CN113323706A - 矿井通风***及通风控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及矿井通风技术领域，提供一种矿井通风***及通风控制方法。矿井通风***包括：通风机，设置于矿井的通风风道中；多个采集终端，设置于包括通风机和通风风道的通风区域，用于采集通风区域的多项通风状态数据；现场控制装置，设置于矿井中，现场控制装置包括采集装置，各采集终端分别经采集装置与通风机的远程监控***通讯连接，采集装置用于采集各项通风状态数据并传输至远程监控***。本发明通过现场控制装置实现风机安装现场与远程监控***之间的通讯连接，能够极大地减少电缆使用量，便于电缆敷设和维护，且现场控制装置集信号采集和设备控制于一体，满足现代矿山的智能化建设需求。
Description
技术领域
本发明涉及矿井通风技术领域，具体地说，涉及一种矿井通风***及通风控制方法。
背景技术
在有色矿山矿井中，通风机是一种关键设备，能够实现矿井中空气流通。对于通风机，需要结合其自身运行情况以及矿井中的空气情况对其进行综合控制，同时允许现场人员对通风机进行一些基础控制操作。
参照图1所示的矿井通风***的传统架构，需要说明的是，图1仅示出一侧架构(可以是进风侧或回风侧)。
如图1所示，在风机安装现场，通过大量的信号采集设备11，采集包括通风机运行状态和矿井中空气流通状态的各项终端信号。各个信号采集设备11分别通过信号电缆110连接至远程的配电和集中监控***12，以将采集的各项终端信号传输至配电和集中监控***12，由配电和集中监控***12根据各项终端信号对通风机进行综合控制。
另外，在风机安装现场，设置有风机现场控制箱13和加热器现场控制箱14，用于通风机及其加热器的现场控制。风机现场控制箱13和加热器现场控制箱14分别通过启停控制信号电缆131和141连接配电和集中监控***12，以分别向配电和集中监控***12传输通风机/加热器的启停控制信号；配电和集中监控***12通过状态反馈信号电缆132和142分别向风机现场控制箱13和加热器现场控制箱14传输通风机/加热器的状态反馈信号；另外，配电和集中监控***12还通过电流信号电缆133向风机现场控制箱13反馈电流信号。
上述矿井通风***存在如下问题：
一、需要在风机安装现场敷设大量电缆至远程的配电和集中监控***12，才能实现各个信号采集设备11与配电和集中监控***12之间、以及风机现场控制箱13和加热器现场控制箱14与配电和集中监控***12之间的信号传输，造成电缆消耗量大，施工安装工程量大，且后期维护量大，维护不方便；
二、风机安装现场与配电和集中监控***12之间完全是硬接线连接，不具备***通讯功能；
三、风机现场控制箱13和加热器现场控制箱14需分别安装供操作和显示的开关按钮、信号灯、电流表等机械式电器元件，可观性差，且操作的范围和显示的信息有限，不符合现代矿山的智能化建设需求。
需要说明的是，上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种矿井通风***及通风控制方法，通过现场控制装置实现风机安装现场与远程监控***之间的通讯连接，能够极大地减少电缆使用量，便于电缆敷设和维护，且现场控制装置集信号采集和设备控制于一体，满足现代矿山的智能化建设需求。
本发明的一个方面提供一种矿井通风***，包括：通风机，设置于矿井的通风风道中；多个采集终端，设置于包括所述通风机和所述通风风道的通风区域，用于采集所述通风区域的多项通风状态数据；现场控制装置，设置于所述矿井中，所述现场控制装置包括采集装置，各所述采集终端分别经所述采集装置与所述通风机的远程监控***通讯连接，所述采集装置用于采集各项所述通风状态数据并传输至所述远程监控***。
在一些实施例中，所述现场控制装置还包括：人机接口，与所述采集装置通讯连接，所述人机接口用于显示风机运行状态并提供现场操作界面，所述采集装置还用于在所述人机接口和所述远程监控***之间传输交互数据。
在一些实施例中，所述人机接口为触控面板。
在一些实施例中，各所述采集终端分别通过信号电缆与所述采集装置连接，所述采集装置分别通过现场总线与所述远程监控***和所述人机接口连接。
