一种矿用局部通风机三级智能联控系统的制作方法

本实用新型属于矿井巷道智能控制技术领域，尤其涉及一种矿用局部通风机三级智能联控系统。

背景技术：

煤矿通风机是保障安全开采的关键设备，在煤矿灾害中造成群死群伤事故的最主要灾害是瓦斯爆炸，通风机是冲淡和排出井下瓦斯、保证井下工作人员有足够数量且符合要求的空气。目前我国煤矿井下局部通风机大多采用同步电机驱动，恒速运转，研究的通风机调速控制也大多是从电气角度进行的程序控制，也有一些模糊控制的研究，但并没用很好的结合矿井实际，不能投入实际应用。

另一方面，通风机的操作基本是由队组专门人员看护，局部通风机的看护既要掌握矿用防爆开关的操作及运行规范，又需要掌握巷道通风安全知识，对看护人员的素质知识水平要求较高，但是目前全国矿井的所有局部通风机看护人员的学历和知识水平较低，在矿井中出现漏电、短路等供电事故，或者在巷道中出现瓦斯超限等突发状况造成井下大面积停电时，经常无法按照要求正常启动局部通风机，造成瓦斯超限，极大的影响矿井安全。

技术实现要素：

本实用新型克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：目前井下由于人为因素造成的潜在安全问题，提供一种“风机点-井下变电所-地面调度”三级智能联控系统，该系统集矿井供电、矿井通风及矿井自动化监测为一体的控制系统，以自动化控制替代人为操作，最终实现局部通风机无人值守，减人提效，减少人为失误，确保矿井安全高效生产。本实用新型是通过如下技术方案实现的。

一种矿用局部通风机三级智能联控系统，包括设置在井下风机点的监测系统，设置在井下变电所的转换系统以及设置在地面配电点的控制系统；所述的监测系统包括馈电开关、双电源风机开关、直流电源、瓦斯传感器、风速传感器、视频监控装置；所述的转换系统包括监控分站、直流电源、以太网交换机；所述的控制系统包括地面控制机、调度视频及监控软件；所述的控制系统通过以太网与转换系统连接，所述的转换系统与监测系统连接。

进一步的，所述的转换系统通过RS485总线与监测系统连接。

进一步的，所述的以太网交换机为多光口矿用本安交换机。

进一步的，所述的视频监控装置为摄像头。

进一步的，所述的控制系统连接多个监测联控系统，所述的监测联控系统由所述的转换系统与监测系统组成，所述的转换系统通过RS485总线与监测系统连接。

进一步的，所述的地面控制机为矿用本安控制器。

进一步的，所述的视频监控装置为防爆摄像头，所述的防爆摄像头设置在下风机点的风机处。

局部通风机三级智能联控系统采用以太网构建基础通信网络，总体采用RS485总线和以太网混合的方案，二级分层分布式网络结构，系统后台与地面控制机之间采用以太网，地面控制机与监测系统的开关设备之间采用RS485总线，系统传输介质宽带层为光纤/超五类网线，现场总线层为屏蔽通讯电缆，基于采区变电所与中央变电所距离较远，必要时，在各采区变电所增加多光口KJJ12矿用本安交换机，以减少线缆的使用，降低成本，提高系统可靠性。

本实用新型相对于现有技术所产生的有益效果为。

1）将原来“队组分散看护”变为“地面-采区变电所-风机配电点”三级监控，以自动化控制代替人为操作，大大降低人为操作失误的概率。

2）将原来“专人看管”变为“远程监控+巡逻看管”，风机运行时变电所内专人监控所有配电点风机，专业巡逻队伍按计划巡视所有风机地点，大大减少风机点专业看管人员和专业维修人员的配备，用工数量明显减少。

