矿用低噪声智能变频局部通风机系统及其控制方法
阅读说明：本技术 矿用低噪声智能变频局部通风机系统及其控制方法 (Mining low-noise intelligent variable-frequency local ventilator system and control method thereof ) 是由 张旭辉 王敏 万翔 王荣全 薛旭升 孙儒斋 卫青龙 马骏 于 2021-07-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及矿用低噪声智能变频局部通风机系统及其控制方法,包含数据通讯模块、监测模块和控制模块,智能控制模块通过局部通风机数据通讯模块将监测模块采集的环境信息与工况信息数据进行预处理,工作面中的瓦斯含量、CO含量及CO-(2)含量,并集合局部通风机本身的当前转速、震动信息、流量风速及温度信息,计算出最节能、效率最高的风机转速,实现对风机开关的控制与风机转速的调整,并在意外停电停风后恢复送电送风时效率非常高。本发明在提出局部通风机的低噪声智能变频的前提下,还提出了智能双电源+双变频调速。保证了其巷道空气质量,将噪声降到最低,并提高了矿用局部通风机的安全性和工作效率。(The invention relates to a mining low-noise intelligent variable-frequency local ventilator system and a control method thereof, and the system comprises a data communication module, a monitoring module and a control module, wherein the intelligent control module preprocesses environmental information and working condition information data acquired by the monitoring module through the local ventilator data communication module, and the gas content, the CO content and the CO content in a working surface 2 The fan rotating speed with the highest energy saving and efficiency is calculated by integrating the current rotating speed, vibration information, flow speed and temperature information of the local fan, the control of a fan switch and the adjustment of the fan rotating speed are realized, and the efficiency is very high when power supply and wind supply are recovered after power failure and wind stop are performed accidentally. The invention also provides intelligent dual power supply and dual frequency conversion speed regulation on the premise of providing low-noise intelligent frequency conversion of the local ventilator. Ensure the empty of the tunnelThe air quality reduces the noise to the minimum, and improves the safety and the working efficiency of the local ventilator for the mine.)
