CN106662850A - 用于通风设备的模块化控制系统以及使用该系统的方法 - Google Patents

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Abstract

模块化控制系统，用于控制和/或接口复杂环境中的精密电力、通信、监测、照明、通风和/或其它服务系统，其中复杂环境诸如地下矿井、制药实验室和生产设施以及核电站，该模块化控制系统包括主处理单元、数个通信接口单元、数个设备接口单元、和用户接口单元。模块化控制系统被配置为装配在诸如地下矿井的复杂环境中并且连接到各种采矿设备，包括通风设备和环境传感器。模块化控制系统一般被预编程且预配置有所有必需的运行程序、控制算法和设备驱动以便装配时需要最小化的定制。

Description

用于通风设备的模块化控制系统以及使用该系统的方法
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2014年5月11日在美国专利商标局提交的并且名称为“MODULARCONTROL SYSTEM FOR MINING EQUIPMENT”的共同转让的美国专利申请No.61/991,530以及2014年5月11日在美国专利商标局提交的并且名称为“MODULAR CONTROL SYSTEM FORMINING EQUIPMENT”的共同转让的美国专利申请No.61/991,531的优先权的权益，这两个共同转让的美国专利申请都通过引用并入本文中。
技术领域
本发明一般地涉及配置用于控制和/或接口通风及其它设备的控制器和控制系统以及使用所述控制器和控制系统的方法。本发明更具体地涉及配置用于控制和/或接口地下矿井及其它复杂环境中的通风设备、传感器和其它设备的控制器和控制系统。
背景技术
当开发并运行地下矿井时，必须在地下部署重要的基础设施以向矿工和其他采矿人员提供电力、通信、监测、照明、通风和/或其它服务。因为没有两个矿井共享共同的配置，基础设施必须改变以适合每个矿井。
在具有精密电力、通信、监测、照明、通风和/或其它服务系统的其它复杂环境中可能需要类似的定制，所述复杂环境诸如制药实验室或生产设施、半导体研究或生产设施和核电站。
为了控制和/或接口这些各种各样的服务，当前的途径是设计用于矿井或其它复杂设施的特定的基础设施配置的控制器和其它控制系统。尽管这种定制途径起作用，其仍然具有数个缺点。
第一，部署当前的定制途径是极其耗费时间的。事实上。因为所有控制系统都是定制制造的，它们必须被设计成控制和/或接口它们将连接到的特定设备。此外，在矿井的情况下，之后这些控制系统必须被部署在地下。这样的部署是漫长的因为之后各种控制系统必须被单独地连接到特定设备。
第二，以及这与上文第一个缺点有关，当前的定制途径不是可扩展的。换言之，为了设计用于一个矿井或其它复杂设施的控制系统而执行的开发工作很少能被在另一矿井或其它复杂设施的控制系统设计中再度使用。类似地，如果矿井发展，附加的控制系统必须也单独地设计和部署。
第三，当前的定制途径需要技术人员在控制系统的部署期间和之后在场以便维护和维修。然而，由于地下矿井的典型地偏远的自然环境，技术人员一般是缺乏的且将技术人员部署在这样的偏远区域中通常是昂贵的。
第四，由于地下矿井运行的恶劣的自然环境(例如，重型车辆在紧密的空间中行进)，对于车辆或机器来说损毁控制系统并非不常见。当发生这样的碰撞并且控制系统被严重地损毁时，一般需要维修或者甚至替换整个控制系统。然而，因为机柜是定制制造且定制装配的，损毁的控制系统的更换耗费时间和技术人员的再次出现。
因此，鉴于以上内容，存在对地下矿井及其它复杂环境中的控制器及控制系统的设计和部署中不同的途径的需要，该不同的途径将至少减轻现有定制途径的一些缺点。
发明内容
要设计和部署用于地下矿井和其它复杂环境中设备的控制器和控制系统的现有技术定制途径的缺点一般地通过模块化控制系统来减轻，其中模块化控制系统被预编程并预配置以支持一系列设备。
根据本发明的原理，模块化控制系统被预编程并预配置以支持一系列复杂环境设备，选自电力、通信、监测、照明、通风和/或其它服务系统的组，系统包括用于为系统的电气和电子部件提供物理和环境保护的标准机柜、主处理单元、存储单元、通信接口单元、设备接口单元和用户接口单元。
根据本发明的原理，公开使用模块化控制系统的方法。该方法典型地包括以下步骤：
a、激活控制系统；
b、检测所有连接到控制系统的设备；
c、通过通信接口单元取回设备的运行参数；以及
d、将运行参数传输到设备。
根据本发明的原理，使用模块化控制系统的方法可进一步包括以下步骤：
a、通过断开连接到机柜的所有线缆来替换故障或损毁的控制系统；
b、从壁上移除或卸下故障或损毁的控制系统；
c、安装新的控制系统；
d、重新连接所有断开的线缆；以及
e、通过控制系统屏幕激活控制系统。
根据本发明的原理，模块化的控制系统一般地包括标准机柜，控制系统的所有的各种电气和电子部件都位于该标准机柜中。
控制系统一般地包括主处理单元、存储单元、数个通信接口单元、数个设备接口单元以及用户接口单元，其中主处理单元一般是以计算机或类似的处理平台的形式。
