一种基于定频除尘风源的变频柜温控与前舱正压协同分配系统及方法与流程

本发明涉及大型矿山机械电气控制与通风，尤其是涉及一种基于定频除尘风源的变频柜温控与前舱正压协同分配系统及方法。

背景技术：

1、大型矿用机械式挖掘机（电铲）通常配备独立的除尘系统，该系统采用定频风机运行，为设备提供恒定的除尘风量。此风源通常也被引至变频柜区域用于散热，并为设备前舱提供正压风以防止粉尘侵入。然而，现有技术方案存在以下显著缺陷：

2、风量分配单一且缺乏协同：在定频风机总风量恒定的约束下，现有系统多采用简单的开关阀控制，无法在变频柜散热（或保温）需求与前舱正压维持需求之间进行精细化、动态化的风量分配。当变频柜需要大量风量散热时，可能导致前舱正压不足；反之，为保证前舱正压，又可能牺牲变频柜的散热效果。

3、低温保护缺失：传统方案仅关注高温散热。在低温（尤其是高寒地区）环境下，持续的定频冷风吹向变频柜，反而会加剧柜内热量流失，导致柜内温度过低，可能引发元件失效或设备启动困难。现有系统缺乏主动的保温逻辑。

4、区域化独立控制能力弱：当设备有多个变频柜且温度需求不一致时，现有系统难以实现对各区域的差异化、精细化风量控制。

5、正压维持与散热需求冲突：本质上，这是第一个缺陷的具体表现。在总风量固定的前提下，两项需求存在此消彼长的竞争关系，缺乏有效的协调机制。

6、有鉴于此，亟需一种能够在恒定总风量条件下，智能、协同地满足变频柜多模式温控（散热/保温）与前舱正压维持双重需求的系统及方法。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于定频除尘风源的变频柜温控与前舱正压协同分配系统及方法，其能够实现在不改变原有定频除尘风机运行状态、不增加额外风源和能耗的前提下，通过构建一套“感知-决策-执行”的智能闭环控制系统，动态调节各通风支路的阻力，从而将恒定的总风量在“多个变频柜区域”与“设备前舱”之间进行优化再分配。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于定频除尘风源的变频柜温控与前舱正压协同分配系统，包括：定频风机、主风道、变频柜支路风道、前舱支路风道、风量调节执行机构、温度传感器、正压状态监测传感器和控制器；定频风机用于提供恒定的总风量；主风道与定频风机的出风口连通；变频柜支路风道和前舱支路风道均与主风道连通，变频柜支路风道的出口通向对应的变频柜区域，前舱支路风道的出口通向前舱；变频柜支路风道和前舱支路风道均设置有至少一组；每组变频柜支路风道上均设置有风量调节执行机构，用于调节流经其所在支路的风量；每个变频柜区域内均设置有温度传感器，正压状态监测传感器设置在前舱内；控制器分别与各温度传感器、正压状态监测传感器以及各风量调节执行机构通信连接；控制器被配置为：基于各温度传感器的监测数据，控制对应的风量调节执行机构，以调节分配至各变频柜区域的风量，实现对变频柜的温控；并基于正压状态监测传感器的监测数据，在定频风机提供的总风量恒定的约束下，协同调节分配至前舱与各变频柜区域的风量比例，以维持前舱正压。

4、优选的，所述控制器被配置为执行温度优先控制策略：优先响应所述温度传感器的监测数据，以满足各变频柜区域的温度要求；当所有变频柜区域的温度要求得到满足时，再响应所述正压状态监测传感器的监测数据，对风量分配进行修正，以维持前舱正压。

5、优选的，所述温度优先控制策略包括低温保温模式和高温散热模式：所述低温保温模式：当所述温度传感器监测到温度低于第一预设阈值时，启动所述低温保温模式，控制对应的所述风量调节执行机构以减少或关闭流向该变频柜区域的风量；所述高温散热模式：当所述温度传感器监测到温度高于第二预设阈值时，启动所述高温散热模式，控制对应的所述风量调节执行机构以增加流向该变频柜区域的风量。

6、优选的，所述基于定频除尘风源的变频柜温控与前舱正压协同分配系统还包括：加热器，每个所述变频柜区域内均设置有所述加热器，所述加热器与所述控制器通信连接；在所述低温保温模式下，所述控制器还被配置为在减少或关闭风量的同时，启动对应的所述加热器。

