一种煤矿通风机变频调速系统装置的制作方法

1.本实用新型属于煤矿安全技术领域，尤其涉及一种煤矿通风机变频调速系统装置。


背景技术：

2.煤矿通风机系统是保障安全开采的关键，其中通风机是用来交换矿井中与矿井外空气的，向矿井中输送新鲜的空气，排除有害的气体，承担着矿井通风、排除有害气体及粉尘以及调节井下微气候的重要任务，保证矿井的安全生产运行。
3.随着采掘工作的进行，矿井下环境中的各参数是不断变化的。目前，大多数煤矿通风仍采用“一风吹”的方式，即在通风过程中，风机接入电网后就长期恒速运转，并且大多数通风机都是靠人工对其进行监测，不具备高效、稳定、可靠、实时性强的数据采集、存储、管理、分析等功能和控制功能。因此，将自动化和智能化的技术应用于通风机中是十分必要的。
4.cn110185647a公开了一种矿井通风机的智能控制系统，所述智能控制系统包括矿井环境参数监测单元、无线通讯单元、声光报警器、通风机电动机以及用于触发所述通风机电动机的控制单元。矿井环境参数监测单元对矿井当中的瓦斯浓度、压强、风量、一氧化碳、氧气、湿度和温度进行感测，并通过无线通讯单元发送感测信息到控制单元。
5.cn102704981a公开了一种通风机自适应智能控制系统，所述通风机自适应智能控制系统由矿井环境参数监测单元、信号传输网络和电机控制单元等三部分组成。矿井环境参数监测单元将各传感器提供的矿井环境信息通过通信网络传输至通风机电机控制单元，电机控制单元根据矿井环境参数调整频率，控制通风机电机的转速，提供合理的风流。
6.cn202811437u公开了一种矿井通风节能自动调速系统，包括布置在矿井各掘进巷道不同部位的多个通风节能自动调速单元，其包括单片机控制单元、温度传感器、瓦斯传感器、掘进长度传感器、变频器和局部通风机；单片机控制单元对温度传感器、瓦斯传感器、掘进长度传感器和变频器传送的各项参数进行接收，并依据设定在单片机控制单元中的决策算法作出决策，以对变频器进行控制。
7.上述文献虽然均达到了通过控制单元对通风机的转速进行调控的效果，但其通风机调速系统均只能对同种类型的通风机进行调控，当矿井下环境中各参数偏离安全阈值过高时，仍然难以保证矿井的安全性。同时，当矿井下环境中各参数偏离安全阈值过高，通风系统无法快速将其调控至安全范围内时，上述文献提供的通风系统无法进行报警，并提供相应的报警信息。
8.因此，合理设计一种煤矿通风机自动控制系统，能够根据矿井下环境中各参数与安全阈值的偏差，同时控制多种通风组件的风速和风量，将矿井下环境中各参数快速调控至安全阈值内；并且当矿井下环境中各参数偏离安全阈值过高，通风系统无法快速将其调控至安全范围内时进行报警，并提供相应的报警信息，对于确保矿井的安全生产运行至关重要。


技术实现要素：

9.针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种煤矿通风机变频调速系统装置，能够根据矿井下环境中各参数与设定安全阈值的偏差，通过控制单元和只能变频器实时独立地控制压入式通风机组和抽出式通风机组的风速和风量，将各参数快速调控至安全阈值内；并且当矿井下环境中各参数偏离安全阈值过高，通风系统无法快速将其调控至安全范围内时进行报警，并提供相应的报警信息。
10.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
11.第一方面，本实用新型提供了一种煤矿通风机变频调速系统装置，所述煤矿通风机变频调速系统装置包括依次电性连接的参数采集监测单元、控制单元和通风机自动调节单元，所述控制单元接收并分析所述参数采集监测单元传输的实时信号，随后输出信号控制所述通风机自动调节单元。
12.所述通风机自动调节单元包括至少一个变频压入式风机组件和至少一个变频抽出式风机组件；所述变频压入式风机组件包括第一智能变频器和压入式通风机组，所述第一智能变频器分别与所述控制单元和压入式通风机组电性连接；所述变频抽出式风机组件包括第二智能变频器和抽出式通风机组，所述第二智能变频器分别与所述控制单元和抽出式通风机组电性连接；所述控制单元通过所述第一智能变频器和第二智能变频器分别独立控制所述压入式通风机组和抽出式通风机组的风速和风量。
