一种智能局扇工作站的制作方法

1.本发明涉及矿井通风技术领域，具体涉及一种智能局扇工作站。


背景技术：

2.由于煤矿井下掘进工作场所每时每刻都在涌出大量瓦斯，为了保证安全生产，煤矿安全规程对掘进面局扇的安装和运转作出了严格要求，要求每个掘进工作面都必须安装两台功率型号相同的局扇给工作面供风，两台局扇一用一备，每台局扇由两台功率型号相同、旋转方向相反的风机组成对旋风机，对旋风机的功率按照掘进工作面的最大风压和最大供风量再加上一定的安全余量来配置，而掘进工作面的最大风压和最大供风量都是在掘进最远距离也就是掘进工作面完工时，由于目前掘进工作面的局扇都使用的是三相异步不可调速的工频电机，这就意味着掘进工作面的局扇始终工作在“大马拉小车”的状态，造成了极大的浪费。另外，当局扇电源发生事故停电时就会停止运转，就会造成掘进工作面瓦斯集聚甚至超限，造成安全隐患。
3.为了保证局扇以及掘进工作面的安全生产，煤矿安全规程规定在每个掘进工作面都必须安装瓦斯浓度监测装置，实时监测掘进工作面及局扇附近风流中瓦斯的浓度。
4.为此，我们提出了一种智能局扇工作站，以解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的一个主要目的在于克服现有技术中的至少一种缺陷，提供一种智能局扇工作站。
6.为了实现上述技术方案，本发明采用以下技术方案：
7.根据本发明的一个方面，提供一种智能局扇工作站，包括外部电源、整流装置、控制装置、逆变器、局扇；
8.所述整流装置、控制装置、逆变器依次电连接，逆变器的输出端连接有局扇；所述整流装置与外部电源电连接，为整个系统供电；
9.还包括电池单元，一端与控制装置电连接，另一端连接于逆变器与整流装置之间的线路上，且该连接处与整流装置之间的线路上、与逆变器之间的线路上均通过开关控制。
10.根据本发明的一实施方式，所述外部电源为煤矿井下局扇工作站的交流电源。
11.根据本发明的一实施方式，所述逆变器能够根据控制装置的指令将整流装置或电池单元的直流电逆变为与局扇匹配的交流电。
12.根据本发明的一实施方式，所述整流装置是由能够将交流电转换成直流电的大功率半导体元器件组成。所述整流装置采用igbt模块。
13.根据本发明的一实施方式，所述控制装置分别与传感器、显示器、报警器、电池单元、逆变器电连接，控制装置根据工作人员输入的程序和参数在接收到各个传感器的信号时自行进行运算处理，进而实时发出各种指令对局扇工作站进行控制，控制装置能够通过网络将数据上传到地面监管部门后台，地面监管人员通过网络对控制装置能够远程操控。
14.根据本发明的一实施方式，所述报警器同时具有隔爆、声光报警功能。
15.根据本发明的一实施方式，所述传感器包括速度传感器、温度传感器、瓦斯浓度传感器、风机开停传感器。所述的传感器具有隔爆功能。
16.进一步地，所述风机开停传感器能够监测每台风机的开停信号并传输到控制装置，控制装置对风机的运行状态进行记忆；当发生停电事故时控制装置立即发出指令使电池单元通过逆变器向停电前处于运转状态的风机进行供电、保持该风机继续运转，使停电前处于停止状态的风机继续保持停机状态。
17.进一步地，所述控制装置通过瓦斯浓度传感器监测风流中的瓦斯浓度；当瓦斯浓度超过煤矿安全规程规定值时、控制装置立即发出指令停止工作面设备的电源并报警，另外通过网络进行远程报警。
18.根据本发明的一实施方式，所述局扇至少为两台，其中的一台局扇为主局扇一直在运转，另外一台局扇为备用局扇；所述备用局扇只有主局扇发生故障时才启动运转。
19.根据本发明的一实施方式，每台局扇由两组风机组成，其中主局扇的两组风机优选永磁变频电机风机，也可以选择普通三相异步电动风机。
20.根据本发明的一实施方式，所述电池单元包括电池组、电池温度传感器、电压计、电流计，所述电池组由若干节电池根据逆变器需要的电压串联组成，电池单元是根据逆变器需要的电流、功率、容量由若干个电池组并联组成，每个电池上都连接有温度传感器和电压计，每一个电池组连接有一个电流计和电压计。
21.根据本发明的一实施方式，每个电池的型号参数都相同，每个电池组中串联的电池个数相同。
22.根据本发明的一实施方式，还包括隔爆腔、散热装置，所述的电池组安装在隔爆腔内，所述散热装置与隔爆腔固定连接，散热装置的蒸发器深入到隔爆腔内，散热装置的冷凝器暴露在隔爆腔的外侧，散热装置的蒸发器能够吸收电池组工作时产生的热量、经由散热装置的内部的热媒将热量传输到冷凝器散发到隔爆腔的外部。
23.根据本发明的一实施方式，所述的整流装置、逆变器、控制装置均安装在隔爆腔内，可以分别安装在独立的隔爆腔内，也可以合并安装在同一个隔爆腔内，隔爆腔上安装有散热装置，散热装置的蒸发器深入安装在隔爆腔内，散热装置的冷凝器暴露在隔爆腔的外部。
24.根据本发明的一实施方式，所述的散热装置在使用时，其冷凝器的位置应该高于蒸发器的位置。