技术领域
本发明涉及煤矿用局部通风机领域，具体涉及一种矿用低噪声智能变频局部通风机系统及其控制方法。
背景技术
现有局部通风机存在噪声大，安全性能低与效率低等问题，针对现有低噪声局部通风机系统，目前，主要是根据实际监测局扇工况信息作为来源，利用普通PLC和变频器进行控制，并不能保证其安全性和可靠性。
发明内容
本发明的目的是提供一种矿用低噪声智能变频局部通风机系统及其控制方法。
本发明采用以下的技术方案：矿用低噪声智能变频局部通风机系统，包含数据通讯模块、监测模块和控制模块：监测模块主要包括掘进巷道模块和局部通风机模块，掘进巷道模块包括掘进机工作面工况模块、局扇工作范围工况模块和局部通风机检测系统，掘进机工作面工况模块包括瓦斯传感器A、CO传感器A和CO2传感器A，局扇工作范围工况模块包括瓦斯传感器B、CO传感器B和CO2传感器B，局部通风机模块包括局扇工作内部工况模块，局扇工作内部工况模块包括温度传感器、速度传感器、振动传感器和风量传感器，掘进机工作面工况模块、局扇工作范围工况模块和局扇工作内部工况模块连接局部通风机检测系统，所述监测模块用于实时监测煤矿工作面掘进巷道与局部通风机工作范围的环境参数，所述环境参数包括掘进机工作面和局扇工作范围的瓦斯含量、CO含量、CO2含量，同时用于实时监测局部通风机的局扇工作内部的工况信息，所述工况信息包括温度信息、当前转速、震动信息、流量风速；数据通讯模块主要用于将获取的掘进机工作面工况模块、局扇工作范围工况模块和局扇工作内部工况模块的环境参数和工况信息以及控制模块之间，控制模块与局部通风机之间的控制命令进行信息传输；控制模块包括局部通风机控制器和双电源+双变频控制组件组成，局部通风机检测系统连接局部通风机控制器，局部通风机控制器通过双电源+双变频控制组件连接局部通风机，控制模块用于对监测模块上传的数据进行预处理，并利用双电源+双变频控制组件实现对矿用局部通风机的智能变频调速，局部通风机控制器主要负责将工况信息进行解算处理，并将得到的控制量进行下发；双电源+双变频控制组件主要负责将控制器下发的控制量转化为控制命令，进而实现对局扇通风机的控制，所述控制模块中的局部通风机控制器4通过局部通风机数据通讯模块将监测模块采集的环境信息与工况信息数据进行预处理，根据掘进巷道的瓦斯含量、CO含量及CO2含量，并集合局部通风机本身的当前转速、震动信息、流量风速及温度信息，计算出控制量；双电源+双变频控制组件用于将控制量转化为控制命令，从而达到最节能、效率最高的风机转速，实现对风机开关的监控，保证出现意外工况后恢复高效率的送电送风。
双电源+双变频控制组件包括主机、副机两套相对独立的控制系统,分别由两套独立电源为其供电,实现了主、副局部通风机的“双电源、双变频”控制，双电源+双变频控制组件包括相同的两套电源、隔离开关、接触器A、整流器、滤波电路、逆变器、接触器B、控制系统、负载，电源、隔离开关、接触器A、整流器、滤波电路、逆变器、接触器B和负载依次连接，控制系统分别连接接触器A、整流器、滤波电路、逆变器、接触器B，局部通风机控制器输出监测信息连接控制系统，控制系统输出状态信息控制命令连接局部通风机。
矿用低噪声智能变频局部通风机系统的控制方法，主要包括以下四个步骤：
(1)采集掘进巷道的掘进机工作面工况模块和局扇工作范围工况模块信息，包括煤矿工作面掘进迎头的瓦斯含量、CO含量及CO2含量，将所述煤矿工作面掘进迎头的瓦斯含量、CO含量及CO2含量与整定值进行比对，当瓦斯含量、CO含量及CO2含量小于等于所述整定值时，闭锁所述局部通风机的启动，以实现系统的节能，其中整定值为工况环境下瓦斯含量、CO含量及CO2含量无危险性环境下的值；
(2)根据所述煤矿工作面掘进迎头的瓦斯含量、CO含量及CO2含量计算出局部通风机第一转速；
(3)通过局部通风机的局扇工作内部工况模块的温度传感器、速度传感器、振动传感器、风量传感器，接收局部通风机的当前转速、震动信息、流量风速及温度信息；
(4)对比所述局部通风机第一转速与当前转速，并结合所述震动信息、流量风速及温度信息生成局部通风机的第二转速；
