基于石墨烯碳纤维电热膜的矿用加热系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于石墨烯碳纤维电热膜的矿用加热系统，涉及矿用温控领域。该系统包括电气控制系统、监控系统及电热膜固定保护装置；电气控制系统为双重温度控制系统，包括电源电路、负荷电路、双重控制电路、PLC控制电路以及K型温度控制器电路；监控系统包括组态监控和视频监控，通过温度传感器和视频监控摄像头分别采集温度值和视频信息，并设置报警条件进行控制；电热膜固定保护装置包括固定于闸门上的电热膜固定保护装置和固定于剩余负荷上的电热膜固定保护装置，两者均包括有电热膜和硅酸铝保温棉层，使热量只向需要加热的地方传导。本发明专利技术有效解决了环境污染的问题，不仅节约了大量的人力、物力、财力的消耗，更保证了取暖或加热的安全。

【技术实现步骤摘要】
基于石墨烯碳纤维电热膜的矿用加热系统
本专利技术涉及矿用温控领域，具体为一种基于石墨烯碳纤维电热膜的矿用加热系统。
技术介绍
在一些煤矿的地面上，一般都建有大储量的储煤仓，用于火车的装载，储煤仓下部设有漏煤嘴及闸门。进入冬季需采取有效的防冻措施，保证漏煤嘴及闸门不冻结，确保火车按时正常发运。以前，矿上通常使用燃煤锅炉向储煤仓底部提供热风实现防冻目的，例如4000吨的储煤仓要每年要采用2吨的燃煤。但是该方式能耗高、污染大，属于环保政策明令淘汰设备，所以需要淘汰拆除。因此为解决闸门防冻问题，需要另行开发一种低成本、低能耗、安全可靠的电加热系统，来彻底解决闸门防冻难题。
技术实现思路
本专利技术为了解决低成本、低能耗、安全可靠的闸门防冻的问题，提供了一种基于石墨烯碳纤维电热膜的矿用加热系统。本专利技术是通过如下技术方案来实现的：一种基于石墨烯碳纤维电热膜的矿用加热系统，包括电气控制系统、监控系统及电热膜固定保护装置；一、所述电气控制系统为双重温度控制系统，包括电源电路、负荷电路、双重控制电路、PLC控制电路以及K型温度控制器电路；设定负荷的数量为n，分别为负荷Ⅰ、负荷Ⅱ……负荷n；电源电路：包括总漏电保护断路器QF和总接触器KM，总接触器KM的常开触点与灯L2串联后与按钮开关SB1并联，所形成的并联电路与总接触器KM的线圈以及按钮开关SB2串联，形成的串联电路Ⅰ，总接触器KM的常闭触点与灯L1串联后形成串联电路Ⅱ，串联电路Ⅰ与串联电路Ⅱ并联后通过对应的熔断器FU连接于单相电源；负荷电路：所述负荷Ⅰ、负荷Ⅱ……负荷n各自分别与对应的接触器KM1、KM2……KMn的常开触点以及漏电保护断路器QF1、QF2……QFn串联后分别接入到三相电源的其中一相，接入A相、B相、C相的负荷数量为n/3，四舍五入取整数，保证全部负荷接入；PLC控制电路：包括PLC可编程控制器，所述PLC可编程控制器的若干输入端口与对应数量的接触器KM连接、输出端口与对应数量的中间继电器J的线圈连接，接触器KM与中间继电器J的数量均比负荷的数量多1个，接触器KM除与负荷对应的接触器KM1、KM2……KMn以外，还设有接触器KMn+1，中间继电器J分别为J1、J2……Jn、Jn+1；所述中间继电器Jn+1单控接触器KMn+1动作，所述PLC控制电路通过变压器T、对应的熔断器FU以及漏电保护断路器QF与单相电源连接，所述PLC可编程控制器还与温度变送器Ⅶ连接；K型温度控制器电路：包括若干K型温度控制器，所述K型温度控制器的数量等于负荷的数量，所述K型温度控制器分别为K1、K2……Kn；所有的K型温度控制器的电源均通过接触器KMn+1的常闭触点、对应的熔断器FU以及漏电保护断路器QF与单相电源连接；双重控制电路：所有的K型温度控制器的常开触点均与接触器KMn+1的常开触点并联，并联后的电路与各自对应的接触器KM1、KM2……KMn的线圈分别串联，所形成的串联电路再各自分别与对应的中间继电器J1、J2……Jn的常闭触点串联，形成双重控制电路，所述双重控制电路通过对应的熔断器FU与漏电保护断路器QF与单相电源连接；二、所述监控系统包括多个温度传感器和多个视频监控摄像头，所述温度