CN104932303A - 基于ZigBee与GPRS双网的煤仓风机控制系统 - Google Patents

基于ZigBee与GPRS双网的煤仓风机控制系统 Download PDF

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张传毅
夏宇君
董健飞
杜东吉
朱明国
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Abstract

本发明公开了一种基于ZigBee与GPRS双网的煤仓风机控制系统，包括若干个风机、风机节点、气体传感器节点、ZigBee/GPRS网关和监控终端，风机、风机节点、气体传感器节点设置在煤仓内，风机节点与风机对应设置，其包括风机检测模块、风机控制模块和风机ZigBee通信模块；气体传感器节点包括气体控制模块、气体传感器和气体传感器ZigBee通信模块；监控终端用于接收气体传感器节点和风机节点的数据，并根据气体传感器节点的数据控制风机节点打开或关闭对应的风机；以及根据风机节点的数据确定对应的风机是否正常工作。本发明可实现远程监控煤仓中的气体浓度、温度等，以及实现对煤仓中风机的远程无线控制，并能自动检测风机的运行状况，具有较高的智能性。

Description

基于ZigBee与GPRS双网的煤仓风机控制系统
技术领域
本发明涉及煤矿安全领域，尤其涉及基于ZigBee与GPRS双网的煤仓风机控制系统。
背景技术
煤仓指的是贮存煤炭的场所。
榆树井煤矿开采煤层为侏罗系延安组中部，煤层全区分布，赋存稳定，煤种为褐煤，各煤层均有自然发火倾向，发火期为35天，最短发火期只有5天，煤层自然发火问题比较严重，属I级容易自燃煤层。暴露在空气中的煤由于氧化放热，空气中氧气含量显著减少，二氧化碳的数量成倍增长，同时由于燃烧不完全和二氧化碳的分解，而产生了较多的一氧化碳。一氧化碳是一种无色无味的有毒有害气体，它给工业安全生产带来巨大危害。通常人们呼吸含有1％的一氧化碳的空气，大约只要十分钟的时间就会中毒，人若长期暴露在低浓度的一氧化碳下，会产生头痛等症状；若暴露在高浓度的一氧化碳下，只要几秒钟就会因窒息而晕厥。因此在我矿防止一氧化碳等有害气体中毒，成了安全工作的重中之重。
风机排风可以减少一氧化碳等有害气体，但风机常常存在单台风机故障、模块死机故障还有断电等情况，且现有的排风系统只能在电脑上面以文字报警的形式来对工作人员做出提醒，集控室的工作人员不能及时发现问题。因此，彻底消除一氧化碳等有害气体以及煤尘所形成的烟雾对现场工作人员的危害，并在此基础上实现“人—机—环境”三者在安全基础上达到最优匹配，将安全隐患消除在萌芽状态是亟待解决的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于ZigBee与GPRS双网的煤仓风机控制系统，包括若干个风机、风机节点、气体传感器节点、ZigBee/GPRS网关和监控终端，所述风机、风机节点、气体传感器节点设置在煤仓内，其中：
所述风机节点与所述风机对应设置，其包括风机检测模块、风机控制模块和风机ZigBee通信模块；所述风机检测模块用于采集风机的状态信息，所述风机控制模块用于将所述风机检测模块采集的数据发送至监控终端，以及控制风机工作；所述风机ZigBee通信模块用于实现风机控制模块与所述ZigBee/GPRS网关的双向通信；
所述风机包括进风排风扇和出风排风扇，所述进风排风扇用于将煤仓外的新风引入煤仓，所述出风排风扇用于将煤仓内空气排出，所述进风排风扇的进风口与所述出风排风扇的出风口相隔一段距离。
所述气体传感器节点包括气体控制模块、气体传感器和气体传感器ZigBee通信模块；所述气体传感器用于检测环境中的气体浓度，所述气体控制模块用于将所述气体传感器采集的数据发送至监控终端，所述气体传感器ZigBee通信模块用于实现所述气体控制模块与所述ZigBee/GPRS网关的通信；
所述ZigBee/GPRS网关用于实现所述风机节点和所述气体传感器节点与所述监控终端的通信；