在一些实施例中，所述采集装置包括：输入模块，与各所述采集终端连接；通讯模块，与所述远程监控***和所述人机接口连接。
在一些实施例中，所述现场控制装置还包括：急停装置，与所述远程监控***通讯连接。
在一些实施例中，所述急停装置为机械按钮；所述急停装置通过控制电缆与所述远程监控***连接。
在一些实施例中，多个所述采集终端包括：绕组温度传感器，设置于所述通风机的绕组上，用于采集所述通风机的绕组温度，并传输至所述采集装置；轴承温度传感器，设置于所述通风机的轴承上，用于采集所述通风机的轴承温度，并传输至所述采集装置；振动传感器，设置于所述通风机的机体上，用于采集所述通风机的振动数据，并传输至所述采集装置；压力传感器，设置于所述通风风道中，用于采集所述通风风道的气体压力，并传输至所述采集装置；浓度传感器，设置于所述通风风道中，用于采集所述通风风道的气体浓度，并传输至所述采集装置；风门状态传感器，设置于所述通风机的风门上，用于采集所述通风机的风门状态，并传输至所述采集装置。
在一些实施例中，所述绕组温度传感器包括三相绕组温度传感器；所述轴承温度传感器包括前轴温度传感器和后轴温度传感器；所述振动传感器包括水平振动传感器和垂直振动传感器；所述压力传感器包括负压传感器和压差传感器；所述浓度传感器包括一氧化碳传感器、一氧化氮传感器和二氧化硫传感器；所述风门状态传感器包括风门开到位传感器和风门关到位传感器。
本发明的另一个方面提供一种通风控制方法，应用于上述任意实施例所述的矿井通风***，所述通风控制方法包括：所述远程监控***接收所述现场控制装置的操作请求，所述操作请求包括所述通风机的启动请求、所述通风机的停止请求、所述通风机的加热器的启动请求及所述加热器的停止请求中的任一项；所述远程监控***根据各项所述通风状态数据，判断是否允许所述操作请求；若是，所述远程监控***根据所述操作请求控制所述通风机执行对应操作；以及，所述远程监控***根据各项所述通风状态数据，实时调整所述通风机的运行状态。
本发明与现有技术相比的有益效果至少包括：
通过现场控制装置实现风机安装现场与远程监控***之间的通讯连接，能够极大地减少风机安装现场的电缆使用量，节约铜金属消耗量，降低电缆敷设的工程量，并便于后期线缆维护；
简化现场控制装置，实现集信号采集、设备控制和状态监控于一体，提高工程的技术经济性，满足数字化、智能化的现代矿山建设需求。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出矿井通风***的传统架构图；
图2示出本发明一实施例中矿井通风***的架构示意图；
图3示出本发明又一实施例中矿井通风***的架构示意图；
图4示出本发明实施例中通风控制方法的步骤示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式使本发明全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。
附图仅为本发明的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
此外，附图中所示的流程仅是示例性说明，不是必须包括所有的步骤。例如，有的步骤可以分解，有的步骤可以合并或部分合并，且实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及不同实施例中的特征可以相互组合。
图2示出一实施例中矿井通风***的主要架构，参照图2所示，本实施例中矿井通风***包括：通风机(未具体示出)，设置于矿井的通风风道中；多个采集终端21，设置于包括通风机和通风风道的通风区域，用于采集通风区域的多项通风状态数据；现场控制装置22，设置于矿井中，现场控制装置22包括采集装置221，各采集终端21分别经采集装置221与通风机的远程监控***23通讯连接，采集装置221用于采集各项通风状态数据并传输至远程监控***23。
通风状态数据具体包括通风机的运行状态和通风风道的空气状态，将在下文中结合采集终端21进行详细说明。
图2示出的矿井通风***可以是矿井进风侧的通风***架构或回风侧的通风***架构，本说明书主要以矿井回风侧的通风***架构为例对矿井通风***进行说明，但不作为本发明的限制。也即，不管是矿井的进风侧或回风侧，均可以采用本发明的矿井通风***进行架构设计，以便于线缆敷设并实现智能化矿山设计。