传感器安装于各加热单元，所述视频监控摄像头分布于各个负荷所在位置，所述温度传感器与RS485光电转换器Ⅰ连接，并通过通讯光缆与RS485光电转换器Ⅱ连接，所述RS485光电转换器Ⅱ与RS485转RS232无源转换器连接，所述RS485转RS232无源转换器与组态监控电脑连接；所述视频监控摄像头与以太网交换机Ⅰ连接，所述以太网交换机Ⅰ与以太网光电转换器Ⅰ连接后通过通讯光缆与以太网光电转换器Ⅱ连接，所述以太网光电转换器Ⅱ与以太网交换机Ⅱ连接后再与视频监控电脑连接；所述以太网交换机Ⅰ还与PLC控制器连接；所述PLC控制器通过以太网交换机Ⅰ、以太网光电转换器Ⅰ、通讯光缆、以太网光电转换器Ⅱ、以太网交换机Ⅱ接入组态监控电脑；三、电热膜固定保护装置：所述电热膜固定保护装置包括固定于闸门上的电热膜固定保护装置和固定于剩余负荷上的电热膜固定保护装置：固定于闸门上的电热膜固定保护装置固定于闸门铁板的外侧，所述闸门铁板呈弧形，所述电热膜固定保护装置包括保护壳和发热单元，所述发热单元位于保护壳内部，所述保护壳的形状与闸门铁板相匹配、且左右边缘和下边缘均焊接于闸门铁板，使保护壳与闸门铁板之间留有填充的间隙，所述保护壳的上边缘开口、且设有保护壳盖，所述保护壳盖通过密封胶皮和螺栓安装于闸门铁板上，所述保护壳左边缘的铁皮上还设有喇叭嘴安装孔；所述发热单元包括硅酸铝保温棉层、万能胶层、白铁皮、电热膜及温度传感器，按从闸门铁板向外的顺序依次为温度传感器、电热膜、硅酸铝保温棉层及白铁皮，相邻的部件之间通过万能胶层粘结为一体，所述电热膜和温度传感器紧贴闸门铁板；所述电热膜的电线从硅酸铝保温棉层内穿出，并从喇叭嘴安装孔伸出与电路连接，所述电热膜固定保护装置的下侧紧贴固定有导水角铁；固定于剩余负荷上的电热膜固定保护装置，包括电热膜和硅酸铝保温棉层，所述电热膜贴于加热体上，所述硅酸铝保温棉层覆盖于电热膜外侧，所述电热膜内侧还设有温度传感器；所述硅酸铝保温棉层上还包裹有铝箔。本专利技术为了实现煤矿上闸门的防冻，开发了一种基于石墨烯碳纤维电热膜的矿用加热系统，包括电气控制系统、监控系统及电热膜固定保护装置。本专利技术首先选用了石墨烯碳纤维电热膜作为热源，其功率为200-400W/m2，电热转化率高达98%，具备发热均匀、加热效率高、自身能耗低、耐酸、耐碱、耐老化、使用寿命长和一定的防水性等特点，所以是最理想的闸门或工业设备电加热体，为了避免采用煤加热自燃或者热量不足闸门冻结，开发了双重温度控制系统，实现了双重温控保护功能，一是通过PLC可编程控制器进行编程命令的执行实现温度控制，二是通过K型温度控制器进行温控，两套温控方式形成一主用一备用确保温控时刻有效，原理图如图1所示。在上面系统和装置的基础上，我们发现还需要对于各个闸门进行视频和温度上的监控，所以还设有温度监控系统，通过监控电脑的组态软件对温度传感器和PLC控制器进行组态，可显示温度传感器传来的每个传感器的数据，实现对各加热单元的实时监控，并设置低温、高温、故障等报警提示。当电加热系统某一加热单元出现故障时能及时发出报警音乐，弹出报警信息窗口，提示维修人员前去处理该故障，原理图如图2所示。三部分共同使加热系统安全可靠的运行。工作过程分别如下：一、电气控制系统：当闭合总漏电保护断路器QF后，按SB1启动按钮，总接触器KM吸合，过欠压保护器自动吸合，将所有的漏电保护断路器QF闭合，各电源和控制部分完成基本送电，进入到自动控制阶段。K型温度控制器启动即K1-Kn，它根据设置好的温度值分合K1-Kn常开触点，从而对KM1-KMn加热组进行恒温加热控制；为了防止K型温度控制器内的继电器长时间高频次使用造成损坏，本专利技术通过PLC编写温控程序进行备用控制，若K型温控器发生故障，PLC通过控制Jn+1实现KMn+1动作，KMn+1的常开触点闭本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于石墨烯碳纤维电热膜的矿用加热系统，其特征在于：包括电气控制系统、监控系统及电热膜固定保护装置；/n一、所述电气控制系统为双重