CN101117892A

CN101117892A - 煤矿瓦斯检测与风机自动控制系统

Info

Publication number: CN101117892A
Application number: CNA2006100474018A
Authority: CN
Inventors: 高天奇; 安可; 赵朗
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-08-03
Filing date: 2006-08-03
Publication date: 2008-02-06

Abstract

煤矿瓦斯检测与风机自动控制系统，有排风的风机，风机的输入端联有变频器，变频器通过数/模转换器与单片机的输出端联接，单片机的输入端通过依次联接的模/数转换器、安全栅与瓦斯浓度传感器联接，单片机另外的输入、输出还分别对应与按键、显示实测浓度设定浓度的数码管联接；实现了在没有瓦斯时，保持正常小功率通风运转，节省能源；随着瓦斯浓度的增大，风机运转速度迅速提高，通风速度加快，迅速降低瓦斯浓度，防止瓦斯爆炸，确保人员生命安全的目的。

Description

煤矿瓦斯检测与风机自动控制系统

技术领域：

本技术涉及煤矿瓦斯检测并用风机排除瓦斯的自动控制系统。

背景技术：

长期以来，瓦斯事故的数量在煤矿事故的总数中所占比例一直居高不下。有专家统计，死亡3人以上的煤矿事故中瓦斯事故的比例接近70％，死亡10人以上的煤矿事故中瓦斯事故占到90％以上。2002年6月，黑龙江鸡西煤矿发生特大瓦斯爆炸事故，造成124人死亡；2003年1月，江西丰城建新煤矿发生瓦斯爆炸事故，48名矿工遇难；2004年10月，河南大平煤矿发生瓦斯爆炸事故，147名矿工遇难；2004年11月，陕西省铜川矿务局陈家山煤矿发生瓦斯爆炸事故，166名矿工遇难；2005年2月，辽宁阜新孙家湾发生特大矿难，214人遇难。瓦斯是煤矿井下常见的一种有害气又名沼气，学名甲烷，是一种无色、无臭、无味、易燃、易爆的气体。瓦斯平时依附在煤层中，在煤层开采过程中会自动放散出来。当空气中瓦斯的浓度在5.5％到16％之间时，有明火的情况下就会发生爆炸，而浓度在9.5％的时候，其爆炸时的成力最大、破坏性也最强。瓦斯爆炸时会产生高温、高压、冲击波，并放出有毒气体。为了减少和避免瓦斯事故的最主要和最有效的办法是尽量减小井下瓦斯的浓度，以足够的风量将瓦斯冲淡，排出地面。矿井主要使用扇风机进行矿井通风，这种方法是把扇风机安装在出风井口附近，将扇风机与出风井筒连通，利用扇风机产生的风压将矿井内空气吸出地面，同时地面的新鲜空气就自然从进风井口流入井内，实现矿井当井下瓦斯浓度达到1.5％时，井下工作人员撤离，扇风机继续保持原来的运转状态，等待瓦斯浓度降低后，工作人员再回到井下工作。另外，现在使用的扇风机普遍功率过大，耗能严重，要是更换成小功率扇风机，对于需要快速排出高浓度的瓦斯又不及时。

发明内容：

本发明就是解决现有的风机不能随着井下瓦斯浓度的不同而排风量有所不同的问题；提供一种在没有瓦斯时，保持较小通风运转、节省能源，随着瓦斯浓度的增大，风机运转速度迅速提高，通风速度加快，实现迅速降低瓦斯浓度，防止瓦斯爆炸，确保人员生命安全的煤矿瓦斯检测与风机自动控制系统。

为了解决上述问题，本发明的煤矿瓦斯检测与风机自动控制系统，有排风的风机，其特征在于：风机的输入端联有变频器，变频器通过数/模转换器与单片机的输出端联接，单片机的输入端通过依次联接的模/数转换器、安全栅与瓦斯浓度传感器联接，单片机另外的输入、输出还分别对应与按键、显示实测浓度设定浓度的数码管联接。单片机还与存储器和复位电路联接。单片机还联有通讯接口。本发明设计的这套瓦斯检测与风机自动控制系统，在井下工作面安装传感器，在风机前加装变频器，可以实现在没有瓦斯时，保持正常通风运转，节省能源，相当于更换了小功率风机(此工作状态一定要保持一下限值进行正常通风)；随着瓦斯浓度的增大，风机运转速度迅速提高，通风速度加快，实现迅速降低瓦斯浓度，防止瓦斯爆炸，确保人员生命安全的目的。系统由瓦斯浓度传感器、检测控制电路、变频器和通风的风机等四部分组成。在井下瓦斯浓度增大的情况下，自动调节变频器，控制扇风机的转速，达到自动调节增大通风量、迅速降低瓦斯浓度的目的；当没有瓦斯时，降低扇风机转速(必须保证下限值)，维持正常通风量，达到节省电量的目的。通过以上控制手段实现了既节能又安全的作用。