7、优选的，所述正压状态监测传感器为pm2.5颗粒物浓度传感器或压差传感器。

8、优选的，所述风量调节执行机构包括气缸和由所述气缸驱动的封板门；所述封板门设置于对应的所述变频柜支路风道中；所述气缸的行程与所述封板门的开合角度相关联，所述气缸的行程增加导致所述封板门的开合角度增大，从而使流经该支路的风量增加。

9、优选的，所述控制器对所述气缸进行多级离散位置控制。

10、优选的，所述多级为五级，从一级到五级，分别对应气缸行程的0%、25%、50%、75%和100%，依次对应的所述封板门的开启状态为：所述封板门完全关闭、所述封板门微开、所述封板门半开、所述封板门大部分开启、所述封板门完全开启。

11、优选的，所述控制器支持本地自动控制模式和远程控制模式。

12、本发明还提出一种基于定频除尘风源的变频柜温控与前舱正压协同分配方法，应用于上述实施例中任一项的基于定频除尘风源的变频柜温控与前舱正压协同分配系统，包括：获取各变频柜区域的温度监测数据以及前舱的正压状态监测数据；基于温度监测数据，判断各变频柜区域的温控需求；在由定频风机提供的总风量恒定的约束下，根据温控需求协同正压状态监测数据，生成对各变频柜支路风道上风量调节执行机构的控制指令；执行控制指令，动态调节分配至各变频柜区域与前舱的风量比例，以同步满足变频柜温控需求与前舱正压维持需求。

13、优选的，所述基于所述温度监测数据，判断各变频柜区域的温控需求，包括：若某一变频柜区域的温度低于第一预设阈值，则判定该区域需要进入以减少风量和启动加热为主的低温保温模式；若某一变频柜区域的温度高于第二预设阈值，则判定该区域需要进入以增加风量为主的高温散热模式。

14、优选的，所述根据所述温控需求协同所述正压状态监测数据，生成控制指令，具体包括：优先根据所述温控需求生成第一控制指令，以调节风量分配满足温度要求；在所有变频柜区域的温度要求得到满足后，若根据所述正压状态监测数据判断前舱正压不足，则生成第二控制指令，所述第二控制指令用于在维持各变频柜区域温度不超限的前提下，调整风量分配以增加通向前舱的风量。

15、优选的，所述生成第二控制指令包括：首先减少当前未处于高温散热模式的变频柜区域所对应的支路风量；若风量仍不足，则在允许的温度范围内，减少当前处于高温散热模式的变频柜区域所对应的支路风量。

16、优选的，所述动态调节分配至各变频柜区域与前舱的风量比例，通过控制气缸的行程来实现，其中，增加流向某一变频柜区域的风量通过增加对应气缸的行程实现，并导致通向前舱的风量减少；减少流向某一变频柜区域的风量通过减少对应气缸的行程实现，并导致通向前舱的风量增加。

17、优选的，所述基于定频除尘风源的变频柜温控与前舱正压协同分配方法还包括报警步骤：当任一变频柜区域的温度持续异常超过第一时间阈值，或前舱正压状态持续异常超过第二时间阈值时，生成并发送报警信息。

18、优选的，所述基于定频除尘风源的变频柜温控与前舱正压协同分配方法还包括设置调节死区：当所述温度传感器监测到的温度值与预设阈值的偏差绝对值小于或等于一死区阈值时，不触发对所述风量调节执行机构的调节指令。

19、优选的，在所述温度传感器监测到的温度值持续异常超过第一预设延时时间后，再生成并执行调节指令；并且，在执行一次调节指令后，至少等待一个第二预设间隔时间，才会响应下一次温度异常并生成新的调节指令。

20、本发明的有益效果为：

21、1、本技术通过在恒定总风量的物理约束下，通过闭环控制算法动态分配风量，解决了变频柜的散热和保温需求与前舱正压维持需求长期存在的冲突问题，实现了有限风源的高效、智能利用。

22、2、本技术通过引入低温保温模式，在柜内温度过低时主动减少或切断冷风供应并启动加热，从根本上避免了定频冷风在低温环境下加剧设备热量流失的问题，保障了高寒地区设备的正常启动与运行。

23、3、本技术通过采用多级（如五级）离散控制结合传感器反馈，实现了对各支路风量的精确、平顺调节，避免风量突变对系统的冲击。支持对各变频柜区域设定差异化温度阈值，并具备远程监控与报警功能，满足了复杂工况和现代化无人值守矿场的运维需求。

24、4、本技术通过直接利用设备已有的定频除尘风机作为风源，通过优化分配策略实现功能提升，无需增设额外风机或改造风机为变频，最大程度节约了设备改造成本和运行能耗。

25、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。