温度控制系统，包括电源电路、负荷电路、双重控制电路、PLC控制电路以及K型温度控制器电路；设定负荷的数量为n，分别为负荷Ⅰ、负荷Ⅱ……负荷n；/n电源电路：包括总漏电保护断路器QF和总接触器KM，总接触器KM的常开触点与灯L2串联后与按钮开关SB1并联，所形成的并联电路与总接触器KM的线圈以及按钮开关SB2串联，形成的串联电路Ⅰ，总接触器KM的常闭触点与灯L1串联后形成串联电路Ⅱ，串联电路Ⅰ与串联电路Ⅱ并联后通过对应的熔断器FU连接于单相电源；/n负荷电路：所述负荷Ⅰ、负荷Ⅱ……负荷n各自分别与对应的接触器KM1、KM2……KM

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯碳纤维电热膜的矿用加热系统，其特征在于：包括电气控制系统、监控系统及电热膜固定保护装置；
一、所述电气控制系统为双重温度控制系统，包括电源电路、负荷电路、双重控制电路、PLC控制电路以及K型温度控制器电路；设定负荷的数量为n，分别为负荷Ⅰ、负荷Ⅱ……负荷n；
电源电路：包括总漏电保护断路器QF和总接触器KM，总接触器KM的常开触点与灯L2串联后与按钮开关SB1并联，所形成的并联电路与总接触器KM的线圈以及按钮开关SB2串联，形成的串联电路Ⅰ，总接触器KM的常闭触点与灯L1串联后形成串联电路Ⅱ，串联电路Ⅰ与串联电路Ⅱ并联后通过对应的熔断器FU连接于单相电源；
负荷电路：所述负荷Ⅰ、负荷Ⅱ……负荷n各自分别与对应的接触器KM1、KM2……KMn的常开触点以及漏电保护断路器QF1、QF2……QFn串联后分别接入到三相电源的其中一相，接入A相、B相、C相的负荷数量为n/3，四舍五入取整数，保证全部负荷接入；
PLC控制电路：包括PLC可编程控制器，所述PLC可编程控制器的若干输入端口与对应数量的接触器KM连接、输出端口与对应数量的中间继电器J的线圈连接，接触器KM与中间继电器J的数量均比负荷的数量多1个，接触器KM除与负荷对应的接触器KM1、KM2……KMn以外，还设有接触器KMn+1，中间继电器J分别为J1、J2……Jn、Jn+1；所述中间继电器Jn+1单控接触器KMn+1动作，所述PLC控制电路通过变压器T、对应的熔断器FU以及漏电保护断路器QF与单相电源连接，所述PLC可编程控制器还与温度变送器Ⅶ连接；
K型温度控制器电路：包括若干K型温度控制器，所述K型温度控制器的数量等于负荷的数量，所述K型温度控制器分别为K1、K2……Kn；所有的K型温度控制器的电源均通过接触器KMn+1的常闭触点、对应的熔断器FU以及漏电保护断路器QF与单相电源连接；
双重控制电路：所有的K型温度控制器的常开触点均与接触器KMn+1的常开触点并联，并联后的电路与各自对应的接触器KM1、KM2……KMn的线圈分别串联，所形成的串联电路再各自分别与对应的中间继电器J1、J2……Jn的常闭触点串联，形成双重控制电路，所述双重控制电路通过对应的熔断器FU与漏电保护断路器QF与单相电源连接；
二、所述监控系统包括多个温度传感器（102）和多个视频监控摄像头（101），所述温度传感器（102）安装于各加热单元，所述视频监控摄像头（101）分布于各个负荷所在位置，所述温度传感器（102）与RS485光电转换器Ⅰ（103）连接，并通过通讯光缆（107）与RS485光电转换器Ⅱ（109）连接，所述RS485光电转换器Ⅱ（109）与RS485转RS232无源转换器（108）连接，所述RS485转RS232无源转换器（108）与组态监控电脑（113）连接；
所述视频监控摄像头（101）与以太网交换机Ⅰ（105）连接，所述以太网交换机Ⅰ（105）与以太网光电转换器Ⅰ（104）连接后通过通讯光...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯驰，刘振雄，云磊，刘岳，尉志武，胡瀚超，
申请(专利权)人：大同煤矿集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：山西;14