图2中，加粗黑线代表敷设的线缆，箭头代表信号传输。
上述的矿井通风***，通过现场控制装置22实现风机安装现场与远程监控***23之间的通讯连接，在风机安装现场与远程监控***23之间，只需敷设少量电缆将各采集终端21接入现场控制装置22即可，由现场控制装置22统一实现与远程监控***23之间的信号传输。从而，能够极大地减少风机安装现场的电缆使用量，节约铜金属消耗量，降低电缆敷设的工程量，并便于后期线缆维护。
各采集终端21可分别通过信号电缆与采集装置221连接，采集装置221可通过现场总线与远程监控***23连接。现场控制装置22支持多种通讯方式与协议(包括工业以太网TCP/IP协议、MODBUS协议和PROFIBUS协议等)，集信号采集、设备控制和状态监控于一体，实现有色矿山矿井通风机信号采集及现场控制的智能化、数字化和网络化，满足现代智能矿山的建设需要，能够与智能矿山平台完全兼容。
参照图2所示，在一个实施例中，现场控制装置22还包括：人机接口222，与采集装置221通讯连接，人机接口222用于显示风机运行状态并提供现场操作界面，采集装置221还用于在人机接口222和远程监控***23之间传输交互数据。
人机接口222是风机安装现场与远程监控***23之间建立联系、交换信息的输入/输出的窗口。人机接口222所显示的风机运行状态可以是各采集终端21所采集的通风状态数据，也可以是经远程监控***23处理后的显示风机当前运行情况和矿井中空气情况的状态数据。人机接口222所提供的现场操作界面可供现场人员对通风机及其加热器进行一些简单操作控制，例如控制通风机及其加热器的启停等。
通过人机接口222替代传统的风机现场控制箱和加热器现场控制箱，实现通风机及其加热器的现场启停操作、风机运行状态指示。另外，在通风机的维修、巡检等场景中，还能实现为风机故障维修提供设备图纸查询、维修手册查询等现场指导，并能实现巡检人员通过人机接口222登录巡检登记***，录入相应的巡检事项，监督巡检人员的巡检作业。
人机接口222与采集装置221之间通过现场总线连接。人机接口222具体可采用触控面板，以便于操作和显示，但不限于此。
在一个实施例中，采集装置221具体包括：输入模块，与各采集终端21连接，输入模块具体可包括开关量输入模块和模拟量输入模块，开关量输入模块用于采集下文中将说明的风门开到位传感器和风门关到位传感器的开关量信号，模拟量输入模块用于采集下文中将说明的其他采集终端21的模拟量信号；通讯模块，与远程监控***23和人机接口222连接，通讯模块支持工业以太网、现场总线、RS485总线等多种通信方式，支持多种工业以太网协议、现场总线协议以及MODBUS协议等，能够实现远程监控***23与风机安装现场的通讯交互。采集装置221还可包括电源模块，用于为采集装置221供电。
进一步地，参照图2所示，在一个实施例中，现场控制装置22还包括：急停装置223，与远程监控***23通讯连接。急停装置223具体为机械按钮，通过控制电缆直接与远程监控***23连接，用于***故障时紧急停机。
上述的现场控制装置22采用模块化设计，包含采集装置221、人机接口222和急停装置223。采集装置221实现将风机安装现场的大量终端信号统一传输至远程监控***23，而无需采用传统的放射式线缆敷设法将各个采集终端21接入远程监控***23。人机接口222实现状态显示和现场操作，去除了传统技术中大量机械式的按钮、信号灯等元器件，提高设备可观性，便于操作并可根据需要显示大量信息。在现场控制装置22上仅保留急停按钮做紧急使用，使得现场控制装置22箱面整洁。现场控制装置22与远程监控***23通讯交互，实现集信号采集、设备控制、状态监控于一体，便于数字化、网络化、智能化的现代矿山建设。
从网络架构来看，现场控制装置22和各采集终端21均布设于现场控制层，安装于通风机的安装现场；远程监控***23布设于网络控制层，用于通风机的远程集中监视和控制；现场控制层与网络控制层之间通过网络链路层实现交互，网络链路层采用的通信协议可包括工业以太网TCP/IP协议、MODBUS协议、PROFIBUS协议等，实现风机安装现场和远程监控***23之间的通讯交互。
