一种矿山巷道风门智能控制系统及其控制方法与流程

本发明涉及一种矿山巷道风门智能控制系统及其控制方法，属于井下安全生产的技术领域。

背景技术：

风门是矿井通风系统中的重要构筑物，它隔断风流，为矿井风流按需分配创造条件，同时又为行人和运输提供方便。如今，随着科技的不断发展和进步，已经涌现出式样繁多的各种风门。风门必须满足的最基本要求是：①开启省力、方便和安全；②能自动关闭；③各处密封严密，不漏风；④每组风门不少于两道，且装有闭锁装置，不能同时敞开；⑤为防止矿井反风时风流短路，主要风路的风门要安设反向风门。

现有的矿井风门启闭方法有：

1、人工看守，观察来车时开启和关闭风门；

缺点：增加了煤矿井下人员数量、效率低，而且当风门出现故障时增加了安全隐患；

2、采用光线传感器的自动化风门，其特点当车辆走进时，停车切换远近光灯，从而开启风门；

缺点：控制过程需要停车降低效率；井下灯光环境复杂容易造成误动作；当车辆灯光系统出现故障时无法完成风门开启。

3、利用红外光控传感器跟PLC结合，从而实现风门的自动化控制；例如，中国专利CN204941591U公开了一种矿用自动风门安全开闭装置，包括第一自动风门、第二自动风门、第一控制单元和第二控制单元；所述第一控制单元包括第一PLC模块，第二控制单元包括与第一PLC模块连接的第二PLC模块，实现对风门的安全开闭。

缺点：井下可视条件差、空气灰尘浓度大，对红外控制传感器的信号采集造成障碍；针对车辆没有有效的故障提醒措施(井下噪声大，外界的语音提醒接收有难度)；

综上所述的三种现有技术方案，共同的缺点在于：

1、对于风门的状态没有做到状态数据上传，地面调度室不能实时监测井下风门状态，风门出现故障时不能准确定位风门位置，完成检修工作；

2、对于巷道行驶车辆而言，当风门发生故障时，对于驾驶员没有有效的故障提醒；

3、当风门故障不能开启或者开启异常，而驾驶员又不能及时采取车辆制动时，缺少车辆主动制动的功能。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种矿山巷道风门智能控制系统。

本发明还提供一种利用上述系统进行矿山巷道风门智能控制的方法。

术语说明：

井下环网：即井下以太网环网，由光纤、交换机等通信设备组成，可以实现井下以太网通信。

本发明的技术方案为：

一种矿山巷道风门智能控制系统，包括保护器、无线基站、压力传感器、角度传感器、车内无线信号接收器、车内报警器和风门电机；风门电机、角度传感器、压力传感器和无线基站分别与保护器连接，无线基站接入井下环网；车内报警装置通过车内无线信号接收器与无线基站无线连接；压力传感器铺设在巷道地面；角度传感器和风门电机安装在风门上。角度传感器用于检测风门打开的角度，进而判断风门的打开程度，风门电机控制风门的开启和关闭。所述保护器基于ARM单片机做的嵌入式系统开发。

优选的，所述矿山巷道风门智能控制系统还包括紧急控制开关，紧急控制开关与风门电机连接；紧急控制开关安装在风门上。当智能控制系统出现紧急故障时，可通过所述紧急控制开关手动控制风门电机完成风门打开或关闭。

优选的，所述矿山巷道风门智能控制系统还包括地面集控中心；地面集控中心通过井下环网与保护器连接。地面集控中心即地面调度室，包括服务器、显示屏等，用于实时监测、控制井下设备。

优选的，所述保护器包括控制模块和无线通信模块；无线通信模块与所述无线基站无线连接。所述控制模块根据压力传感器采集的压力信息，控制风门电机，完成风门的开启、闭合动作，将风门电机的运行参数(电压值、电流值等)实时传输到地面集控中心，地面集控中心确定故障的发生并判断故障原因；实现地面对井下风门的实时监测功能。

进一步优选的，所述控制模块内存储有设备安装位置信息。

进一步优选的，所述控制模块为STM32F4芯片，所述无线通信模块包括WIFI无线通信模块和LAN8720以太网扩展模块。

优选的，所述保护器软件搭载ucosII操作系统和LWIP协议栈。LWIP协议栈用于TCP/IP网络通信的编程。

优选的，所述矿山巷道风门智能控制系统还包括车辆自动控制模块，车辆自动控制模块分别与车内无线信号接收器和车辆刹车系统连接，车辆自动控制模块内存储有刹车加速度阈值A和刹车时间阈值t。