25.根据本发明的一实施方式，所述显示器安装于隔爆腔上，显示器能够显示各个传感器检测的数值以及逆变器工作频率、功率、累计工作时间、累计节约电量等实时数值、历史数据并自动汇报成表。
26.根据本发明的一实施方式，所述散热装置包括热管散热装置或水管散热装置。
27.由上述技术方案可知，本发明具备以下优点和积极效果中的至少之一：
28.本发明所述一种智能局扇工作站中，局扇能够根据工作面设定的需要风量来精准提供送风量，同时该智能局扇工作站具有精准补偿功能，克服了现有技术中掘进工作面局扇“大马拉小车”的问题，避免浪费；同时本发明智能局扇工作站结构设计巧妙，安全可靠，适用于煤矿井下掘进工作场所推广使用。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，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。
30.图1为本发明所述智能局扇工作站电连接示意图；
31.图2为电池单元电连接结构示意图；
32.图3为局扇风机结构示意图。
33.附图标记说明如下：
34.1-电源开关、2-整流装置、3-第一开关、4-电池单元、411-第一电池、412-第二电池、413-第三电池、421-第四电池、422-第五电池、423-第六电池、5-控制装置、6.1-风流温度、风速、瓦斯浓度传感器、6.2-电池温度传感器、6.3-风机开停传感器、6.4-显示器、6.5-电压计、6.6-电流计、6.7-报警器、7-第二开关、8-逆变器、9-第三开关、10-第四开关、11-第五开关、12-第六开关、151-第一风机、152-第二风机、161-第三风机、162-第四风机。
具体实施方式
35.在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“内”、“上”、“下”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。
36.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
37.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。
38.下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
39.如图1、2、3所示，本发明一种智能局扇工作站，包括外部电源、整流装置2、电池单元4、控制装置5、逆变器8、局扇；所述整流装置2、控制装置5、逆变器8依次电连接，逆变器8的输出端连接有局扇；所述整流装置2与外部电源电连接，为整个系统供电。其中电池单元4一端与控制装置5电连接，另一端连接于逆变器8与整流装置2之间的线路上，且该连接处与整流装置2之间的线路上、与逆变器8之间的线路上均通过开关控制。
40.其中，所述外部电源为煤矿井下局扇工作站的交流电源。所述逆变器8能够根据控制装置5的指令将整流装置2或电池单元4的直流电逆变为与风机匹配的交流电。所述整流装置2是由能够将交流电转换成直流电的大功率半导体元器件组成。进一步地，所述整流装置2采用igbt模块。
41.本发明中，所述控制装置5分别与传感器、显示器6.4、报警器6.7、电池单元4、逆变器8电连接。控制装置5根据工作人员输入的程序和参数在接收到各个传感器的信号时自行进行运算处理，进而实时发出各种指令对局扇工作站进行控制，控制装置5能够通过网络将
数据上传到地面监管部门后台，地面监管人员通过网络对控制装置5能够远程操控。
42.本发明中所述的报警器6.7同时具有隔爆、声光报警功能。所述传感器包括速度传感器、温度传感器、瓦斯浓度传感器、风机开停传感器。所述的传感器同样具有隔爆功能。
43.本发明中，所述风机开停传感器6.3能够监测每台风机的开停信号并传输到控制装置5，控制装置5对风机的运行状态进行记忆；当发生停电事故时控制装置立即发出指令使电池单元4通过逆变器8向停电前处于运转状态的风机进行供电、保持该风机继续运转，使停电前处于停止状态的风机继续保持停机状态。所述控制装置5通过瓦斯浓度传感器监测风流中的瓦斯浓度；当瓦斯浓度超过煤矿安全规程规定值时、控制装置5立即发出指令停止工作面设备的电源并报警，另外通过网络进行远程报警。
44.本实施例中，所述局扇设置为两台，其中的一台局扇为主局扇一直在运转，另外一台局扇为备用局扇；所述备用局扇只有在主局扇发生故障时才启动运转。每台局扇由两组风机组成，其中主局扇的两组风机优选选择永磁变频电机风机，也可以选用普通三相异步电机风机。如图2所示，第一电池411、第二电池412、第三电池413串联组成电池组i，第四电池421、第五电池422、第六电池423串联组成电池组ii，电池组i和电池组ii并联后形成电池单元4。所述每块电池上都安装一个电池温度传感器6.2，每块电池两端都安装一个电压计6.5，每组电池回路上都安装一个电流计6.6，电池单元4的正负极两端安装一个电压计6.5和一个电流计6.6。