图3示出又一实施例中矿井通风***的主要架构，结合图2和图3所示，多个采集终端21具体包括：
绕组温度传感器，设置于通风机的绕组上，用于采集通风机的绕组温度，并传输至采集装置221。绕组温度传感器包括分别设置于通风机的三相绕组上的三相绕组温度传感器，具体为A相绕组温度传感器21a、B相绕组温度传感器21b和C相绕组温度传感器21c。A相绕组温度传感器21a、B相绕组温度传感器21b和C相绕组温度传感器21c分别采集其安装处的实时温度值，并将采集到的信号就近送入现场控制装置22。
轴承温度传感器，设置于通风机的轴承上，用于采集通风机的轴承温度，并传输至采集装置221。轴承温度传感器包括分别设置于通风机的前轴和后轴的前轴温度传感器21d和后轴温度传感器21e。前轴温度传感器21d和后轴温度传感器21e分别采集其安装处的实时温度值，并将采集到的信号就近送入现场控制装置22。
振动传感器，设置于通风机的机体上，用于采集通风机的振动数据，并传输至采集装置221。振动传感器包括水平振动传感器21f和垂直振动传感器21g。振动传感器将机械振动的参量转换成电信号，电信号经电子线路放大后显示和记录，可以将信号以电流信号(如4mA～20mA等)或其他形式输出。水平振动传感器21f和垂直振动传感器21g分别采集水平、垂直方向对应安装处的振动值，并将采集到的信号就近送入现场控制装置22。
压力传感器，设置于通风风道中，用于采集通风风道的气体压力，并传输至采集装置221。压力传感器包括负压传感器21h和压差传感器21i。压力传感器是一种将压力转换成电信号进行控制和远传的设备，能够将测压元件感受到的压力参数转变成标准的电信号(如4mA～20mA等)。负压传感器21h和压差传感器21i采集到的信号分别就近送入现场控制装置22。
浓度传感器，设置于通风风道中，用于采集通风风道的气体浓度，并传输至采集装置221。浓度传感器具体包括一氧化碳传感器21j、一氧化氮传感器21k和二氧化硫传感器21l。一氧化碳传感器21j、一氧化氮传感器21k和二氧化硫传感器21l分别监测通风风道中相应气体的浓度，并将采集到的信号就近送入现场控制装置22。
风门状态传感器，设置于通风机的风门上，用于采集通风机的风门状态，并传输至采集装置221。风门状态传感器包括风门开到位传感器21m和风门关到位传感器21n。风门开到位传感器21m和风门关到位传感器21n分别监测通风机风门的开关状态，并将采集到的信号就近送入现场控制装置22。
上述所列举说明的各采集终端21的种类和数量并不用于限制本发明，在其他实施例中，可以根据不同的应用场景灵活设置采集终端21的种类和数量。
本发明实施例还提供一种通风控制方法，可应用于上述任意实施例描述的矿井通风***。上述任意实施例描述的矿井通风***的特征和原理均可应用至下面的通风控制方法实施例。在下面的通风控制方法实施例中，对已经阐明的关于矿井通风***的特征和原理不再重复说明。
通风控制方法主要由通风机的远程监控***实现，远程监控***是矿井通风***的控制核心。当用户选择现场控制模式时，远程监控***接收现场控制装置的操作请求，启动或停止通风机及其加热器，并接收由现场控制装置传输来的各项通风状态数据，对通风机提供综合保护。
图4示出一实施例中通风控制方法的主要步骤，参照图4所示，本实施例中通风控制方法包括：步骤S410，远程监控***接收现场控制装置的操作请求，操作请求包括通风机的启动请求、通风机的停止请求、通风机的加热器的启动请求及加热器的停止请求中的任一项。步骤S420，远程监控***根据各项通风状态数据，判断是否允许操作请求。当判断允许现场操作，则执行步骤S430，远程监控***根据操作请求控制通风机执行对应操作，例如开启通风机的加热器、关闭通风机等等；若经判断此时无法切换至现场操作模式，则拦截现场操作请求。步骤S440，远程监控***还根据各项通风状态数据，实时调整通风机的运行状态，以对通风机(包括及其加热器)进行综合保护。
远程监控***对通风机的集中监控和综合保护属于已有的技术，因此未展开说明。
综上，本发明的矿井通风***及通风控制方法，具有如下优点：
通过现场控制装置对风机安装现场的大量终端信号进行集中采集和统一传输，极大减少风机安装现场的电缆使用量，节约铜金属消耗量，电缆敷设的工程量大大降低，风机运行期的线缆维护量也大大减少；