所述监控终端用于接收所述气体传感器节点和风机节点的数据，并根据所述气体传感器节点的数据控制所述风机节点打开或关闭对应的风机；以及根据所述风机节点的数据确定对应的风机是否正常工作。
具体地，所述气体传感器包括一氧化碳气体传感器和二氧化碳气体传感器，所述一氧化碳气体传感器用于检测一氧化碳的浓度，所述二氧化碳气体传感器用于检测二氧化碳的浓度。
所述气体传感器还包括湿度传感器，用于采集煤仓中的空气湿度信息。
具体地，所述监控终端用于在所述气体传感器检测到的气体的浓度高于预定的阈值时控制预定的风机打开，以及用于在所述气体传感器检测到的气体的浓度不高于预定的阈值时控制预定的风机关闭。
优选地，所述风机检测模块为对射式传感器，所述对射式传感器的发射端和接收端分别设置在所对应的风机上。
可替换地，所述风机检测模块为反射式传感器，所述反射式传感器设置在所对应的风机上。
可替换地，所述风机检测模块为编码器，所述编码器设置在所对应的风机上。
优选地，气体传感器节点还包括第一报警器，所述第一报警器与所述气体控制模块连接，用于在所述气体传感器检测到的气体的浓度高于预定的阈值时发出报警信号。
优选地，所述监控终端还包括第二报警器，所述第二报警器用于在确定风机工作异常时发出报警信号。
所述监控终端用于按照预定的频率控制所述进风排风扇打开，以及在所述一氧化碳气体或二氧化碳气体的浓度高于预定的阈值时控制控制所述出风排风扇打开。所述监控终端还用于在所述湿度传感器采集的空气湿度高于预定的阈值时控制控制所述出风排风扇打开。
进一步地，还包括风机控制装置，所述风机控制装置用于实现所述风机控制模块对风机的控制，所述风机控制装置包括继电器和接触器，所述风机控制模块、继电器、接触器和风机依次连接。
进一步地，所述接触器为交流接触器。
应用本发明，具有如下有益效果：
1、本发明设备运行稳定可靠、维护简单、便于操作，并对煤仓顶部有害气体及煤尘治理起到了积极作用，为煤仓工作人员提供了安全保障。解决了现有煤炭行业没有专门的一氧化碳排放设备的问题，适用于有害气体及粉尘超标等通风不畅的场所，可以有效排出有害气体和粉尘，保证工作场所工作人员的安全，气体超标自动启动风机排放气体，实现智能化。
2、本发明采用基于ZigBee与GPRS双网的煤仓风机控制系统，可实现远程监控煤仓中的气体浓度、温度等，以及实现对煤仓中风机的远程无线控制，并能自动检测风机的运行状况，具有较高的智能性。
附图说明
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和优点，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的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它附图。
图1是本发明实施例一、二提供的基于ZigBee与GPRS双网的煤仓风机控制系统的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
请参见图1，本发明实施例一提供了本发明提供了一种基于ZigBee与GPRS双网的煤仓风机控制系统，包括若干个风机、风机节点、气体传感器节点、ZigBee/GPRS网关和监控终端，所述风机、风机节点、气体传感器节点设置在煤仓内，其中：
所述风机节点与所述风机对应设置，其包括风机检测模块、风机控制模块和风机ZigBee通信模块；所述风机检测模块用于采集风机的状态信息，所述风机控制模块用于将所述风机检测模块采集的数据发送至监控终端，以及控制风机工作；所述风机ZigBee通信模块用于实现风机控制模块与所述ZigBee/GPRS网关的双向通信；
所述风机包括进风排风扇和出风排风扇，所述进风排风扇用于将煤仓外的新风引入煤仓，所述出风排风扇用于将煤仓内空气排出，所述进风排风扇的进风口与所述出风排风扇的出风口相隔一段距离。