根据工作面中的瓦斯含量、CO含量及CO2含量，并集合局部通风机(2)本身的当前转速、震动信息、流量风速及温度信息，计算出最节能、效率最高的风机转速，实现对风机开关的控制与风机转速的调整，并在意外停电停风后恢复送电送风时效率非常高。
本发明在提出局部通风机的低噪声智能变频的前提下，还提出了智能双电源+双变频调速。保证了其巷道空气质量，将噪声降到最低，并提高了矿用局部通风机的安全性和工作效率。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为双电源双变频控制组件结构示意框图。
具体实施方式
下面将结合附图详细说明本发明内容。
如图1所示，一种矿用低噪声智能变频局部通风机系统，包含数据通讯模块、监测模块和控制模块：监测模块主要包括掘进巷道模块1和局部通风机模块2，掘进巷道模块1包括掘进机工作面工况模块1-1、局扇工作范围工况模块1-2和局部通风机检测系统3，掘进机工作面工况模块1-1包括瓦斯传感器A1-1-1、CO传感器A1-1-2和CO2传感器A1-1-3，局扇工作范围工况模块1-2包括瓦斯传感器B1-2-1、CO传感器B1-2-2和CO2传感器B1-2-3，局部通风机模块2包括局扇工作内部工况模块2-1，局扇工作内部工况模块2-1包括温度传感器2-1-1、速度传感器2-1-2、振动传感器2-1-3和风量传感器2-1-4，温度传感器2-1-1安装在局部通风机的电控箱内，检测电控箱实时温度，振动传感器,2-1-3安装在局部通风机的外壳内部，检测通风机在运行状态下产生的振动，瓦斯传感器A1-1-1、瓦斯传感器B1-2-1、CO传感器A1-1-2、CO传感器B1-2-2和CO2传感器A1-1-3、CO2传感器B1-2-3均安装在掘进机工作面，具体为局部通风机出风口的另一侧煤壁，风量传感器2-1-4安装在局部通风机的进风口，检测进风量；速度传感器2-1-2对局扇的速度进行监测，为了减小振动对其传感器的影响，进而安装在电机转轴。掘进机工作面工况模块1-1、局扇工作范围工况模块1-2和局扇工作内部工况模块2-1连接局部通风机检测系统3，所述监测模块用于实时监测煤矿工作面掘进巷道1与局部通风机2工作范围的环境参数，所述环境参数包括掘进机工作面和局扇工作范围的瓦斯含量、CO含量、CO2含量，同时用于实时监测局部通风机的局扇工作内部的工况信息，所述工况信息包括温度信息、当前转速、震动信息、流量风速；数据通讯模块主要用于将获取的掘进机工作面工况模块1-1、局扇工作范围工况模块1-2和局扇工作内部工况模块2-1的环境参数和工况信息以及控制模块之间，控制模块与局部通风机之间的控制命令进行信息传输；控制模块包括局部通风机控制器4和双电源+双变频控制组件组成5，局部通风机检测系统3连接局部通风机控制器4，局部通风机控制器4通过双电源+双变频控制组件5连接局部通风机2，控制模块用于对监测模块上传的数据进行预处理，并利用双电源+双变频控制组件5实现对矿用局部通风机2的智能变频调速，局部通风机控制器4主要负责将工况信息进行解算处理，并将得到的控制量进行下发；双电源+双变频控制组件5主要负责将控制器下发的控制量转化为控制命令，进而实现对局扇通风机的控制，所述控制模块中的局部通风机控制器4通过局部通风机数据通讯模块将监测模块采集的环境信息与工况信息数据进行预处理，根据掘进巷道的瓦斯含量、CO含量及CO2含量，并集合局部通风机本身的当前转速、震动信息、流量风速及温度信息，计算出控制量；双电源+双变频控制组件5用于将控制量转化为控制命令，从而达到最节能、效率最高的风机转速，实现对风机开关的监控，保证出现意外工况后恢复高效率的送电送风。