现场控制装置集信号采集、设备控制和状态监控于一体，实现风机安装现场与远程监控***之间的通讯交互；
通过人机接口实现现场操作，使现场控制装置箱面整洁，去除大量机械式按钮、信号灯等元器件，仅保留急停按钮做紧急使用，便于操作和显示；
现场控制装置在实现基本监控功能的同时，还与远程监控***一起，实现为风机故障维修提供设备图纸查询、维修手册查询等现场指导，并实现风机运行中巡检人员的巡检登记功能；
现场控制装置与远程监控***之间支持多种通讯方式与协议，实现有色矿山矿井通风机信号采集及现场控制的智能化、数字化、网络化设计，满足现代智能矿山的建设需要，与智能矿山平台完全兼容。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种矿井通风***，其特征在于，包括：
通风机，设置于矿井的通风风道中；
多个采集终端，设置于包括所述通风机和所述通风风道的通风区域，用于采集所述通风区域的多项通风状态数据；
现场控制装置，设置于所述矿井中，所述现场控制装置包括采集装置，各所述采集终端分别经所述采集装置与所述通风机的远程监控***通讯连接，所述采集装置用于采集各项所述通风状态数据并传输至所述远程监控***。
2.如权利要求1所述的矿井通风***，其特征在于，所述现场控制装置还包括：
人机接口，与所述采集装置通讯连接，所述人机接口用于显示风机运行状态并提供现场操作界面，所述采集装置还用于在所述人机接口和所述远程监控***之间传输交互数据。
3.如权利要求2所述的矿井通风***，其特征在于，所述人机接口为触控面板。
4.如权利要求2所述的矿井通风***，其特征在于，各所述采集终端分别通过信号电缆与所述采集装置连接，所述采集装置分别通过现场总线与所述远程监控***和所述人机接口连接。
5.如权利要求2所述的矿井通风***，其特征在于，所述采集装置包括：
输入模块，与各所述采集终端连接；
通讯模块，与所述远程监控***和所述人机接口连接。
6.如权利要求1所述的矿井通风***，其特征在于，所述现场控制装置还包括：
急停装置，与所述远程监控***通讯连接。
7.如权利要求6所述的矿井通风***，其特征在于，所述急停装置为机械按钮；
所述急停装置通过控制电缆与所述远程监控***连接。
8.如权利要求1所述的矿井通风***，其特征在于，多个所述采集终端包括：
绕组温度传感器，设置于所述通风机的绕组上，用于采集所述通风机的绕组温度，并传输至所述采集装置；
轴承温度传感器，设置于所述通风机的轴承上，用于采集所述通风机的轴承温度，并传输至所述采集装置；
振动传感器，设置于所述通风机的机体上，用于采集所述通风机的振动数据，并传输至所述采集装置；
压力传感器，设置于所述通风风道中，用于采集所述通风风道的气体压力，并传输至所述采集装置；
浓度传感器，设置于所述通风风道中，用于采集所述通风风道的气体浓度，并传输至所述采集装置；
风门状态传感器，设置于所述通风机的风门上，用于采集所述通风机的风门状态，并传输至所述采集装置。
9.如权利要求8所述的矿井通风***，其特征在于，所述绕组温度传感器包括三相绕组温度传感器；
所述轴承温度传感器包括前轴温度传感器和后轴温度传感器；
所述振动传感器包括水平振动传感器和垂直振动传感器；
所述压力传感器包括负压传感器和压差传感器；
所述浓度传感器包括一氧化碳传感器、一氧化氮传感器和二氧化硫传感器；
所述风门状态传感器包括风门开到位传感器和风门关到位传感器。
10.一种通风控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1-9任一项所述的矿井通风***，所述通风控制方法包括：
所述远程监控***接收所述现场控制装置的操作请求，所述操作请求包括所述通风机的启动请求、所述通风机的停止请求、所述通风机的加热器的启动请求及所述加热器的停止请求中的任一项；
所述远程监控***根据各项所述通风状态数据，判断是否允许所述操作请求；
若是，所述远程监控***根据所述操作请求控制所述通风机执行对应操作；以及
所述远程监控***根据各项所述通风状态数据，实时调整所述通风机的运行状态。
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