所述气体传感器节点包括气体控制模块、气体传感器和气体传感器ZigBee通信模块；所述气体传感器用于检测环境中的气体浓度，所述气体控制模块用于将所述气体传感器采集的数据发送至监控终端，所述气体传感器ZigBee通信模块用于实现所述气体控制模块与所述ZigBee/GPRS网关的通信；
所述ZigBee/GPRS网关用于实现所述风机节点和所述气体传感器节点与所述监控终端的通信；
所述监控终端用于接收所述气体传感器节点和风机节点的数据，并根据所述气体传感器节点的数据控制所述风机节点打开或关闭对应的风机；以及根据所述风机节点的数据确定对应的风机是否正常工作。
所述监控终端包括GPRS通信模块，所述监控终端为PC机、笔记本或手机。
所述气体控制模块和风机控制模块均为单片机。
具体地，所述气体传感器包括一氧化碳气体传感器和二氧化碳气体传感器，所述一氧化碳气体传感器用于检测一氧化碳的浓度，所述二氧化碳气体传感器用于检测二氧化碳的浓度。所述气体传感器还包括烟雾传感器，所述烟雾传感器用于检测煤仓中的烟雾浓度。所述气体传感器为一个或多个，分布在煤仓中。
还包括温度传感器，所述温度传感器用于采集煤仓中的温度信息，所述温度传感器与所述气体传感器节点连接。所述气体传感器还包括湿度传感器，用于采集煤仓中的空气湿度信息。
具体地，所述监控终端用于在所述气体传感器检测到的气体的浓度高于预定的阈值时控制预定的风机打开，以及用于在所述气体传感器检测到的气体的浓度不高于预定的阈值时控制预定的风机关闭。所述监控终端还用于在所述温度传感器测量的温度高于预定的阈值时控制风机打开。所述监控终端根据气体传感器的测量数据控制一个或多个风机工作。
所述监控终端用于按照预定的频率控制所述进风排风扇打开，以及在所述一氧化碳气体或二氧化碳气体的浓度高于预定的阈值时控制控制所述出风排风扇打开。所述监控终端还用于在所述湿度传感器采集的空气湿度高于预定的阈值时，以及在所述烟雾传感器或所述温度传感器采集的数据高于预定的阈值时控制所述出风排风扇打开。
优选地，所述风机检测模块为对射式传感器，所述对射式传感器的发射端和接收端分别设置在所对应的风机上。
具体地，对射式传感器发射端和接收端分别设置在风机的扇叶的上、下两端，这样，当扇叶转动时，对射式传感器检测到的信号会发生变化。当监控终端控制相应的风机打开时，如果对应的对射式传感器采集到的数据在预定的时间内不发生变化，则判定相应的风机出现故障。
可替换地，所述风机检测模块为编码器，所述编码器设置在所对应的风机上。具体地，编码器设置在风机的扇叶的上端或下端，这样，当扇叶转动时，反射式传感器检测到的信号会发生变化。
优选地，气体传感器节点还包括第一报警器，所述第一报警器与所述气体控制模块连接，用于在所述气体传感器检测到的气体的浓度高于预定的阈值时发出报警信号。
优选地，所述监控终端还包括第二报警器，所述第二报警器用于在判定风机出现故障时发出报警信号。所述第二报警器为声光报警器。
进一步地，还包括风机控制装置，所述风机控制装置用于实现所述风机控制模块对风机的控制，所述风机控制装置包括继电器和接触器，所述风机控制模块、继电器、接触器和风机依次连接。
进一步地，所述接触器为交流接触器。
当监控终端判断一氧化碳气体或二氧化碳气体等有害气体超过阈值时，向风机控制装置发送排风指令，通过控制继电器的触点闭合导通，进一步接触器的开关吸合导通，从而控制风机工作，排出煤仓内的有害气体。
具体设置如下：
在煤仓顶部走廊的房顶，每隔20m安装BDW4-87-11型防腐防爆离心屋顶风机，风机转速为950r/min，风量5400m/h，全压205Pa功率0.8kw，共安装风机16台；当一氧化碳浓度超标(达到规定24PPM)时，监控终端向风机控制装置发送排风指令，通过控制继电器的触点闭合导通，CJ20-40型交流接触器电吸合，由接触器控制的风机开始工作，从而抽放走煤仓的一氧化碳气体，当一氧化碳气体降低到安全范围(设定的下限值)时，继电器的常闭端子变成常开端子、接触器失电，排风扇停止工作。
实施例二：