45.如图3所示，第一风机151和第二风机152对旋安装在一起组成主运转局扇，其中第一风机151为变频调速永磁电机；第三风机161和第四风机162对旋安装在一起组成备用局扇。所述每台风机上都安装一个风机开停传感器6.3。
46.本发明实施方式一为人工操控运行模式。在送电前各开关都处于断开状态，开始工作时首先将电源开关1闭合送电，整流装置2开始工作并给控制装置5供电，各传感器开始工作，当环境各项指标如风流温度、风速、瓦斯浓度、电池温度等都符合规定时、电源开关3闭合给电池单元4充电，电池单元4充电完成后给控制装置5和各传感器提供备用电源。闭合第二开关7给逆变器8供电，操作人员通过控制装置5设置逆变器8的输出频率，闭合第三开关9第一风机151启动并在设定电源频率转速状态下运转。随着掘进工作面不断延伸通风距离的延长就需要逐步提高逆变器8的输出频率以提高风机转速、压力、风速和风量，当逆变器8设定的输出频率达到工频频率时、第三开关9断开第一风机151停止运转，同时第五开关11闭合第二风机152启动并以工频频率转速状态运转；当第二风机152单机运行的风量不能满足需要时，再根据需要设定逆变器8的输出频率闭合第三开关9启动第一风机151运转，此时第一风机151和第二风机152同时运转增加供风量。
47.本发明实施方式二为自动控制运行模式。在送电前各开关都处于断开状态，开始工作时首先将电源开关1闭合送电，整流装置2开始工作并给控制装置5供电，各传感器开始工作，当环境各项指标如风流温度、风速、瓦斯浓度、电池温度等都符合规定时第一开关3闭合给电池单元4充电，电池单元4充电完成后给控制装置5和各传感器提供备用电源。闭合第二开关7给逆变器8供电，根据工作面设定的需要风量和风流速度传感器安装位置的巷道断面积计算出需要的风流速度值v，工作人员将风流速度设定值v输入到控制装置5，然后闭合第三开关9、第一风机151启动运行；控制装置5根据传感器6.1检测到风流速度的实时值v与设定值v进行比较并通过pid运算来控制逆变器8的输出频率，当传感器6.1检测到风流速度
实时值v小于设定值v时、控制装置5通过pid运算来控制逆变器8升高输出频率，此时风机151转速加快风量加大；当传感器6.1检测到风流速度实时值v大于设定值v时、控制装置5通过pid运算来控制逆变器8降低输出频率，此时风机151转速降低风量减少，最终使传感器6.1检测到风流速度实时值v与设定值v相同时、控制装置5控制逆变器8保持输出频率恒定不变。当逆变器8的输出频率达到工频频率时、第五开关11闭合风机152启动并以工频频率转速状态运转，同时第三开关9断开第一风机151停止运转。随着掘进工作面延伸当第二风机152单机运行的风量不能满足需要时，传感器6.1检测到风流速度实时值v小于设定值v时控制装置5发出指令闭合第三开关9第一风机151开始运转，控制装置5通过pid运算来控制逆变器8升高输出频率，此时第一风机151转速加快风量加大；当传感器6.1检测到风流速度实时值v大于设定值v时控制装置5通过pid运算来控制逆变器8降低输出频率，此时第一风机151转速降低风量减少，最终使传感器6.1检测到风流速度实时值v与设定值v相同时控制装置5控制逆变器8保持输出频率恒定不变。
48.本发明实施方式三为断电保护自动运行模式。当供电系统外部电源发生故障突然停电时，电源开关1断开，电池单元4给控制装置5、各传感器和逆变器8供电，控制装置5根据风机开停传感器6.3监测到的停电前风机运转状态发出指令，使停电前处于运转状态的风机继续运转，使停电前处于停止状态的风机继续处于停止状态。
49.本发明实施方式四为故障切换运行模式。当控制装置5通过风机开停传感器6.3监测到主运转局扇中第一风机151或第二风机152有一台发生故障停止运转时，控制装置5就发出指令第三开关9和第五开关11断开，第一风机151和第二风机152停止运转，同时第四开关10和第六开关12闭合，第三风机161和第四风机162运转，控制装置5发出指令报警器6.7进行报警并通过网络进行远程报警。
50.综上所述，本发明所述一种智能局扇工作站中，局扇能够根据工作面设定的需要风量来精准提供送风量，同时该智能局扇工作站具有精准补偿功能，克服了现有技术中掘进工作面局扇“大马拉小车”的问题，避免浪费；同时本发明智能局扇工作站结构设计巧妙，安全可靠，适用于煤矿井下掘进工作场所推广使用。
51.应可理解的是，本发明不将其应用限制到本文提出的部件的详细结构和布置方式。本发明能够具有其他实施例，并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本发明的范围内。应可理解的是，本文公开和限定的本发明延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。本文所述的实施例说明了已知用于实现本发明的最佳方式，并且将使本领域技术人员能够利用本发明。