掘进工作面多气体检测及风机控制一体化系统的制作方法

本实用新型涉及一种煤矿安全技术领域，特别是涉及一种掘进工作面多气体检测及风机控制一体化系统。

背景技术：

掘进工作面通风安全监控及预警预测是煤矿安全生产的重要保障。目前国内外学者在矿井通风系统故障预测和控制方面成果斐然，例如，加拿大采用电子叶片对风流的测定评估及紧急状态瓦斯突出报警系统进行了研究；国内也有许多人发明了类似的井下气体监测装置。例如，西安科技大学的张小艳的一种矿井掘进工作面多参数监测装置，其能实现掘进工作面的气体监测，优点在于：可以无线操控，缺点在于：只能监测不能监控。例如，中国矿业大学的刘毅和孙继平的基于图像的煤矿掘进工作面煤与瓦斯突出报警方法，其能实现掘进工作面的气体监测，优点在于：瓦斯含量超过额定值时可以自动断电闭锁，缺点在于：只能监测瓦斯，且不能控制局部风机来调节。例如，济宁矿业集团花园井田资源开发有限公司的王召强、孙永新、韩来田和李伟的一种用于煤矿矿井多种数据测量的监测系统，优点在于：可以测量井下多气体参数，缺点在于：只能监测不能监控。我国对瓦斯智能监控报警系统进行的开发与应用。但在多气体实时诊断方面的研究还处于起步阶段，是现目前亟待解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种掘进工作面多气体检测及风机控制一体化系统。

为了实现本实用新型的上述目的，本实用新型提供了一种掘进工作面多气体检测及风机控制一体化系统，该系统包括设置在掘进工作面的至少一个气体传感器，以及在箱体内设置的控制器和在箱体外部或与箱体集成一体设置的并与控制器相连的触摸显示屏，所述气体传感器输出的数据信号通过变送器传输至控制器，还包括主风机、主风机变频器和主风机中间继电器，控制器的主风机中间继电器开关输出端与主风机中间继电器的开关输入端相连，主风机中间继电器的开关输出端与主风机变频器的开关输入端相连，控制器的主风机变频输出端与主风机变频器的变频输入端相连，主风机变频器的变频输出端与主风机的变频输入端相连。通过气体传感器为CH₄浓度传感器、CO浓度传感器、CO₂浓度传感器和温度传感器检测的数据来调节风机的运转，控制风量大小，有利于掘进面工作的正常开展。

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括M个备用风机、M个备用风机变频器和M个备用风机中间继电器，所述M为正整数；控制器的第i个备用风机中间继电器开关输出端与第i个备用风机中间继电器的开关输入端相连，第i 个备用风机中间继电器的开关输出端与第i个备用风机变频器的开关输入端相连，控制器的第i个备用风机变频输出端与第i个备用风机变频器的变频输入端相连，第i个备用风机变频器的变频输出端与第i个备用风机的变频输入端相连，所述i为不大于M的正整数。当主风机损坏时，可以利用备用风机代替主风机工作。

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括设置在备用风机出风口的备用风机风量传感器，备用风机风量传感器的输出端与控制器的备用风机风量输入端相连。利用备用风机风量传感器来检测备用风机的风量/风速大小，及时将煤矿中的危险气体排除。

在本实用新型的一种优选实施方式中，在备用风机中包括用于检测备用风机运行状态的备用风机运行检测单元，备用风机运行检测单元包括备用风机转速传感器、备用风机风速传感器和备用风机风量传感器之一或者任意组合，备用风机运行检测单元的输出端与控制器的备用风机运行状态输入端相连。备用风机运行检测单元用于检测备用风机的转速、频率、风速和风量等，用于在触摸显示屏上显示备用风机的转速、频率等。

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括设置在箱体上的手动切换风机旋钮，手动切换风机旋钮的输出端与控制器的风机切换输入端相连。利用手动切换风机旋钮可以选择主风机运转，也可以选择备用风机运转。

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括设置在主风机出风口的主风机风量传感器，主风机风量传感器的输出端与控制器的主风机风量输入端相连。利用主风机风量传感器来检测主风机的风量/风速大小，及时将煤矿中的危险气体排除。

在本实用新型的一种优选实施方式中，所述气体传感器为CH₄浓度传感器、 CO浓度传感器、CO₂浓度传感器和温度传感器之一或它们的任意组合。

在本实用新型的一种优选实施方式中，在主风机中包括用于检测主风机运行状态的主风机运行检测单元，主风机运行检测单元包括主风机转速传感器、主风机风速传感器和主风机风量传感器之一或者任意组合，主风机运行检测单元的输出端与控制器的主风机运行状态输入端相连。主风机运行检测单元用于检测主风机的转速、频率、风速和风量等，用于在触摸显示屏上显示主风机的转速、频率等。

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括设置在箱体上的风机启动按钮和风机停止按钮，风机启动按钮的输出端与控制器的风机启动输入端相连，风机停止按钮的输出端与控制器的风机停止输入端相连。风机启动按钮和风机停止按钮用于启动和停止风机工作。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：本实用新型不但能实现多种气体的监测，还能通过变频器，调节风机转速。

附图说明

图1是本实用新型掘进工作面多气体检测及风机控制一体化系统的连接示意图。

图2是控制器的电路连接图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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实用新型和简化描述，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，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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。

