高尺寸为600mm*400mm*200mm。
16.进一步，基于上述具有双机热备功能的区域协同控制器，控制方法包括以下步骤：
17.s1、通过地址区分单元将第一主板设为默认的工作状态，将第二主板设为默认的备用状态；
18.s2、通过端口控制单元控制第一主板的数据采集端口、控制端口和主通讯端口开启，并控制第二主板的数据采集端口、控制端口和主通讯端口关闭；
19.s3、在第一主板和第二主板之间建立心跳网络进行从通讯，并通过所述从通讯监测网络监测从通讯状态，判断心跳网络是否断开；
20.s4、通过地面主站对第一主板进行巡检，并通过所述主通讯检测单元检测第一主板是否对巡检进行应答；
21.s5、若所述心跳网络断开，且第一主板未对巡检进行应答，则通过主备切换单元切换第一主板和第二主板的主备区分，将第二主板设为工作状态，将第一主板设为备用状态；
22.s6、通过端口控制单元控制第一主板的数据采集端口、控制端口和主通讯端口关闭，并控制第二主板的数据采集端口、控制端口和主通讯端口开启。
23.本发明的有益效果在于：
24.本方案首次提出并建立了同一区域协同控制器地址号之间心跳网络(从通讯)，实现主备区域协同控制器之间相互监测，；本方案采用区域协同控制器自动区分主备模式，实现同一地址号不重复；实现主备监控区域协同控制器之间的热备和自动无缝切换，当主区域协同控制器出现异常时，自动切换到备区域协同控制器，形成区域协同控制器“一主一备”运行模式，正常情况下主区域协同控制器运行，备区域协同控制器休眠，异常情况下备用区域协同控制器运行，主区域协同控制器休眠，杜绝了因区域协同控制器故障导致的监测和控制盲区，消除了安全隐患，提高了系统的稳定性和可靠性，促进了安全监控系统智能
化的发展。
25.本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
26.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
27.图1为本发明一种具有双机热备功能的区域协同控制器的原理图。
具体实施方式
28.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
29.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
30.本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
31.请参阅图1，为一种具有双机热备功能的区域协同控制器，包括两块主板和一块接线底板(接线柱)、以及隔爆兼本安电源箱。其中，接线底板起到与传感器、隔爆兼本安电源箱、区域协同控制器主板连接作用，隔爆兼本安电源箱由24v电源模块、12v电源模块、充电板、镍氢电池、开关电源等组成，24v电源模块主要为传感器供电、12v电源模块主要为主板提供电源、充电板主要是交直流切换和为电池充电、开关电源主要是将交流电源变为直流电的作用。主板是区域协同控制器的核心，所有功能都由主板来完成，即在区域协同控制器本体内安装第一主板和第二主板，形成“一主一备”的运行模式，主板的通讯分为主通讯和从通讯，主通讯是指区域协同控制器(工作中的主板，备用主板不进行主通讯)与地面中心站之间的通讯，从通讯是指主备区域协同控制器(即第一主板和第二主板)之间的通讯。
32.具体的，本方案可实现在现有的区域协同控制器本体的基础上进行改装，对区域协同控制器本体外壳结构进行设计，在区域协同控制器本体内安装两块区域协同控制器主
