[发明专利]一种煤矿局部通风机远程切换与智能调控装置及控制方法

权利要求书

1.一种煤矿局部通风机远程切换与智能调控装置，其特征在于：包含地面监控中心、工业以太网通信系统、井下局部风机变频监控系统和井下掘进工作面通风监控系统；

其中，井下掘进工作面通风监控系统，用于实时监测井下掘进工作面通风与环境参数，研判与预测需风量，确定工作面供需匹配模型；

井下局部风机变频监控系统，用于实时监测局部风机的运行工况参数，完成对局部风机运行频率调控；

工业以太网通信系统，用于将获取的井下掘进工作面的环境参数、通风参数、局部风机的运行工况参数以及地面监控中心的控制指令进行传输；

地面监控中心，用于实时监控整个煤矿所有掘进工作面局部风机的运行工况参数，通风异常时快速地实现远程切换与智能调控，恢复安全状态，无法排除异常时报警；

所述井下掘进工作面通风监控系统包括井下监控分站、通风参数监测模块、环境参数采集模块；

井下监控分站，用于实时监测井下通风网络分支的环境参数和通风参数；

通风参数监测模块，用于实时监测井下通风网络分支的通风参数，所述通风参数包括风速、风压、干湿空气温度；

环境参数采集模块，用于实时监测井下通风网络分支的环境参数，所述环境参数包含CH₄浓度、CO浓度、O₂浓度、CO₂浓度和温度；

所述井下局部风机变频监控系统包含局部风机运行工况监测传感器、监控分站和变频控制组件，

局部风机运行工况监测传感器，用于实时采集风机的运行工况参数；所述运行工况参数包括：风量、温度、大气压、负压、全压、差压、转速、电流、电压、功率、效率；

监控分站，用于实时监测局部风机的运行工况参数；

变频控制组件，用于调控局部风机的运行频率；

所述地面监控中心包含PLC控制器、以太网通信模块、局部通风参数显示终端和服务器；

其中，局部通风参数显示终端，用于实时显示全矿多个掘进工作面的局部通风系统运行参数；

PLC控制器，用于对接收的全矿多个掘进工作面的局部通风系统运行参数并进行预处理；

以太网通信模块，用于地面监控中心与工业以太网通信系统的数据传输；

服务器，用于安装应用软件和功能软件，为用户提供服务；

煤矿局部通风机远程切换与智能调控装置的控制方法，具体包含如下步骤；

步骤1，定时实现局部通风机连续点动式远程自动切换，并实时监测记录切换过程，实现多组局部通风机的无人值守；切换异常时，系统通过井下报警与地面远程报警相结合告知异常情况；

步骤2，通过井下掘进工作面通风监控系统监测的环境与通风参数，井下局部风机变频监控系统采集的运行工况参数，并通过工业以太网通信系统传输给地面监控中心，实现井下所有掘进工作面通风状态的远程实时监测与预警分析；

步骤3，当井下掘进工作面通风监控系统监测的环境参数和通风参数异常时，则将异常掘进工作面的环境参数、通风参数传输至地面监控中心，并发出报警；

步骤4，地面监控中心根据井下掘进工作面的环境参数和通风参数，通过分析确定计算出工作面的最佳需风量，根据Q-F特性模型确定排除异常的局部风机调控方案；同时，服务器运用数据库中预置的通风模型和监测的通风参数进行风机运行状态的安全性检验，实现调节方案的超前模拟，仿真验证拟定的调节方案，保障调节过程的安全；若计算局部风机频率调至50HZ仍无法排除异常瓦斯涌出时，则立即报警采取其他措施；

步骤5，常态下的局部通风系统节能减排的调控方案具体如下：

统计掘进工作面瓦斯监控数据，确定瓦斯涌出量最大值W₀，风机工作频率f₀，风机的抽风量为Q₀，定义当前状态的瓦斯涌出量最大值为W_N，当前的风机频率f_N，后一小时的风机频率初始值为f_T，设定的瓦斯浓度预警值c₀＝0.5％；提出5种瓦斯与风机频率联动调节规则，满足后一小时不同瓦斯涌出的变频自动调风稀释，具体如下：

(1)调节规则1：若当前状态瓦斯涌出量增大值(W_N-W₀)∈[0,0.5M₀]，则当前的风机频率f_N＝f₀；后一小时的风机频率初始值f_T＝f₀；M₀为风机调节的富余量；

(2)调节规则2：若当前状态瓦斯涌出量增大值(W_N-W₀)∈(0.5M₀，0.9M₀]，则当前的风机频率f_N＝f₀，后一小时风机频率初始值f_T上调，其增加风量可稀释瓦斯涌出增量大于0.5M₀值；

(3)调节规则3：若当前状态瓦斯涌出量增大值(W_N-W₀)＞0.9M₀，则风机频率必须上调为f'_N，通过增大风量稀释异常涌出的瓦斯；如果掘进工作面浓度c_i≤c₀＝0.5％，则后一小时风机频率初始值f_T＝f′_N；如果风机调频后掘进工作面浓度c_i≥c₀＝0.5％，需要采取其他措施治理掘进工作面瓦斯；

(4)调节规则4：若当前状态瓦斯涌出量降低值(W₀-W_N)∈[0,0.9M₀]，则当前状态风机频率f_N＝f₀；则后一小时风机频率初始值f_T＝f₀；

(5)调节规则5：如果当前状态瓦斯涌出量降低值(W₀-W_N)＞0.9M₀，且持续时长超过2h，则当前状态风机频率就要下调为f”_N，以实现节能降耗的目的；则后一小时风机频率初始值f_T＝f”_N。