13.本实用新型提供的煤矿通风机变频调速系统装置，能够根据矿井下环境中各参数与设定安全阈值的偏差，通过控制单元和智能变频器实时独立地控制压入式通风机组和抽出式通风机组的风速和风量，将各参数快速调控至安全阈值内；并且当矿井下环境中各参数偏离安全阈值过高，通风系统无法快速将其调控至安全范围内时进行报警，并提供相应的报警信息。
14.需要注意的是，由于在通风的过程中矿井环境参数会发生变化，这种实时地变化被参数采集监测单元采集并反馈至控制单元，控制单元进行对比分析后判断是否需要继续通过调控智能变频器调整压入式通风机组和抽出式通风机组的风速和风量，最终使矿井获得一个合理的风流。
15.合理的风流是指一个适合矿井正常生产所需要的风流，既能保证矿井正常生产，而又不浪费能源，节省了电能。而正常生产除了指矿工获得含有正常氧气的新鲜空气外，同时也避免工作面瓦斯涌出造成的超限事故。
16.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述参数采集监测单元包括传感器模块，所述传感器模块中包括的各类传感器与分别电性接入所述控制单元。
17.所述传感器模块包括瓦斯动态监测传感器、瓦斯浓度传感器、压强传感器、风量传感器、一氧化碳传感器、氧气传感器、环境温度传感器和环境湿度传感器。
18.本实用新型中，各类传感器分别有若干个，分布在矿井中的目标场所，监测矿井的环境参数。
19.本实用新型中，当传感器模块检测到的矿井环境各参数均处于所设定的安全阈值内，或与所设定的安全阈值偏离较小时(偏离值≤安全阈值的20％)，务必通过调控变频压入式风机组件的风速和风量调节矿井环境各参数，选择性地调控变频抽出式风机组件的风速和风量调节矿井环境各参数，这样不仅可以快速将各参数调控至安全阈值内，维持矿井
所需要的合理风流，还能够达到节省电能的效果。当传感器模块检测到的矿井环境各参数偏离安全阈值较大时(偏离值＞安全阈值的20％)，同时调控变频压入式风机组件和变频抽出式风机组件的风速和风量调节矿井环境各参数，将各参数快速调控至安全阈值内。
20.需要说明的是，当瓦斯浓度传感器监测到瓦斯浓度超过规定限值(规定限值＞安全阈值)时，控制单元会自动切断对应瓦斯浓度传感器控制范围内的电源，同时按照安全规定要停产，人员撤离。
21.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述压入式通风机组包括主压入式风机和备用压入式风机，所述主压入式风机和备用压入式风机的入口处均设置有过滤网。
22.本实用新型中，当主压入式风机发生故障时，第一智能变频器对备用压入式风机进行调控，保证压入式通风机组的正常工作。此外，过滤网用于过滤颗粒粉尘。
23.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述抽出式通风机组包括主抽出式风机和备用抽出式风机。
24.本实用新型中，当主抽出式风机发生故障时，第二智能变频器对备用抽出式风机进行调控，保证抽出式通风机组的正常工作。
25.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述煤矿通风机变频调速系统装置还包括信号传输单元，所述信号传输单元的输入端与所述参数采集监测单元电性连接，所述信号传输单元的输出端与所述控制单元电性连接。
26.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述信号传输单元包括无线传输模块、can总线传输模块或工业以太网传输模块中的一种或至少两种的组合。
27.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述煤矿通风机变频调速系统装置还包括与所述控制单元电性连接的报警单元，所述参数采集监测单元传输的信息与所述控制单元中设定的安全阈值的偏离程度达到高水平时，所述报警单元进行报警，并输出报警数据。