请参见图1，本发明实施例二提供了本发明提供了一种基于ZigBee与GPRS双网的煤仓风机控制系统，包括若干个风机、风机节点、气体传感器节点、ZigBee/GPRS网关和监控终端，所述风机、风机节点、气体传感器节点设置在煤仓内，其中：
所述风机节点与所述风机对应设置，其包括风机检测模块、风机控制模块和风机ZigBee通信模块；所述风机检测模块用于采集风机的状态信息，所述风机控制模块用于将所述风机检测模块采集的数据发送至监控终端，以及控制风机工作；所述风机ZigBee通信模块用于实现风机控制模块与所述ZigBee/GPRS网关的双向通信；
所述气体传感器节点包括气体控制模块、气体传感器和气体传感器ZigBee通信模块；所述气体传感器用于检测环境中的气体浓度，所述气体控制模块用于将所述气体传感器采集的数据发送至监控终端，所述气体传感器ZigBee通信模块用于实现所述气体控制模块与所述ZigBee/GPRS网关的通信；
所述ZigBee/GPRS网关用于实现所述风机节点和所述气体传感器节点与所述监控终端的通信；
所述监控终端用于接收所述气体传感器节点和风机节点的数据，并根据所述气体传感器节点的数据控制所述风机节点打开或关闭对应的风机；以及根据所述风机节点的数据确定对应的风机是否正常工作。
所述监控终端包括GPRS通信模块，所述监控终端为PC机、笔记本或手机。
所述气体控制模块和风机控制模块均为单片机。
具体地，所述气体传感器包括一氧化碳气体传感器和二氧化碳气体传感器，所述一氧化碳气体传感器用于检测一氧化碳的浓度，所述二氧化碳气体传感器用于检测二氧化碳的浓度。所述气体传感器还包括烟雾传感器，所述烟雾传感器用于检测煤仓中的烟雾浓度。所述气体传感器为一个或多个，分布在煤仓中。
还包括温度传感器，所述温度传感器用于采集煤仓中的温度信息，所述温度传感器与所述气体传感器节点连接。
具体地，所述监控终端用于在所述气体传感器检测到的气体的浓度高于预定的阈值时控制预定的风机打开，以及用于在所述气体传感器检测到的气体的浓度不高于预定的阈值时控制预定的风机关闭。所述监控终端还用于在所述温度传感器测量的温度高于预定的阈值时控制风机打开。所述监控终端根据气体传感器的测量数据控制一个或多个风机工作。
所述风机检测模块为反射式传感器，所述反射式传感器设置在所对应的风机上。具体地，反射式传感器设置在风机的扇叶的上端或下端，这样，当扇叶转动时，反射式传感器检测到的信号会发生变化。
可替换地，所述风机检测模块为编码器，所述编码器设置在所对应的风机上。具体地，编码器设置在风机的扇叶的上端或下端，这样，当扇叶转动时，反射式传感器检测到的信号会发生变化。
优选地，气体传感器节点还包括第一报警器，所述第一报警器与所述气体控制模块连接，用于在所述气体传感器检测到的气体的浓度高于预定的阈值时发出报警信号。
优选地，所述监控终端还包括第二报警器，所述第二报警器用于在确定风机工作异常时发出报警信号。
进一步地，还包括风机控制装置，所述风机控制装置用于实现所述风机控制模块对风机的控制，所述风机控制装置包括继电器和接触器，所述风机控制模块、继电器、接触器和风机依次连接。
进一步地，所述接触器为交流接触器。
当监控终端判断一氧化碳气体或二氧化碳气体等有害气体超过阈值时，向风机控制装置发送排风指令，通过控制继电器的触点闭合导通，进一步接触器的开关吸合导通，从而控制风机工作，排出煤仓内的有害气体。
具体设置如下：
在煤仓顶部走廊的房顶，每隔20m安装BDW4-87-11型防腐防爆离心屋顶风机，风机转速为950r/min，风量5400m/h，全压205Pa功率0.8kw，共安装风机16台；当一氧化碳浓度超标(达到规定24PPM)时，监控终端向风机控制装置发送排风指令，通过控制继电器的触点闭合导通，CJ20-40型交流接触器电吸合，由接触器控制的风机开始工作，从而抽放走煤仓的一氧化碳气体，当一氧化碳气体降低到安全范围(设定的下限值)时，继电器的常闭端子变成常开端子、接触器失电，排风扇停止工作。
