本发明涉及一种X射线矿用传送带监测系统，包括X射线源、X射线采集板、速度传感器、防爆摄像机、矿井下的下位通信控制器、矿井上的上位通信控制器和控制计算机，下位通信控制器将X射线采集信号复接为高速光信号后发送至上位通信控制器，上位通信控制器将信号解复接为原始采集信号经USB口送至控制计算机处理。本发明中上、下位通信控制器完全由硬件构成，具有很强的抗干扰能力，控制计算机只需采用通用工控机，取消了昂贵的防爆计算机，降低了系统成本。
1.一种X射线矿用传送带监测系统，包括X射线源（1）、X射线采集板（2）、速度传感器（10）、防爆摄像机（12）、矿井下的下位通信控制器（15）、矿井上的上位通信控制器（16）和控制计算机（7），其特征在于，控制计算机（7）通过上位通信控制器（16）、光纤（9）连接到下位通信控制器（15）；所述的下位通信控制器（15）连接井下的X射线采集板（2）、速度传感器（10）、防爆摄像机（12），将X射线采集信号（13）、视频输入信号（17）、速度信号（11）变换为光信号发送至光纤（9）；所述的下位通信控制器（15）连接井下的X射线源（1），通过发送X射线源控制信号（14）开启或关断X射线源（1）；所述的下位通信控制器（15）连接井下的X射线采集板（2），转发X射线采集板控制信号（34）；所述的上位通信控制器（16）接收光纤（9）的信号，还原出各种信号后通过USB接口（19）发送到控制计算机（7）；所述的上位通信控制器（16）接收来自控制计算机（7）的指令信号，通过光纤（9）发送给下位通信控制器（15）；控制计算机（7）通过上位通信控制器（16）及下位通信控制器（15）采集传送带X射线传感信号，并进行存储、显示，从而实现对井下传送带的实时监测；
所述的下位通信控制器（15）由输入系统和输出系统构成，其输入系统是：由50针接口（25）输入的并行X射线采集信号（13）经隔离485接口（27）后输入下位复接器（31），视频输入信号（17）经视频采样芯片（26）后输入下位复接器（31），下位100M以太接口（20）经下位以太交换芯片（29）变换为下位以太网MII接口（30）的上行信号后输入下位复接器（31），速度信号接口（24）送来的速度信号（11）经光耦（22）隔离后输入下位复接器（31），上述信号在下位复接器（31）中复接为高速信号后输入下位千兆光模块（33）；其输出系统是：下位千兆光模块（33）输出的高速信号经下位解复接器（32）解出三路信号，一路经485接口（28）后输出X射线采集板控制信号（34），第二路输出下位以太网MII接口（30）下行信号，经下位以太交换芯片（29）输出至下位100M以太接口（20），第三路输出X射线源控制信号（14），用以控制继电器（23）。
2.根据权利要求1所述的X射线矿用传送带监测系统，其特征在于，所述的上位通信控制器（16）由输入系统和输出系统构成，其输入系统是：上位千兆光模块（42）输出的高速信号经上位解复接器（35）解出三路信号，第一路为并行视频数字信号，经视频数模转换器（37）变换为视频输出信号（18），第二路为并行X射线采集信号，经USB转换器（38）后输出至USB接口（19），第三路为上位以太网MII接口（40）的上行信号，经上位以太交换芯片（39）变换为100M以太网信号，通过上位100M以太接口（21）输出；其输出系统是：上位以太交换芯片（39）输出的上位以太网MII接口（40）下行信号及USB转换器（38）输出的X射线采集板控制信号（34），经上位复接器（36）复接为高速信号后输出至上位千兆光模块（42）。
一种X射线矿用传送带监测系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种X射线矿用传送带监测系统。
背景技术
[0002] 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。
[0003] 最初的传送带监测全由人工完成，通过X射线照射传送带，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。由人工操作的X射线监测设备只能工作很短一段时间，否则发出的X射线对人体有害，这对于需要连续监测的长达数千米的传送带来说是很不可行的。