28.本实用新型中，传感器模块所采集监测的任何一种数据偏离控制单元中设定的安全阈值过大时(偏离值≥安全阈值的40％)，报警单元均会进行报警，并输出报警数据。
29.其中，瓦斯动态监测传感器、瓦斯浓度传感器和一氧化碳传感器均具有安全上限值；压强传感器、风量传感器、环境温度传感器和环境湿度传感器均具有安全上限和安全下限；氧气传感器具有安全下限。
30.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述报警单元包括报警装置，所述报警装置与所述控制单元电性连接。
31.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述报警装置为声光报警器。
32.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述报警单元还包括无线通讯装置和上位机，所述无线通讯装置分别与所述控制单元和上位机电性连接，所述上位机用于接收并显示所述控制单元输出的信号和报警信息。
33.本实用新型中，上位机可以是液晶显示器或电脑。
34.示例性地，采用本实用新型提供的煤矿通风机变频调速系统装置时，参数采集监测单元分别对矿井中的瓦斯浓度、压强、风量、一氧化碳、氧气、湿度和温度进行实时地采集监测，并通过信号传输单元将采集监测信息传输至控制单元，控制单元将采集监测到的各参数信息与设定的安全阈值进行对比分析；当传感器模块检测到的矿井环境各参数均处于所设定的安全阈值内，或与所设定的安全阈值偏离较小时(偏离值≤安全阈值的20％)，务
必通过调控变频压入式风机组件的风速和风量，选择性地调控变频抽出式风机组件的风速和风量，这样不仅可以快速将各参数调控至安全阈值内，维持矿井所需要的合理风流，还能够达到节省电能的效果。当传感器模块检测到的矿井环境各参数偏离安全阈值较大时(偏离值＞安全阈值的20％)，同时调控变频压入式风机组件和变频抽出式风机组件的风速和风量调节矿井环境各参数，将各参数快速调控至安全阈值内。当传感器模块检测到的矿井环境各参数偏离安全阈值过大时(偏离值≥安全阈值的40％)，同时调控变频压入式风机组件和变频抽出式风机组件的风速和风量调节矿井环境各参数，同时通过报警单元进行报警，提醒人员撤离，并由上位机显示报警数据，以及在调控过程中控制单元输出的各参数与安全阈值对比分析信息，以便于实时监测调控过程中矿井环境参数。
35.需要说明的是，由于在通风的过程中矿井环境参数会发生变化，这种实时地变化被参数采集监测单元采集并反馈至控制单元，控制单元进行对比分析后判断是否需要继续通过调控智能变频器调整压入式通风机组和抽出式通风机组的风速和风量，最终使矿井获得一个合理的风流。同时，当瓦斯浓度传感器监测到瓦斯浓度超过规定限值时，控制单元会自动切断对应瓦斯浓度传感器控制范围内的电源，同时按照安全规定要停产，人员撤离。
36.所述系统是指设备系统、装置系统或生产装置。
37.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
38.本实用新型提供的煤矿通风机变频调速系统装置，能够根据矿井下环境中各参数与设定安全阈值的偏差，通过控制单元和智能变频器实时独立地控制压入式通风机组和抽出式通风机组的风速和风量，将各参数快速调控至安全阈值内；并且当矿井下环境中各参数偏离安全阈值过高，通风系统无法快速将其调控至安全范围内时进行报警，并提供相应的报警信息。
附图说明
39.图1为本实用新型一个具体实施方式中煤矿通风机变频调速系统装置的结构图。
40.其中，100-参数采集监测单元；110-瓦斯动态监测传感器；120-瓦斯浓度传感器；130-压强传感器；140-风量传感器；150-一氧化碳传感器；160-氧气传感器；170-环境温度传感器；180-环境湿度传感器；200-信号传输单元；300-控制单元；400-通风机自动调节单元；410-第一智能变频器；420-第二智能变频器；430-压入式通风机组；440-抽出式通风机组；500-报警单元；510-报警装置；520-无线通讯装置；530-上位机。