本实用新型提供了一种掘进工作面多气体检测及风机控制一体化系统，如图1所示，该系统包括设置在掘进工作面的至少一个气体传感器，以及在箱体内设置的控制器和在外部或与箱体集成一体顶部设置的并与控制器相连的触摸显示屏，气体传感器输出的数据信号通过变送器传输至控制器，控制器传输给触摸显示屏进行显示。还包括主风机、主风机变频器和主风机中间继电器，控制器的主风机中间继电器开关输出端与主风机中间继电器的开关输入端相连，主风机中间继电器的开关输出端与主风机变频器的开关输入端相连，控制器的主风机变频输出端与主风机变频器的变频输入端相连，主风机变频器的变频输出端与主风机的变频输入端相连。

在本实施方式中，气体传感器为CH₄浓度传感器、CO浓度传感器、CO₂浓度传感器和温度传感器之一或它们的任意组合。优选的，气体传感器为CH₄浓度传感器、CO浓度传感器、CO₂浓度传感器和温度传感器，气体传感器为CH₄浓度传感器、CO浓度传感器、CO₂浓度传感器和温度传感器输出的数据信号通过变送器与控制器相连。其中控制器可以为但不限于为PLC，为PLC时具体选用欧姆龙 CP1H系列中的OMRON CP1H-XA40DR-A，变频器可以为但不限于选用VFD007M21A。在本实施方式中，控制器接收信息并传输信息，其操作流程和接收、输出的方法均采用现有技术。

系统以电气控制单元为核心，以井下多种毒性气体浓度为主参数，通过PLC 控制变频器，调节局部通风机转速，达到安全监控的目的。

井下工作面设置甲烷浓度传感器、一氧化碳浓度传感器、二氧化碳浓度传感器，负责收集气体浓度，通过矿用系统输入到到地面监控中心，部分数据经过变送器处理后变成PLC能接受的标准模拟量数据，由工业计算机收集，进行显示、存储、打印。

风机运行提示，风机故障提示等引入PLC开关量输入单元，被工业计算机收集，进行动画显示。

井下气体浓度经过传感器收集，输入到到控制室后，经过变送器进行相应处理后，变成PLC能识别的标准模拟量提示，引入模拟量输入单元(CP1W-AD041) 中，再由CPU单元进行处理，转换成数据，由工业计算机收集，做显示、存储。

PLC选择欧姆龙CP1H系列，控制器电路设计方案附图2所示，分为手动和自动控制2种方式，通过启动和停止按钮控制掘进工作面多气体实时诊断和控制一体化安全监控系统运行和停止，通过旋钮开关选择主用或备用通风机运行。按下急停按钮系统运行紧急停止，急停按钮复位后，系统恢复运行。

风机状态检测：KA2为变频器输出的运行提示，将此提示引入PLC输入模块，用来检测风机运行状态。KA3为变频器输出的故障提示，当风机故障或变频器故障时，输出此提示，应用PLC输入模块检测风机故障。

风筒风量检测：SQ1为风量检测传感器，风筒风量充足时，风筒进行扩张，传感器返回提示给PLC输入模块，通过触摸屏以数据、图表的形式供井上检测员查看。

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括M个备用风机、M个备用风机变频器和M个备用风机中间继电器，M为正整数；控制器的第i个备用风机中间继电器开关输出端与第i个备用风机中间继电器的开关输入端相连，第i个备用风机中间继电器的开关输出端与第i个备用风机变频器的开关输入端相连，控制器的第i个备用风机变频输出端与第i个备用风机变频器的变频输入端相连，第i个备用风机变频器的变频输出端与第i个备用风机的变频输入端相连， i为不大于M的正整数。在本实施方式中，优选的，备用风机台数为1台，相应的备用风机变频器和备用风机中间继电器也为1台。

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括设置在备用风机出风口的备用风机风量传感器，备用风机风量传感器的输出端与控制器的备用风机风量输入端相连。

在本实用新型的一种优选实施方式中，在备用风机中包括用于检测备用风机运行状态的备用风机运行检测单元，主风机运行检测单元包括主风机转速传感器、主风机风速传感器和主风机风量传感器之一或者任意组合，备用风机运行检测单元的输出端与控制器的备用风机运行状态输入端相连。优选的，主风机运行检测单元包括主风机转速传感器、主风机风速传感器和主风机风量传感器，主风机转速传感器的数据输出端与控制器的转速输入端相连，主风机风速传感器的数据输出端与控制器的风速输入端相连，主风机风量传感器的数据输出端与控制器的风量输入端相连。

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括设置在箱体上的手动切换风机旋钮，手动切换风机旋钮的输出端与控制器的风机切换输入端相连。

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括设置在主风机出风口的主风机风量传感器，主风机风量传感器的输出端与控制器的主风机风量输入端相连。

在本实用新型的一种优选实施方式中，在主风机中包括用于检测主风机运行状态的主风机运行检测单元，主风机运行检测单元包括主风机转速传感器、主风机风速传感器和主风机风量传感器之一或者任意组合，主风机运行检测单元的输出端与控制器的主风机运行状态输入端相连。

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括设置在箱体上的风机启动按钮和风机停止按钮，风机启动按钮的输出端与控制器的风机启动输入端相连，风机停止按钮的输出端与控制器的风机停止输入端相连。

在本实施方式中，在触摸显示屏上不限于显示风机的转速、频率、风量和风速，以及掘进面的空气温度、甲烷浓度、一氧化碳浓度和二氧化碳浓度，风机状态正常与否、风阀门状态、风筒风量状态充足与否，还可以在触摸显示屏设置空气温度、甲烷浓度、一氧化碳浓度和二氧化碳浓度阈值。通过在控制器内安装MCGS组态软件，在触摸显示屏上利用MCGS组态软件显示相应的画面。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。