深部开采矿井通风智能感知及远程统一调控系统技术方案

本发明专利技术提供的深部开采矿井通风智能感知及远程统一调控系统，其主要由智能感知设备、PLC控制柜(3)、中层光纤环网(18)、环网交换机(17)和工控机(19)组成，其中：PLC控制柜(3)设有模拟量输入端子(4)、变频器(12)、模拟量输入模块(13)、通讯模块(14)、CPU模块(15)，所述模拟量输入端子通过电缆与智能感知设备相连，变频器(12)与通风电机(2)连接并自动获取该电机运行参数，然后通过所述CPU模块、通讯模块、模拟量输入模块及中层光纤环网和环网交换机与上层监控终端的工控机(19)通信。本发明专利技术可拓展性强，提高了对深部开采矿井中多风机的统一调控效率和实时掌控优化能力。

【技术实现步骤摘要】
深部开采矿井通风智能感知及远程统一调控系统
本专利技术涉及深部开采矿井通风的远程智能感知及安全防护控制
，核心技术要点在于深部开采矿井通风智能感知及远程统一调控系统的设计、远程指令的实时发送与监测数据的智能化采集与处理。
技术介绍
随着矿山开采深度的逐年增加，通风系统管理及控制愈发复杂。迄今为止，加强矿井通风仍然是解决深部开采高温问题的有效途径。基于传感器技术、虚拟仪器技术以及物联网技术，以矿井风机为研究对象，采用LabVIEW编程技术、PLC技术及矿井通风优化理论，开展矿井通风智能感知及远程控制系统研究。采用高精度传感器智能感知风机工作参数、电机工作参数及矿井环境监测参数，快速识别风机工况点及地下工作环境。通过PLC及环网交换机将实时监测参数传输至地表监控终端，技术人员根据监测参数的变化远程控制矿井风机的转速、启停、正反转。研究成果有望为矿井通风安全提供可靠技术保障，对矿山节能减排、预防事故发生具有重要意义。矿井通风系统作为矿井生产系统的重要组成部分，对井下安全生产起着举足轻重的作用，尤其在深部开采矿井中。目前对全矿井通风系统状况的监控缺乏高效的技术手段，一般采用人工检测的方式和操作人员本地控制方式，每旬对全矿的主要通风巷道及用风地点进行一次风量、风压检测，传统人工检测的缺点主要表现在：①受到主观影响较大，精度会因不同的人测量产生微小偏差；②需要大量的人力进行现场的测量，速度慢、效率低、周期长，不利于企业控制人力检测成本，不能适应当前施工的需要；③人工现场监测读取有毒有害气体浓度参数时，存在一定的危险性；④人为的测量，现场的安全性难以很好的把握，且一般监测项目单一，不能实时全面地掌握井下各巷道的通风状况，难以实现对数据的实时处理和反馈；⑤相关隐患不能被及时发现，且发现后对风机的本地调控也不及时，对矿山的人员生命和安全生产造成了潜在的危害性；⑥单一类型的传感器进行监测和数据分析科学性不够，并且单一类型传感器自成一套系统，难以实现多种类型传感器数据监测的实时共享和分析，不能实现多条件的实时报警。同时由于矿山开采深度的增加，风机也越来越多，故需要对所有的风机进行统一远程调控管理，提高矿井通风工况点的调控效率，多传感器全面感知风机工作参数及环境参数，相互验证，确保及时准确预警并排除安全隐患，因此有必要提供一种新型调控系统。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种深部开采矿井通风智能感知及远程统一调控系统，该系统可以在线自动化监测风机和环境参数并动态分析，及时发现危害员工生产工作的隐患并通知人员加以控制，实现井下人员的作业安全性，保证生产的顺利运行。本专利技术解决其技术问题采用以下的技术方案：本专利技术提供的深部开采矿井通风智能感知及远程统一调控系统，主要由智能感知设备、PLC控制柜、中层光纤环网、环网交换机和工控机组成，其中：PLC控制柜设有模拟量输入端子、变频器、模拟量输入模块、通讯模块、CPU模块，所述模拟量输入端子通过电缆与智能感知设备相连，变频器与通风电机连接并自动获取该电机运行参数，然后通过CPU模块、通讯模块、模拟量输入模块及中层光纤环网和环网交换机与上层监控终端的工控机通信。所述智能感知设备由布置在深部开采矿井风机附近的智能传感器及变送器组成。所述智能传感器采用振弦式传感器、微电子传感器、差阻传感器或市面上常用的传感器。所述智能传感器采用风速传感器、温湿度传感器、O2浓度传感器、NO2浓度传感器、CO浓度传感器。所述变送器采用风压变送器、一体化振动变送器，其中：一体化振动变送器装在井下风机的外壳上，风压变送器布置在风机附近。所述PLC控制柜主要由电信号连接的CPU模块、模拟量输入模块、通讯模块、加热除湿设备，以及变频器、电源模块和各种开关按钮组成。所述通讯模块采用TCP/IPEthernet通讯模块。本专利技术提供的上述深部开采矿井通风智能感知及远程统一调控系统，其用途是：在深部开采矿井通风领域引入虚拟仪器软件LabVIEW和可编程逻辑控制器PLC软件进行智能感知及远程控制软件平台的联合开发中的应用。本系统应用时，可以采用以下的步骤：1)根据通风系统检测规范及现场监测要求，选择风机附近合适的位置安装传感器和PLC控制柜，并将传感器信号电缆连接至PLC控制柜里面的模拟量输入端子；2)PLC控制柜安装完毕后，将柜体内的TCP/IP通讯模块通过铠装网线连接至附近的环网交换机上，构成环网通讯回路；3)将工控机安装至调度室，用铠装网线与光线环网连接至一起，然后进行底层智能感知层、中层光纤环网和上层监控终端的通讯测试；4)通讯调试成功后，通过调度室内上位机来远程接收数据，实时显示风机、电机和附近环境的各项监测参数；5)具有相应权限的人员可综合考虑实时监测到的风机、电机和环境监测数据，井巷通风阻力、风机特性曲线及各相邻风机的相互影响，远程发送指令，控制各风机的启停、正反转和变频调速，快速改善井下通风状况。本专利技术与现有技术相比具有以下的主要优点：1.以深部开采矿井中的风机和采掘面作为监测对象，监测过程更具针对性，可以及时反映矿井风机和通风状况的主要安全影响因素的改变，从而全面了解井下通风系统运行情况和人机工作环境，提高风机统一调控效率和自动化管理水平，保障回采顺利进行和人员安全作业；2.传感器按照既定要求布置完毕后，各监测对象的物理化学变化会被传感器捕捉，信号通过信号线接入PLC控制柜中的模拟量输入模块，以2秒/次的速度对监测对象数据进行扫描刷新，将最新数据显示在监控终端界面上并存入数据库中，实时性较高；3.将不同类型的传感器集成于同一个监测系统，可以实现对现场的风压、风速、温湿度、风机振动烈度、CO浓度、NO2浓度、O2浓度以及电机的电流、电压、转速等项目的统一监测，建立起了关于通风基站风机、电机与环境为一体的监测体系，对风机、电机工作参数及环境监测参数的变化趋势和潜在安全隐患有更加多维和细致准确的反映；4.传感器的类型为振弦式和微电子式，精度较高，克服了传统监测和人工检测精度不够的问题，本监控系统在数据及指令传输的过程中，采用了交换机和光纤环网，实现了信号传输的稳定性和及时性，将智能感知设备、PLC控制柜、工控机紧密联系在一起，充分利用了遥测和遥控的优势，极大程度减少了人员的作业量，避免了操作人员因本地控制而被有毒有害气体伤害的安全隐患出现；5.操作人员在监控终端遥控某台风机的运行参数(启停、正反转、转速)时，可实时查看相邻及其他风机的各种监测参数的变化，总结相邻风机相互影响关系，并根据各风机个体特性曲线，将每台风机工况点调控至最佳范围，可及时防止因矿井风阻偶尔增加及各风机之间的相互影响而使工况点进入不稳定工作区间，优化风机工作参数，改善矿山节能减排效果；6.软件监测系统根据不同身份用户具有不同的操作权限的理念进行人性化的界面设计，只有具备风机远程控制资格的管理人员才能对风机进行统一调控，否则只能查看各个风机的监测数据和运行状态等参数，提高了管理决策及控制的安全性；7.监控系统在监测参数预警配置时，充分考虑到各监测对象安全要求标准的不同，有针对性地对每个对象设定了符合自身规定的精度要求和预警范围，使提出的通风安全隐患处理方案更加准确、具体、及时、有效，对各监测项目的变化趋势有精准的捕捉、监控和本文档来自技高网...