具体实施方式
41.需要理解的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
42.需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
43.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
44.在一个具体实施方式中，本实用新型提供了一种煤矿通风机变频调速系统装置，如图1所示，所述煤矿通风机变频调速系统装置包括依次电性连接的参数采集监测单元100、控制单元300和通风机自动调节单元400，所述控制单元300接收并分析所述参数采集监测单元100传输的实时信号，随后输出信号控制所述通风机自动调节单元400。
45.所述通风机自动调节单元400包括至少一个变频压入式风机组件和至少一个变频抽出式风机组件；所述变频压入式风机组件包括第一智能变频器410和压入式通风机组430，所述第一智能变频器410分别与所述控制单元300和压入式通风机组430电性连接；所述变频抽出式风机组件包括第二智能变频器420和抽出式通风机组440，所述第二智能变频器420分别与所述控制单元300和抽出式通风机组440电性连接；所述控制单元300通过所述第一智能变频器410和第二智能变频器420分别独立控制所述压入式通风机组430和抽出式通风机组440的风速和风量。
46.本实用新型提供的煤矿通风机变频调速系统装置，能够根据矿井下环境中各参数与设定安全阈值的偏差，通过控制单元300和智能变频器实时独立地控制压入式通风机组430和抽出式通风机组440的风速和风量，将各参数快速调控至安全阈值内；并且当矿井下环境中各参数偏离安全阈值过高，通风系统无法快速将其调控至安全范围内时进行报警，并提供相应的报警信息。
47.需要注意的是，由于在通风的过程中矿井环境参数会发生变化，这种实时地变化被参数采集监测单元100采集并反馈至控制单元300，控制单元300进行对比分析后判断是否需要继续通过调控智能变频器调整压入式通风机组430和抽出式通风机组440的风速和风量，最终使矿井获得一个合理的风流。
48.合理的风流是指一个适合矿井正常生产所需要的风流，既能保证矿井正常生产，而又不浪费能源，节省了电能。而正常生产除了指矿工获得含有正常氧气的新鲜空气外，同时也避免工作面瓦斯涌出造成的超限事故。
49.进一步地，所述参数采集监测单元100包括传感器模块，所述传感器模块中包括的各类传感器与分别电性接入所述控制单元300。
50.所述传感器模块包括瓦斯动态监测传感器110、瓦斯浓度传感器120、压强传感器130、风量传感器140、一氧化碳传感器150、氧气传感器160、环境温度传感器170和环境湿度传感器180。
51.本实用新型中，各类传感器分别有若干个，分布在矿井中的目标场所，监测矿井的环境参数。
52.本实用新型中，当传感器模块检测到的矿井环境各参数均处于所设定的安全阈值内，或与所设定的安全阈值偏离较小时(偏离值≤安全阈值的20％)，务必通过调控变频压入式风机组件的风速和风量调节矿井环境各参数，选择性地调控变频抽出式风机组件的风
速和风量调节矿井环境各参数，这样不仅可以快速将各参数调控至安全阈值内，维持矿井所需要的合理风流，还能够达到节省电能的效果。当传感器模块检测到的矿井环境各参数偏离安全阈值较大时(偏离值＞安全阈值的20％)，同时调控变频压入式风机组件和变频抽出式风机组件的风速和风量调节矿井环境各参数，将各参数快速调控至安全阈值内。
53.需要说明的是，当瓦斯浓度传感器120监测到瓦斯浓度超过规定限值(规定限值＞安全阈值)时，控制单元300会自动切断对应瓦斯浓度传感器120控制范围内的电源，同时按照安全规定要停产，人员撤离。
54.进一步地，所述压入式通风机组430包括主压入式风机和备用压入式风机，所述主压入式风机和备用压入式风机的入口处均设置有过滤网。