3）将原来“队组各自试验”变为“集中试验”，漏电试验、切换试验等工作可以集中在采区变电所由专人每天进行，并且将结果上传总调，杜绝虚假试验。

4）缩短事故响应时间，实现局扇的远程启停操作。若矿井发生大面积停电事故造成风机双停时，可以在满足规程要求的前提下地面或采区变电所直接控制风机启动。

5）能够远程实现风机切换试验、风电闭锁试验，并且记录试验时间、试验人员和试验结果，达到井下少人或无人值守，方便各级工作人员及时掌握通风设备运行情况。

6）能够在井下采区变电所或值班硐室实时观察到区域内局部通风机的运行状态和提供事故报警。

7）系统采用分层分布式的体系结构，设备层和站控层相对独立、互不影响。系统的维护和升级非常方便，可以在不影响系统正常工作的情况下，对设备层的设备进行升级。系统可根据需要灵活配置，系统模块可组可分。从站控层到设备层的双网双机冗余设计，最大程度上保证了系统的可靠性，面向设备建模的实时数据库，使系统更符合实际。

附图说明

图1为本实用新型连接结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。下面结合实施例及附图详细说明本实用新型的技术方案，但保护范围不被此限制。

如图1所示，本实用新型一种局部通风机三级智能联控系统，主要由三级部分组成，一级地面调度中心由客户端计算机、监控服务器及其软件等组成，这部分构成井上的控制系统；主要负责全矿井下所有局部通风机的监控，考虑调度中心人员的知识及素质，主要以监测功能为主，控制功能依据权限仅对矿级领导开放，所有采区矿用本安监控计算机数据经井上以太网交换机传输至监控服务器，进行运算，最终实现对全矿矿井下所有局部通风机进行监控；二级变电所，依据矿井开拓情况可以是中央变电所，也可以是采区变电所，变电所内主要安装矿用本安计算机、矿用本安以太网交换机及矿用直流电源，这部分构成转换系统；矿用本安以太网交换机将从该采区所有风机配电点采集过来的数据汇总传至矿用本安计算机，由专人监控，实现对采区集中控制，完成多层次对局部通风机的控制，增强了整个系统的多层控制与数据交流，更深层次的实现无人值守；三级风机点设置了监测系统，主要有矿用本安控制箱、CO传感器、CH4传感器、风速传感器、温度传感器、馈电开关、双电源风机开关，馈电开关和双电源风机开关主要给局部通风机供电，四种传感器监测掘进面的环境数据并上传至矿用本安控制箱，馈电开关和双电源风机开关将供电参数局部通风机的运行状态上传至矿用本安控制箱，然后上传至变电所矿用本安计算机。

局部通风机三级智能联控系统系统充分利用Windows平台的性能特点：多任务、多线程机制，易学易用的统一图形界面，完全支持TCP/IP协议，具备强大的容错能力及系统安全性；

采用以太网构建基础通信网络，总体采用RS485总线和以太网混合的方案，三级分层分布式网络结构，系统后台矿用本安控制器之间采用以太网，矿用本安控制器与开关设备之间采用RS485总线；传输介质宽带层为光纤/超五类网线，现场总线层为屏蔽通讯电缆，基于采区变电所与中央变电所距离较远，必要时，在各采区变电所增加多光口矿用本安交换机，以减少线缆的使用，降低成本，提高系统可靠性；矿用本安控制器安置在局扇通风机控制设备处，能实现就地集中数据监测显示和设备控制的功能，能对采集到的信息进行处理转换，集中上传到系统地面主机，矿用本安型控制箱接收地面监控站的指令，实现对关联设备的控制，也可以通过采集传感器和关联开关设备的信息，完成对关联开关设备的自动控制；同时根据煤矿规程要求就地实现对关联开关设备的各种试验，并将信息上传到变电所监控计算机。

针对地面与井下管理的难以统一，该系统开发了“三级机集中监控系统”采用主从式结构，实现对全矿远程监控。作为一种集计算机技术、自动化技术、通讯技术、控制技术、网络技术、显示技术、和转换技术等为一体的当代最先机的计算机控制技术将矿井供电控制工艺、通风安全工艺及自动化监控技术于一体在工业过程控制等领域表现了极强的功能，打破了传统控制回路要求，设备一对一地分别进行连线的结构形式，是系统功能能够不依赖监控中心直接在现场完成，实现彻底的分散控制，克服了一系列的缺陷。