如图2所示，为了使变频器在矿用局部通风机2中发挥更好的调速性能，使用双电源+双变频控制组件5，该双电源+双变频控制组件5采用一体式设计，由2套相对独立的变频器本体组成。双电源+双变频控制组件由左、右2套相对独立的变频控制系统和双机切换控制系统组成。左、右机2套变频控制系统都采用与单变频控制系统相同的系统,实现相同的控制功能。双电源+双变频控制组件5包括主机、副机两套相对独立的控制系统,分别由两套独立电源为其供电,实现了主、副局部通风机的“双电源、双变频”控制，双电源+双变频控制组件5包括相同的两套电源5-1、隔离开关5-2、接触器A5-3、整流器5-4、滤波电路5-5、逆变器5-6、接触器B5-7、控制系统5-8、负载5-9，电源5-1、隔离开关5-2、接触器A5-3、整流器5-4、滤波电路5-5、逆变器5-6、接触器B5-7和负载5-9依次连接，控制系统5-8分别连接接触器A5-3、整流器5-4、滤波电路5-5、逆变器5-6、接触器B5-7，局部通风机控制器4输出监测信息连接控制系统5-8，控制系统5-8输出状态信息控制命令连接局部通风机2。
双电源+双变频控制组件具有“手动/自动”切换模式及“手动/自动”频率给定模式可供选择。
在“手动”切换模式下,主、副机相当于不允许同时工作的2台单独变频器；在“自动”切换模式下,当主机(副机)出现停机、掉电、故障时,自动切换至副机(主机)运行,保证煤矿井下通风系统不间断供风，真正意义实现了“双机热备”。
在“手动”频率给定模式下,主、副机频率给定由本安腔内转换开关或电位器给定；在“自动”频率给定模式下,主、副机频率给定由主、副机根据瓦斯传感器、CO传感器、CO2传感器检测的瓦斯浓度、CO含量与CO2含量自动调节通风机转速,使局部通风机2工作在自动通风、自动排瓦斯或停机状态。其中瓦斯含量、CO含量与CO2含量为煤矿工作面掘进工作面工况模块1-1、局扇内部工况模块2-1、局扇工作范围工况模块1-2检测到的信息，与双电源+双变频控制组件5配套使用的组合滤波器依实际工矿条件可选。
在双电源+双变频运行状况下，通过判断主副机的状态，控制主副机的隔离开关5-2选取工作变频器，当确定主副变频器后，通过接触器A5-3、接触器B5-7来接通或断开电路，为了确保该控制系统的安全性，该双电源+双变频采用双接触器模块，分别安装于变频器系统的输入与输出；当接触器A5-3处于接通状态，整流器5-4将输入的交流电转化成直流电，进而通过滤波电路5-5将整流器5-4输出电压的纹波进行滤波，使输出电压纹波系数降低，波形变得比较平滑；逆变器5-6将整流器5-4与滤波电路5-5处理后的直流电转为交流电，通过接触器B5-7的再次接通实现局部通风机的电机运转。
矿用低噪声智能变频局部通风机系统的控制方法，主要包括以下四个步骤：
(1)采集掘进巷道1的掘进机工作面工况模块1-1和局扇工作范围工况模块1-2信息，包括煤矿工作面掘进迎头的瓦斯含量、CO含量及CO2含量。将所述煤矿工作面掘进迎头的瓦斯含量、CO含量及CO2含量与整定值进行比对，当瓦斯含量、CO含量及CO2含量小于等于所述整定值时，闭锁所述局部通风机2的启动，以实现系统的节能。局扇工作范围工况模块1-2接收局部通风机工作范围内的瓦斯含量；当所述局部通风机工作范围内的瓦斯含量小于等于整定值时，闭锁局部通风机2的启动。当噪声超过设定值时，使用双电源+双变频控制组件5进行局扇转速的控制。其中整定值为工况环境下瓦斯含量、CO含量及CO2含量无危险性环境下的值。
(2)局部通风机控制器4中第一计算模块用于根据所述煤矿工作面掘进迎头的瓦斯含量、CO含量及CO2含量计算出局部通风机2第一转速。
(3)通过局部通风机2的局扇工作内部工况模块2-1的温度传感器2-1-1、速度传感器2-1-2、振动传感器2-1-3、风量传感器2-1-4，接收局部通风机的当前转速、震动信息、流量风速及温度信息；
(4)局部通风机控制器4中第二计算模块用于对比所述局部通风机2第一转速与当前转速，并结合所述震动信息、流量风速及温度信息生成局部通风机2的第二转速。
本发明根据工作面中的瓦斯含量、CO含量及CO2含量，并集合局部通风机2本身的当前转速、震动信息、流量风速及温度信息，计算出最节能、效率最高的风机转速。实现对风机开关的控制与风机转速的调整，并在意外停电停风后恢复送电送风时效率非常高。
综上，本发明在提出局部通风机的低噪声智能变频的前提下，还提出了智能双电源+双变频调速。保证了其巷道空气质量，将噪声降到最低，并提高了矿用局部通风机的安全性和工作效率。
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