55.本实用新型中，当主压入式风机发生故障时，第一智能变频器410对备用压入式风机进行调控，保证压入式通风机组430的正常工作。此外，过滤网用于过滤颗粒粉尘。
56.进一步地，所述抽出式通风机组440包括主抽出式风机和备用抽出式风机。
57.本实用新型中，当主抽出式风机发生故障时，第二智能变频器420对备用抽出式风机进行调控，保证抽出式通风机组440的正常工作。
58.进一步地，所述煤矿通风机变频调速系统装置还包括信号传输单元200，所述信号传输单元200的输入端与所述参数采集监测单元100电性连接，所述信号传输单元200的输出端与所述控制单元300电性连接。
59.进一步地，所述信号传输单元200包括无线传输模块、can总线传输模块或工业以太网传输模块中的一种或至少两种的组合。
60.进一步地，所述煤矿通风机变频调速系统装置还包括与所述控制单元300电性连接的报警单元500，所述参数采集监测单元100传输的信息与所述控制单元300中设定的安全阈值的偏离程度达到高水平时，所述报警单元500进行报警，并输出报警数据。
61.本实用新型中，传感器模块所采集监测的任何一种数据偏离控制单元300中设定的安全阈值过大时(偏离值≥安全阈值的40％)，报警单元500均会进行报警，并输出报警数据。
62.其中，瓦斯动态监测传感器110、瓦斯浓度传感器120和一氧化碳传感器150均具有安全上限值；压强传感器130、风量传感器140、环境温度传感器170和环境湿度传感器180均具有安全上限和安全下限；氧气传感器160具有安全下限。
63.进一步地，所述报警单元500包括报警装置510，所述报警装置510与所述控制单元300电性连接。
64.进一步地，所述报警装置510为声光报警器。
65.进一步地，所述报警单元500还包括无线通讯装置520和上位机530，所述无线通讯装置520分别与所述控制单元300和上位机530电性连接，所述上位机530用于接收并显示所述控制单元300输出的信号和报警信息。
66.本实用新型中，上位机530可以是液晶显示器或电脑。
67.示例性地，如图1所示，采用本实用新型提供的煤矿通风机变频调速系统装置时，参数采集监测单元100分别对矿井中的瓦斯浓度、压强、风量、一氧化碳、氧气、湿度和温度进行实时地采集监测，并通过信号传输单元200将采集监测信息传输至控制单元300，控制单元300将采集监测到的各参数信息与设定的安全阈值进行对比分析；当传感器模块检测
到的矿井环境各参数均处于所设定的安全阈值内，或与所设定的安全阈值偏离较小时(偏离值≤安全阈值的20％)，务必通过调控变频压入式风机组件的风速和风量，选择性地调控变频抽出式风机组件的风速和风量，这样不仅可以快速将各参数调控至安全阈值内，维持矿井所需要的合理风流，还能够达到节省电能的效果。当传感器模块检测到的矿井环境各参数偏离安全阈值较大时(偏离值＞安全阈值的20％)，同时调控变频压入式风机组件和变频抽出式风机组件的风速和风量调节矿井环境各参数，将各参数快速调控至安全阈值内。当传感器模块检测到的矿井环境各参数偏离安全阈值过大时(偏离值≥安全阈值的40％)，同时调控变频压入式风机组件和变频抽出式风机组件的风速和风量调节矿井环境各参数，同时通过报警单元500进行报警，提醒人员撤离，并由上位机530显示报警数据，以及在调控过程中控制单元300输出的各参数与安全阈值对比分析信息，以便于实时监测调控过程中矿井环境参数。
68.需要说明的是，由于在通风的过程中矿井环境参数会发生变化，这种实时地变化被参数采集监测单元100采集并反馈至控制单元300，控制单元300进行对比分析后判断是否需要继续通过调控智能变频器调整压入式通风机组430和抽出式通风机组440的风速和风量，最终使矿井获得一个合理的风流。同时，当瓦斯浓度传感器120监测到瓦斯浓度超过规定限值时，控制单元300会自动切断对应瓦斯浓度传感器120控制范围内的电源，同时按照安全规定要停产，人员撤离。
69.申请人声明，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。