本装置具有“一键送电”功能，针对电网波动等原因造成井下大面积停电时，为了快速回复送电系统，系统在上位机上设计了快速供电功能，主要针对主副供电电源馈电开关。在程序中，可以选择一键供电，快速恢复风机开关上一级供电电源开关，也可以在窗口中逐一选择要启动的开关。“一键送电开关”不包含风机开关在内，因风机开关在考虑送电时必须观察甲烷等危险气体的浓度。

针对井下因长时间停电或“放炮”后产生大量的瓦斯聚集，需要考虑到风机侧瓦斯是否超过0.5%，工作面瓦斯是否超过1%等因素，根据《煤矿安全规程》严禁避免“一风吹”的现象出现，选择了一启一停的循环方式对瓦斯进行排放。这种方式在系统运转正常后可在地面进行排瓦斯，并将其设立为一种模式，当需要“点动排瓦斯”时，设立启停的循环次数，并对启停分别设立时间，打开这种模式后，当启动风机时，风机开关边按照模式循环启停风机来调节风机风量来排瓦斯。并在此基础之上设立了“自动排瓦斯”，即当主辅电源掉电之后，如果在规定时间内瓦斯没有聚集之前，设定恢复送电后，风机自启动并按照预先设定的点动模式开启风机，瓦斯传感器T1、T2、 T3、T4参数设定不同，系统将自动根据各传感器监测数据进行自动排瓦斯。

本系统为考虑绝对的安全性，观察现场风机运行状态，避免人为破坏。在风机处安装了防爆摄像头。当风机状态发生改变时，上位机在发出声光报警的同时调出现场实时视频，观测风机状态改变原因。当风机出现故障时，观测处理人员是否按时到位等事件的记录。真正做到了“身如其境”。

系统具备自动模式，即无人值守的状态下，系统会根据事先设定好的门槛值完成相关操作。考虑到风机监测的主要参数是甲烷、风速等，根据传感器监测的甲烷、风速、CO等浓度值，在控制箱即上位机上设立相关的门槛值，主要处理如下：

T1、T2、T3瓦斯参数设置界面。1.当瓦斯含量大于单机到双机切换值时，风机就会切换成双机模式工作；2.当瓦斯含量大于闭锁值，风机会切换成双机模式工作，并且会闭锁动力供电开关；3.当瓦斯含量小于双机到单机切换值时，风机就会切换到单机模式工作；4.当瓦斯含量小于解锁值时，风机会切换到单机模式工作，并且会解锁动力供电开关。

T4瓦斯参数设置界面。1.当瓦斯含量大于闭锁值时，风机会切换到双机模式工作，动力供电开关会闭锁；2.当瓦斯含量小于解锁时，动力供电开关会解锁。

风速的参数设置界面。1.当风速大于双机到单机切换值时，即风速过大，风机会切换到单机模式工作；2.当风速小于单机到双机切换值时，即风速过小，风机会切换到双机模式工作。风量也是如此。

自动运行：根据瓦斯、风速、风量环境参数自动切换成单机或双机运行。

自动运行的优先级如下：

瓦斯T4超过闭锁值，即瓦斯超标，风机会切换到双机模式工作，动力供电开关闭锁。

瓦斯T1，T2，T3超过闭锁值，即瓦斯超标，风机切换为双机模式工作，动力供电开关闭锁。

瓦斯T1，T2，T3大于单机到双机切换值，即瓦斯超标，风机切换为双机模式工作，动力供电开关保持原样。

风速、风量低于单机到双机切换值，即风速过低，风机切换为双机模式工作，动力供电开关保持原样。

风速、风量高于双机到单机切换值，即风速过高，风机切换为单机模式工作，动力供电开关保持原样。

瓦斯T1，T2，T3低于双机到单机切换值，即瓦斯不超标，风机切换为单机模式工作，动力供电开关保持原样。

瓦斯T1，T2，T3，T4同时低于解锁值，动力供电开关才会解锁。

即自动运行时风机会自动完成相关的单双机调节及闭锁功能，不但省去了人力而且节约用电，真正做到了无人值守的效果。值班人员只需在系统发出报警后调度相关人员集中处理便可。很大程度上使值班人员统一完成调度，极大程度提高了工作效率。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所做的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式仅限于此，对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定专利保护范围。