板，并进行有效固定，两块主板以及接线底板之间采用上下重叠式布置方式，接线底板安装在下方，主板安装在上方，底板左右两侧各超出主板150mm，区域协同控制器本体外壳长宽高尺寸一般设计为600mm*400mm*200mm为佳；然后将接线底板通过2组34p和20p排线采用相同的接线原理分别与两块主板连接，隔爆兼本安电源箱通过24芯电缆分别连接到接线底板上与主板对应的数据采集、电源、信号、控制等端口。第一主板和第二主板之间通过双绞线连接，建立心跳网络，形成从通讯，通过从通讯互相监测对方，使备用主板能够监控工作中的主板的从通讯状态，辅助判断故障情况。所有传感器、断电器接入接线底板对应的电源+、电源－、信号+、信号－端子上
33.第一主板和第二主板中均设有主通讯检测单元、从通讯检测单元、地址区分单元、端口控制单元和主备切换单元。
34.地址区分单元用来在主板定义配置时对同一地址号进行热备区分，将第一主板和第二主板中任一划分为工作状态，另一划分为备用状态(或称为睡眠状态)，一般默认第一主板为工作状态，第二主板为备用状态。例如：将第一主板的内部地址定位为1#，将第二主板的内部地址定义为1#备，地面中心站始终与1#地址进行主通讯，且不与1#备通讯；当第一主板故障时，将第一主板和第二主板的内部地址进行交换，此时第二主板的地址为1#，第二主板与地面中心站进行主通讯；在具体实施中，当主通讯采用网络通讯方式时，通讯线缆直接将地面中心站与主板网口或电口连接；当主通讯采用rs485或can通讯方式时，通讯线缆直接将地面中心站与接线底板上对用的coma、comb端口连接。本方案使得第一主板和第二主板采用相同的地址号与地面中心站通讯，在出现故障时，能够实现主备的无缝衔接，不需要重新调整主通讯。
35.主通讯检测单元用来监测处于工作状态的主板与地面中心站的主通讯状态，地面中心站会通过主通讯对工作状态的主板进行巡检，该主板接将对巡检进行答复，主通讯检测单元即监测答复的信息，判断是否进行答复，若未进行答复，则判断为异常情况。
36.从通讯检测单元用来监测第一主板和第二主板(即工作状态和备用状态的主板)之间的从通讯状态，判断两者间的心跳网络是否断开，若断开，则判断为异常。
37.端口控制单元用来控制第一主板和第二主板各自对应的数据采集端口、控制端口和主通讯端口的开启和关闭；例如，若第一主板为工作状态，第二主板为备用状态，此时第一主板的数据采集端口、控制端口和主通讯端口开启，第二主板的数据采集端口、控制端口和主通讯端口关闭。
38.主备切换单元根据所述从通讯状态和主通讯状态判断是否进行热备区分的对换；当主通讯和从通讯均异常时，可判断当前处于工作状态的主板发生故障，此时主备切换单元将第二主板划分为工作状态，将第一主板划分为备用状态，并将第一主板和第二主板的内部地址对换，并通过端口控制模块打开第二主板的对应端口，关闭第一主板的对应端口，使第二主板与地面中心站进行主通讯。
39.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.一种具有双机热备功能的区域协同控制器，其特征在于：包括隔爆兼本安电源箱、接线底板、第一主板和第二主板；所述第一主板和第二主板采取相同的接线方式连接所述接线底板；所述接线底板用来分别与监测传感器和隔爆兼本安电源箱电连接；所述第一主板和第二主板中均设有主通讯检测单元、从通讯检测单元、地址区分单元、端口控制单元和主备切换单元；所述地址区分单元在主板定义配置时对同一地址号进行热备区分，将第一主板和第二主板中任一划分为工作状态，另一划分为备用状态；所述从通讯检测单元监测第一主板和第二主板之间的从通讯状态；所述主通讯检测单元监测处于工作状态的主板与地面中心站的主通讯状态；所述主备切换单元根据所述从通讯状态和主通讯状态判断是否进行热备区分的对换；所述端口控制单元用来控制第一主板和第二主板各自对应的数据采集端口、控制端口和主通讯端口的开启和关闭；当某一主板为工作状态时，地面中心站通过主通讯对该主板进行巡检；另一主板关闭对应的数据采集端口、控制端口和主通讯端口，仅与工作状态的主板进行从通讯；当处于工作状态的主板对所述巡检无应答，且从通讯断开时，则所述主备切换单元切换第一主板和第二主板的热备区分。