[0004] 随着煤矿自动化技术的进步，出现了采用X射线监测设备加防爆工控机构成的传送带监测系统，X射线源放置于传送带的下方，X射线采集板放置于传送带的上方，X射线采集板输出的采集信号通过双绞排线输入到防爆工控机内的接口卡，通过防爆工控机内的软件转换为以太网信号由光纤收发器输入光纤，再经井上的光纤收发器后输入井上控制计算机。并由控制计算机进行存储、分析、显示。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，这个系统是一个进步，但是该系统具有局限性：1、需要采用昂贵的防爆工控机在井下采集X射线采集板输出的采集信号；2、需要在防爆工控机中运行较复杂的协议转换软件，将X光采集信号封装入IP帧进行传送，而且由于X光采集信号数据量大（达到200Mbps以上），需要采用千兆光纤以太网进行传输。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，防爆工控机、千兆以太收发器等设备容易受到干扰，使千兆以太网的丢包率增大，无法保证大数据流量实时传输的要求。
发明内容
[0005] 针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种X射线矿用传送带监测系统。利用光纤高速复接传输技术传输X射线采集信号，取消了井下防爆工控机，并通过X射线采集数据和以太网信号的复接光传输，提高了系统抗干扰能力和可靠性。
[0006] 为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
[0007] 一种X射线矿用传送带监测系统，包括X射线源、X射线采集板、速度传感器、防爆摄像机、矿井下的下位通信控制器、矿井上的上位通信控制器和控制计算机，控制计算机通过上位通信控制器、光纤连接到下位通信控制器；所述的下位通信控制器连接井下的X射线采集板、速度传感器、防爆摄像机，将X射线采集信号、视频输入信号、速度信号变换为光信号发送至光纤；所述的下位通信控制器连接井下的X射线源，通过发送X射线源控制信号开启或关断X射线源；所述的下位通信控制器连接井下的X射线采集板，转发X射线采集板控制信号；所述的上位通信控制器接收光纤的信号，还原出各种信号后通过USB接口发送到控制计算机；所述的上位通信控制器接收来自控制计算机的指令信号，通过光纤发送给下位通信控制器；控制计算机通过上位通信控制器及下位通信控制器采集传送带X射线传感信号，并进行存储、显示，从而实现对井下传送带的实时监测。
[0008] 上述的下位通信控制器由输入系统和输出系统构成，其输入系统是：由50针接口输入的并行X射线采集信号经隔离485接口后输入下位复接器，视频输入信号经视频采样芯片后输入下位复接器，下位100M以太接口经下位以太交换芯片变换为下位以太网MII接口的上行信号后输入下位复接器，速度信号接口送来的速度信号经光耦隔离后输入下位复接器，上述信号在下位复接器中复接为高速信号后输入下位千兆光模块；其输出系统是：下位千兆光模块输出的高速信号经下位解复接器解出三路信号，一路经485接口后输出X射线采集板控制信号，第二路输出下位以太网MII接口下行信号，经下位以太交换芯片输出至下位100M以太接口，第三路输出X射线源控制信号，用以控制继电器。
[0009] 上述的上位通信控制器由输入系统和输出系统构成，其输入系统是：上位千兆光模块输出的高速信号经上位解复接器解出三路信号，第一路为并行视频数字信号，经视频数模转换器变换为视频输出信号，第二路为并行X射线采集信号，经USB转换器后输出至USB接口，第三路为上位以太网MII接口的上行信号，经上位以太交换芯片变换为100M以太网信号，通过上位100M以太接口输出；其输出系统是：上位以太交换芯片输出的上位以太网MII接口下行信号及USB转换器输出的X射线采集板控制信号，经上位复接器复接为高速信号后输出至上位千兆光模块。
[0010] 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：
[0011] 1、采用X射线检测传送带内部钢丝绳的接头与断头，比采用磁传感器更加直观，减少误报；2、整个检测过程全部自动完成，无须人工查看输送带内部状况，消除了X射线对人体的损害，提高了探测准确度；3、采用高速数字复接技术传输X射线传感信号，使下位通信控制器结构简单，避免了采用昂贵的防爆工控机及软件出错造成的系统故障；4、上位通信控制器通过USB接口将X射线采集数据传输到控制计算机，数据传输速率高、可靠性好、时延小；5、建立了视频监控通道，可以对X射线采集系统及传送带运行情况进行实时监测；6、建立了一个100M以太网通道，可以传输工控以太网等信号。
附图说明