优选的，所述压力传感器包括设置在风门内侧的风门内侧压力传感器和设置在风门外侧的风门外侧压力传感器。

一种利用上述系统进行矿山巷道风门智能控制的方法，包括步骤如下：

1)无车辆通过时，压力传感器输出的压力信号为零，当车辆驶入巷道，风门外侧压力传感器将采集到的压力信号传送到保护器；

2)保护器检测到压力信号，控制风门电机正向旋转，风门打开；

3)判断风门的打开状态，如果风门正常打开，车辆正常驶入风门；当风门内侧的压力传感器检测到压力信号时，控制风门电机反向旋转，风门关闭；

4)如果风门没有正常打开，保护器向无线基站发送报警信息；无线基站将报警信息转发至车内报警装置，车内报警装置发出报警，进入步骤5)；

5)车内报警装置发出报警后，驾驶员采取紧急制动，并下车使用紧急控制开关打开风门。

优选的，所述步骤5)之后还包括定位故障风门的步骤；无线基站将报警信息转发至车内报警装置的同时，将所述设备安装位置信息发送至地面集控中心，地面集控中心对故障风门位置进行定位。地面集控中心对故障风门位置进行定位后及时进行检修。

优选的，所述步骤3)之后还包括检测车辆实时加速度的步骤，车内报警装置接收到报警信息后，车辆自动控制模块检测车辆的实时加速度a，如果经过刹车时间阈值t，|a|≤A，则判断驾驶员未及时刹车，车辆自动控制模块自动控制刹车系统进行刹车操作。

优选的，当风门没有正常打开时，保护器采集风门电机的电流值和电压值；如果风门电机的电流值和电压值均为零，则判定系统发生断电故障；如果风门电机的电流值超过额定电流值的50％以上，则判定风门被卡住或者风门电机卡死。当电流、电压值归零说明风门系统发生断电或者其他机械故障，当电流突然大幅超过额定电流值说明可能发生了风门卡住，风门电机卡死等；此步骤用于判定风门没有正常打开的原因，便于快速作出应对措施。

优选的，所述步骤3)中判断风门的打开状态的具体方法为，角度传感器检测风门的打开角度，如果风门的打开角度大于80°，则判定风门正常打开，否则判定风门没有正常打开。

本发明的有益效果为：

1.本发明所述矿山巷道风门智能控制系统，能准确高效的检测来车，并及时开启、关闭风门，提高车辆通过效率，当风门发生故障时，能快速将故障信息传递给驾驶人员，保证井下人员安全，保证井下通风安全；

2.本发明所述矿山巷道风门智能控制系统，当风门发生故障，驾驶员又没有做出及时处理措施时，车辆能够自动制动停车，进一步保护了井下乘车人员的安全；

3.本发明所述矿山巷道风门智能控制系统，井下风门的状态信息实时上传地面控制平台；一方面，为风门的维护保养提供了数据支持；另一方面，当风门发生故障时，能准确及时的确定故障风门位置，提高维修效率。

附图说明

图1为本发明所述矿山巷道风门智能控制系统的结构示意图；

图2为本发明所述矿山巷道风门智能控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1

如图1所示。

一种矿山巷道风门智能控制系统，包括保护器、无线基站、压力传感器、角度传感器、车内无线信号接收器、车内报警器和风门电机；风门电机、角度传感器、压力传感器和无线基站分别与保护器连接，无线基站接入井下环网；车内报警装置通过车内无线信号接收器与无线基站无线连接；压力传感器铺设在巷道地面；角度传感器和风门电机安装在风门上。角度传感器用于检测风门打开的角度，进而判断风门的打开程度，风门电机控制风门的开启和关闭。所述保护器基于ARM单片机做的嵌入式系统开发。

实施例2

如实施例1所述的矿山巷道风门智能控制系统，所不同的是，所述矿山巷道风门智能控制系统还包括紧急控制开关，紧急控制开关与风门电机连接；紧急控制开关安装在风门上。当智能控制系统出现紧急故障时，可通过所述紧急控制开关手动控制风门电机完成风门打开或关闭。