附图说明：

附图表示了本发明的一种煤矿瓦斯检测与风机自动控制系统结构示意图，图1为瓦斯检测与风机自动控制系统原理框图，图2为瓦斯检测与风机自动控制系统原理电路图。下面结合附图的实例进一步说明。

具体实施例：这种本发明的煤矿瓦斯检测与风机自动控制系统(见附图)，有煤矿井及坑道排风的风机，风机的输入端联有变频器，变频器通过数/模转换器与单片机的输出端联接，单片机的输入端通过依次联接的模/数转换器、安全栅与瓦斯浓度传感器联接，单片机另外的输入、输出还分别对应与按键、显示实测浓度设定浓度的数码管联接。单片机还与存储器和复位电路联接；单片机还联有通讯接口。瓦斯浓度传感器安装在井下的作业现场，将现场的瓦斯浓度转换成标准的4-20mA电流信号，经隔离安全栅和I/V转换后送给ILC7135芯片，将模拟量转换成数字量供单片机运算处理，并与设定浓度相比较，决定控制电路的输出，单片机输出信号控制通过变频器控制扇风机的转速。

电路采用美国ATMEL公司的单片机和外围电路，包括：

1、AT89C52单片机

AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。

AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出(I/O)端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。

2、模/数(A/D)转换器ILC7135。

ICL 7135是双斜积分式4位半单片A/D转换器，28脚DIP封装。ICL 7135精度高、抗干扰性能好、价格低，应用十分广泛。ICL 7135的主要性能特点为：

1)输入阻抗大，对被测电路几乎没有影响；

2)自动校零；

3)有精确的差分输入电路；

4)自动判别信号极性；

5)有超、欠压输出信号

为了节省单片机I/O口和外围器件，我们利用ICL7135的“busy”端，只要一个I/O和89C52内部的一个定时器就可以把ICL7135的数据送入单片机。

ICL7135在本系统的作用是将瓦斯浓度传感器传来的模拟量信号转换为数字信号送给单片机计算处理，并与设定浓度相比较，控制输出。

3、控制输出电路

根据单片机的运算结果，数/模转换电路将数字量转换成4-20mA模拟量，控制变频器的输出，进而控制风机的运转速度。

4、数码管显示和按键电路

双排8位数码管，上4位显示实测浓度，下4位显示设定浓度，瓦斯设定浓度由按键进行设定。

5、AT24C02串行(E2PROM)E²PROM存储器

AT24C02是美国ATMEL公司的低功耗CMOS串行(E2PROM)E²PROM，内含(256X8)256×8位存储空间，具有工作电压宽(2.5～5.5v)、擦写次数多(大于10000次)、写入速度快(小于10ms)等特点。

AT24C02存储器在本系统中用于存储设定的瓦斯报警浓度值，保证整个电路即使在掉电的情况下也不会丢失设定值。各使用单位可根据具体情况用按键进行设定。

6、自复位电路

系统采用“看门狗”自复位电路和各种软件措施，保证系统连续可靠运行而不死机。

7、标准通讯接口

标准通讯接口可与电话线、移动GPRS等设备相连，与调度指挥中心和各职能部门联网，从而随时掌握矿井下瓦斯浓度情况，保证煤矿安全生产运行。

8、安全栅

安全栅应用在本安防爆系统的设计中，它是安装于安全场所并含有本安电路和非本安电路的装置，电路中通过限流和限压电路限制了送往现场本安回路的能量，从而防止非本安电路的危险能量串入本安电路，它是本安系统的重要组成部分。

由于安全栅被设计为介于现场设备与控制室设备之间的一个限制能量的接口，因此无论控制室设备处于正常或故障状态，安全栅都能确保通过它传送给现场设备的能量是本质安全的。本系统可操作性强，而且操作起来简便易行；安全性可以保证。

Claims

1.一种煤矿瓦斯检测与风机自动控制系统，有煤矿井及坑道排风的风机，其特征在于：风机的输入端联有变频器，变频器通过数/模转换器与单片机的输出端联接，单片机的输入端通过依次联接的模/数转换器、安全栅与瓦斯浓度传感器联接，单片机另外的输入、输出还分别对应与按键、显示实测浓度设定浓度的数码管联接。

2.如权利要求1所说的煤矿瓦斯检测与风机自动控制系统，其特征在于：单片机还与存储器和复位电路联接。

3.如权利要求1所说的煤矿瓦斯检测与风机自动控制系统，其特征在于：单片机还联有通讯接口。