1、本发明设备运行稳定可靠、维护简单、便于操作，并对煤仓顶部有害气体及煤尘治理起到了积极作用，为煤仓工作人员提供了安全保障。解决了现有煤炭行业没有专门的一氧化碳排放设备的问题，适用于有害气体及粉尘超标等通风不畅的场所，可以有效排出有害气体和粉尘，保证工作场所工作人员的安全，气体超标自动启动风机排放气体，实现智能化。
2、本发明采用基于ZigBee与GPRS双网的煤仓风机控制系统，可实现远程监控煤仓中的气体浓度、温度等，以及实现对煤仓中风机的远程无线控制，并能自动检测风机的运行状况，具有较高的智能性。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.基于ZigBee与GPRS双网的煤仓风机控制系统，其特征在于，包括若干个风机、风机节点、气体传感器节点、ZigBee/GPRS网关和监控终端，所述风机、风机节点、气体传感器节点设置在煤仓内，其中：
所述风机节点与所述风机对应设置，其包括风机检测模块、风机控制模块和风机ZigBee通信模块；所述风机检测模块用于采集风机的状态信息，所述风机控制模块用于将所述风机检测模块采集的数据发送至监控终端，以及控制风机工作；所述风机ZigBee通信模块用于实现风机控制模块与所述ZigBee/GPRS网关的双向通信；
所述气体传感器节点包括气体控制模块、气体传感器和气体传感器ZigBee通信模块；所述气体传感器用于检测环境中的气体浓度，所述气体控制模块用于将所述气体传感器采集的数据发送至监控终端，所述气体传感器ZigBee通信模块用于实现所述气体控制模块与所述ZigBee/GPRS网关的通信；
所述ZigBee/GPRS网关用于实现所述风机节点和所述气体传感器节点与所述监控终端的通信；
所述监控终端用于接收所述气体传感器节点和风机节点的数据，并根据所述气体传感器节点的数据控制所述风机节点打开或关闭对应的风机；以及根据所述风机节点的数据确定对应的风机是否正常工作。
2.根据权利要求1所述的基于ZigBee与GPRS双网的煤仓风机控制系统，其特征在于，所述气体传感器包括一氧化碳气体传感器和二氧化碳气体传感器，所述一氧化碳气体传感器用于检测一氧化碳的浓度，所述二氧化碳气体传感器用于检测二氧化碳的浓度。
3.根据权利要求1或2所述的基于ZigBee与GPRS双网的煤仓风机控制系统，其特征在于，所述监控终端用于在所述气体传感器检测到的气体的浓度高于预定的阈值时控制预定的风机打开，以及用于在所述气体传感器检测到的气体的浓度不高于预定的阈值时控制预定的风机关闭。
4.根据权利要求3所述的基于ZigBee与GPRS双网的煤仓风机控制系统，其特征在于，所述风机检测模块为对射式传感器，所述对射式传感器的发射端和接收端分别设置在所对应的风机上。
5.根据权利要求3所述的基于ZigBee与GPRS双网的煤仓风机控制系统，其特征在于，所述风机检测模块为反射式传感器，所述反射式传感器设置在所对应的风机上。
6.根据权利要求3所述的基于ZigBee与GPRS双网的煤仓风机控制系统，其特征在于，所述风机检测模块为编码器，所述编码器设置在所对应的风机上。
7.根据权利要求4、5或6所述的基于ZigBee与GPRS双网的煤仓风机控制系统，其特征在于，气体传感器节点还包括第一报警器，所述第一报警器与所述气体控制模块连接，用于在所述气体传感器检测到的气体的浓度高于预定的阈值时发出报警信号。
8.根据权利要求7所述的基于ZigBee与GPRS双网的煤仓风机控制系统，其特征在于，所述监控终端还包括第二报警器，所述第二报警器用于在确定风机工作异常时发出报警信号。
9.根据权利要求8所述的基于ZigBee与GPRS双网的煤仓风机控制系统，其特征在于，还包括风机控制装置，所述风机控制装置用于实现所述风机控制模块对风机的控制，所述风机控制装置包括继电器和接触器，所述风机控制模块、继电器、接触器和风机依次连接。
10.根据权利要求9所述的基于ZigBee与GPRS双网的煤仓风机控制系统，其特征在于，所述接触器为交流接触器。
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