实施例3

如实施例1所述的矿山巷道风门智能控制系统，所不同的是，所述矿山巷道风门智能控制系统还包括地面集控中心；地面集控中心通过井下环网与保护器连接。

实施例4

如实施例1所述的矿山巷道风门智能控制系统，所不同的是，所述保护器包括控制模块和无线通信模块；无线通信模块与所述无线基站无线连接。所述控制模块根据压力传感器采集的压力信息，控制风门电机，完成风门的开启、闭合动作，将风门电机的运行参数(电压值、电流值等)实时传输到地面集控中心，地面集控中心确定故障的发生并判断故障原因；实现地面对井下风门的实时监测功能。

实施例5

如实施例4所述的矿山巷道风门智能控制系统，所不同的是，所述控制模块内存储有设备安装位置信息。

实施例6

如实施例4所述的矿山巷道风门智能控制系统，所不同的是，所述控制模块为STM32F4芯片，所述无线通信模块包括WIFI无线通信模块和LAN8720以太网扩展模块。

实施例7

如实施例1述的矿山巷道风门智能控制系统，所不同的是，所述保护器软件搭载ucosII操作系统和LWIP协议栈。LWIP协议栈用于TCP/IP网络通信的编程。

实施例8

如实施例1述的矿山巷道风门智能控制系统，所不同的是，所述矿山巷道风门智能控制系统还包括车辆自动控制模块，车辆自动控制模块分别与车内无线信号接收器和车辆刹车系统连接，车辆自动控制模块内存储有刹车加速度阈值A和刹车时间阈值t。

实施例9

如实施例1述的矿山巷道风门智能控制系统，所不同的是，所述压力传感器包括设置在风门内侧的风门内侧压力传感器和设置在风门外侧的风门外侧压力传感器。

实施例10

如图2所示。

一种利用实施例1-9所述系统进行矿山巷道风门智能控制的方法，包括步骤如下：

1)无车辆通过时，压力传感器输出的压力信号为零，当车辆驶入巷道，风门外侧压力传感器将采集到的压力信号传送到保护器；

2)保护器检测到压力信号，控制风门电机正向旋转，风门打开；

3)判断风门的打开状态，如果风门正常打开，车辆正常驶入风门；当风门内侧的压力传感器检测到压力信号时，控制风门电机反向旋转，风门关闭；

4)如果风门没有正常打开，保护器向无线基站发送报警信息；无线基站将报警信息转发至车内报警装置，车内报警装置发出报警，进入步骤5)；

5)车内报警装置发出报警后，驾驶员采取紧急制动，并下车使用紧急控制开关打开风门。

实施例11

如实施例10所述矿山巷道风门智能控制的方法，所不同的是，所述步骤5)之后还包括定位故障风门的步骤；无线基站将报警信息转发至车内报警装置的同时，将所述设备安装位置信息发送至地面集控中心，地面集控中心对故障风门位置进行定位。地面集控中心对故障风门位置进行定位后及时进行检修。

实施例12

如实施例10所述矿山巷道风门智能控制的方法，所不同的是，所述步骤3)之后还包括检测车辆实时加速度的步骤，车内报警装置接收到报警信息后，车辆自动控制模块检测车辆的实时加速度a，如果经过刹车时间阈值t，|a|≤A，则判断驾驶员未及时刹车，车辆自动控制模块自动控制刹车系统进行刹车操作。

实施例13

如实施例10所述矿山巷道风门智能控制的方法，所不同的是，当风门没有正常打开时，保护器采集风门电机的电流值和电压值；如果风门电机的电流值和电压值均为零，则判定系统发生断电故障；如果风门电机的电流值超过额定电流值的50％以上，则判定风门被卡住或者风门电机卡死。当电流、电压值归零说明风门系统发生断电或者其他机械故障，当电流突然大幅超过额定电流值说明可能发生了风门卡住，风门电机卡死等；此步骤用于判定风门没有正常打开的原因，便于快速作出应对措施。

实施例14

如实施例10所述矿山巷道风门智能控制的方法，所不同的是，所述步骤3)中判断风门的打开状态的具体方法为，角度传感器检测风门的打开角度，如果风门的打开角度大于80°，则判定风门正常打开，否则判定风门没有正常打开。