2.根据权利要求1所述的一种具有双机热备功能的区域协同控制器，其特征在于：所述第一主板和所述第二主板均通过34p和20p排线与所述接线底板连接。3.根据权利要2所述的一种具有双机热备功能的区域协同控制器，其特征在于：所述主通讯采用网络通讯方式，地面中心站通过通讯线缆直接连接与主板的网口或电口。4.根据权利要求2所述的一种具有双机热备功能的区域协同控制器，其特征在于：所述主通讯采用rs485或can通讯方式，地面中心站通过通讯线缆直接连接接线底板上对应的coma或comb端口。5.根据权利要求1所述的一种具有双机热备功能的区域协同控制器，其特征在于：所述从通讯包括将第一主板和第二主板采用双绞线连接，建立心跳网络互相监测。6.根据权利要求1所述的一种具有双机热备功能的区域协同控制器，其特征在于：所述隔爆兼本安电源箱由24v电源模块、12v电源模块、充电板、镍氢电池、开关电源组成；所述24v电源模块为传感器供电，所述12v电源模块为主板供电，所述充电板用来进行交直流切换和为镍氢电池充电，所述开关电源用来将交流电源变为直流电。7.根据权利要求1所述的一种具有双机热备功能的区域协同控制器，其特征在于：还包括本体外壳，所述第一主板、第二主板和接线底板固定在所述本体外壳中，所述第一主板、第二主板和接线底板从上至下依次重叠设置。8.根据权利要求7所述的一种具有双机热备功能的区域协同控制器，其特征在于：所述本体外壳的长宽高尺寸为600mm*400mm*200mm。9.根据如权利要求1～5中任意一项所述的具有双机热备功能的区域协同控制器，其特征在于，控制方法包括以下步骤：s1、通过地址区分单元将第一主板设为默认的工作状态，将第二主板设为默认的备用状态；s2、通过端口控制单元控制第一主板的数据采集端口、控制端口和主通讯端口开启，并控制第二主板的数据采集端口、控制端口和主通讯端口关闭；
s3、在第一主板和第二主板之间建立心跳网络进行从通讯，并通过所述从通讯监测网络监测从通讯状态，判断心跳网络是否断开；s4、通过地面主站对第一主板进行巡检，并通过所述主通讯检测单元检测第一主板是否对巡检进行应答；s5、若所述心跳网络断开，且第一主板未对巡检进行应答，则通过主备切换单元切换第一主板和第二主板的主备区分，将第二主板设为工作状态，将第一主板设为备用状态；s6、通过端口控制单元控制第一主板的数据采集端口、控制端口和主通讯端口关闭，并控制第二主板的数据采集端口、控制端口和主通讯端口开启。

技术总结
本发明涉及一种具有双机热备功能的区域协同控制器，属于煤矿安全技术领域。包括第一主板、第二主板、接线底板和隔爆兼本安电源箱，该区域协同控制器具有采集、分析、处理、存储、显示、传输、热备、切换、端口控制功能；正常情况下，第一主板工作，第二主板处于备用状态，地面中心站只对第一主板进行巡检，第二主板处于休眠模式；当两块主板之间从通讯中断，地面中心站对第一主板呼叫巡检无应答时，判断第一主板故障，换醒第二主板打开数据采集、通讯、控制端口，并与地面中心站建立主通讯，区域协同控制器采集数据实时上传至地面中心站。本方案避免因区域协同控制器故障产生监测和控制盲区，消除了安全隐患，提高了系统的稳定性和可靠性。提高了系统的稳定性和可靠性。提高了系统的稳定性和可靠性。


技术研发人员：何云文 林府进 黄光利 陈新 杨定超 王振 冉庆雷 刘俊 刘军 刘治国 王廷 徐腾飞 李大勇 田友军 王宝华 向衍斌 任文华
受保护的技术使用者：中煤科工集团重庆研究院有限公司
技术研发日：2023.06.14
技术公布日：2023/8/31