【技术保护点】
深部开采矿井通风智能感知及远程统一调控系统，其特征是主要由智能感知设备、PLC控制柜(3)、中层光纤环网(18)、环网交换机(17)和工控机(19)组成，其中：PLC控制柜(3)设有模拟量输入端子(4)、变频器(12)、模拟量输入模块(13)、通讯模块(14)、CPU模块(15)，所述模拟量输入端子(4)通过电缆与智能感知设备相连，变频器(12)与通风电机(2)连接并自动获取该电机运行参数，然后通过CPU模块(15)、通讯模块(14)、模拟量输入模块(13)及中层光纤环网(18)和环网交换机(17)与上层监控终端的工控机(19)通信。

【技术特征摘要】
1.深部开采矿井通风智能感知及远程统一调控系统，其特征是主要由智能感知设备、PLC控制柜(3)、中层光纤环网(18)、环网交换机(17)和工控机(19)组成，其中：PLC控制柜(3)设有模拟量输入端子(4)、变频器(12)、模拟量输入模块(13)、通讯模块(14)、CPU模块(15)，所述模拟量输入端子(4)通过电缆与智能感知设备相连，变频器(12)与通风电机(2)连接并自动获取该电机运行参数，然后通过CPU模块(15)、通讯模块(14)、模拟量输入模块(13)及中层光纤环网(18)和环网交换机(17)与上层监控终端的工控机(19)通信；所述智能感知设备由布置在深部开采矿井风机附近的智能传感器及变送器组成；所述智能传感器采用振弦式传感器、微电子传感器、差阻传感器，以及风速传感器(7)、温湿度传感器(8)、O2浓度传感器(9)、NO2浓度传感器(10)、CO浓度传感器(11)，它们通过固定杆(20)或传感器支架(21)布置在井下风机(1)的附近处，并且分别通过传感器信号电缆(22)与PLC控制柜(3)的模拟量输入端子(4)相连；所述变送器采用风压变送器(5)、一体化振动变送器(6)，其中一体化振动变送器(6)装在井下风机(1)外壳上，风压变送器(5)悬挂在巷道拱顶上方，它们分别通过电缆与PLC控制柜(3)的模拟量输入端子(4)相连。2.根据权利要求1所述的深部开采矿井通风智能感知及远程统一调控系统，其特征是所述PLC控制柜(3)主要...

【专利技术属性】
技术研发人员：任高峰，张卅卅，张聪瑞，郭星强，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42