[0012] 图1 本发明的X射线矿用传送带监测系统实施例的系统结构图。
[0013] 图2 下位通信控制器原理框图。
[0014] 图3 上位通信控制器原理框图。
具体实施方式
[0015] 本发明一种X射线矿用传送带监测系统的优选实施例详述如下：
[0016] 参见图1，在上行方向，X射线采集板2输出的采集信号13、速度传感器10输出的速度信号11、防爆摄像机12输出的视频输入信号17及下位以太网接口20输入的以太网信号输入下位通信控制器15，变换为上行光信号（1310nm波长）输入光纤9，经上位通信控制器16后直接输出视频输出信号18及经上位以太网接口21输出的100M以太信号，速度信号及X射线采集信号经USB接口19输入井上控制计算机7进行存储和处理。
[0017] 在下行方向，井上控制计算机7通过USB接口19发出的控制信号及上位以太网接口21输入的下行信号经上位通信控制器16变换为1550nm光信号后输入至光纤9，经下位通信控制器15光电变换后输出X射线源控制信号14、X射线采集板控制信号34及输出到下位以太网接口20的100M以太网下行信号。
[0018] 图2为下位通信控制器原理框图，在上行方向，下位复接器31接收4个输入信号，分别是：1）视频输入信号17经视频采样芯片26后输出的并行数字信号；2）速度信号11经光耦22隔离后的信号；3）由X射线采集板2经50针接口25输入的采集信号13，经隔离485接口27变换为并行采集信号，隔离485接口27使外部的输入和内部的电路隔离，以符合煤矿本安要求；4）下位100M以太网接口20经下位以太交换芯片29变换输出的下位媒质无关接口（MII）30的并行上行信号。上述4个信号经下位复接器31复接为高速串行码流后输入下位千兆光模块33的发送端，变换为1310nm光信号后发送。在下行方向，下位千兆光模块33接收来自上位通信控制器16的下行信号，变换为电信号后输入下位解复接器32，输出以下3个信号：1）经隔离485接口28输出X射线采集板控制信号34；2）下位以太MII接口30的并行下行信号，经下位以太交换芯片29输出至下位100M以太接口20；3）X射线源控制信号14，控制继电器23的导通和关断，用以开启或关断X射线源1。下位复接器31和下位解复接器32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。
[0019] 图3为上位通信控制器16原理框图，在上行方向，由下位通信控制器15通过光纤9发送来的光信号经上位千兆光模块42的光接收部分变换为高速串行电信号进入下位解复接器35，解出以下3路信号：1）并行采集信号，经USB转换器38转换为USB信号经USB接口19输出，USB转换器38由FPGA芯片和USB物理层接口芯片构成；2）并行数字视频信号，经视频数模转换37后输出视频输出信号25；3）上位MII接口40的上行信号，经上位以太交换芯片39后输出至上位100M以太接口21。上位解复接器35采用与下位通信控制器
15的下位复接器31配对的工业级解复接芯片。在下行方向，USB转换器38输出的X射线采集板控制信号34与上位以太MII接口40的并行下行信号在上位复接器36中复接后输入上位千兆光模块42，变换为1550nm光信号后经光纤9发送。上位复接器36采用与下位通信控制器15的下位解复接器32配对的工业级复接芯片。由于上行复接信号的速率较高而下行复接信号的速率较低，所以上行复接、解复接芯片对和下行复接、解复接芯片对采用了不同速率的复接芯片，千兆光模块也采用了上行速率高、下行速率低的非对称光模块，从而降低了系统成本。
[0020] 由图2、3可以看出，本发明中井下的下位通信控制器完全由硬件构成，而且都采用成熟的工业级芯片，具有很强的抗干扰能力。下位通信控制器和上位通信控制器中的复接／解复接器将X光采集信号和速度信号通过USB接口送交井上控制计算机7处理，将系统中最关键的、软件工作量最大的数据处理部分由井上控制计算机完成。由于井上控制计算机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比采用井下防爆工控机的系统要小很多，只需采用普通的工控机实现。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，成本也大为降低。系统还提供了视频监控通道，可以对X射线采集系统及传送带运行情况进行实时监测。系统建立了一个100M以太网通道，可以传输工控以太网等信号，并为系统扩展打下了基础。