在根据本发明的原理的模块化控制系统的典型但非限制性的实施例中，控制系统的通信接口单元包括至少一个网络接口单元和至少本地通信单元，其中网络接口单元被配置为使用矿井或其它复杂环境中部署的有线或无线网络来通信，本地通信单元被配置为使用外部装置或设备来通信。
在根据本发明的原理的模块化控制系统的典型但非限制性的实施例中，控制系统的设备接口单元包括至少一个控制接口单元(例如继电器)和至少一个传感接口单元。所述至少一个控制接口单元被配置成连接到诸如风机(fan)或减震器(damper)的可控制矿井设备。就其本身而言，所述至少一个传感接口单元被配置成连接到本地或远程传感器以收集地下矿井或其它复杂环境的环境数据。
用户接口单元一般地被配置成允许运行者或其他人员为一个或多个设备输入运行参数和/或从控制系统取回数据(例如运行状态、环境数据、错误码等)。
根据本发明的原理，主处理单元和/或存储单元预加载有所有运行程序和控制算法以及控制系统用于控制、接口各种设备和/或以其它方式与各种设备通信所必需的所有设备驱动，其中所述各种设备部署在矿井或其它复杂环境中并且可连接到控制系统。在这种意义上，处理单元将一般自动地检测控制和传感接口单元被连接到哪些设备。
此外，根据本发明的原理，包括在控制系统内并且位于其机柜中的所有单元一般是标准的，并且由此在例如单元故障的情况下是可交换替换单元的。
通过使用模块化和标准化的途径以控制各种设备，根据本发明的原理的模块化控制系统一般地减轻了现有技术定制途径的数个缺点。例如，因为所有控制系统实质上是相同的，在装配期间可以迅速地部署它们并且在事故或故障情况下可以迅速替换它们。此外，因为控制系统已经被预编程和预配置以控制和/或接口一系列矿井设备，所以在开发期间和用于维护时控制系统的装配不需要技术人员。
根据对所描述的例示性实施例的理解，本发明的其它和进一步的方面和优点将是显然的，或者本发明的其它和进一步的方面和优点将在所附权利要求中被表明，一旦在实践中采用本发明，本文未提及的各种优点就会显现给本领域的技术人员。
附图说明
本发明的上述的和其它的方面、特征及优点将从以下描述变得更加显而易见，参考以下附图：
图1是根据本发明的原理的控制系统的实施例的正视图。
图2是图1的控制系统的右侧视图。
图3是图1的控制系统的左侧视图。
图4是图1的控制系统的部件的示意图。
图5是与地下矿井的基础设施相关的图1的控制系统的示意图。
图6A到6C是根据本发明的原理的扩展板的实施例的正视图。
图7是根据本发明的原理的控制系统的实施例的示例性装配的示意图。
图8是具有变频驱动的控制系统的实施例的示例性装配的示意图。
具体实施方式
下文将描述用于矿井和其它设备的新颖的模块化控制系统。尽管依据特定的例示性实施例描述本发明，应理解的是，本文所描述的实施例仅通过示例的方式并且本发明的范围不旨在由此受限。
首先参考图1到3，模块化控制系统的实施例以10示出。控制系统10包括为系统10的部件200(见图4)提供物理和环境保护的机柜100。模块化控制系统10一般配置为被部署在地下矿井或其它复杂环境中并且连接到诸如风机、减震器、调节器、传感器等的各种设备410和420(见图5)以控制和/或接口这些设备。模块化控制系统10一般也配置为被连接到矿井或其它复杂环境中部署的有线或无线通信网络，以从运行中心(未示出)的主控制器430接收新的或更新的控制指令和/或运行参数并且将设备运行数据和环境数据传输回到主控制器430(见图5)。
机柜100一般包括外壳110和进入门120以及到设备和/或安装至其的传感器的外围连接。在本实施例中，机柜100一般由金属材料(例如不锈钢)制成以承受地下矿井或其它复杂环境的恶劣环境。在这种意义上，当关闭时，门120一般与外壳110形成紧密密封以防止灰尘或其它污染物进入机柜100。设置的紧密密封是NEMA4型。
如图1到3中示出的，机柜100被进一步安装到包括一个或多个安装开口132的安装板130。在本实施例中，安装板130由金属材料(例如铝)制成。安装板130允许机柜100使用标准紧固件(例如挂钩、螺钉、螺栓、铁索、绑带等)容易地安装到矿井中隧道的壁或其它适当的位置。在这种意义上，在地下矿井中，隧道的壁通常覆盖有金属网(用岩石螺栓固定)以防止岩石掉落。安装板130由此能够被容易地安装到这种网。
现在参考图4，控制系统10的部件以200示意性示出。
控制系统10的部件200一般包括主处理单元210和连接至主处理单元210的一个或多个存储单元220、数个通信接口单元230和240、数个设备接口单元250和260以及用户接口单元270。
在本实施例中，主处理单元210一般体现为计算机或类似的处理平台。在其它实施例中，主处理单元210可以体现为微控制器、可编程集成电路(例如PLC)或者定制集成电路(例如ASIC)。
在本实施例中，主处理单元210和/或存储单元220预加载有所有必需的运行程序、控制算法和设备驱动(即，用于与特定设备通信的接口程序)使得控制系统10在装配时需要最小限度的定制或不需要定制。如果必要，这些运行程序、控制算法和设备驱动可以本地或远程更新。
控制系统10包括两种类型的通信接口单元，网络接口单元230和本地通信单元240。
网络接口单元230被配置为与地下矿井或其它复杂环境中可部署的各种类型的网络通信。例如，网络接口单元230可包括无线网络接口单元232(例如漏馈网络)、光网络接口单元234(例如以太网光纤光网络)、有线网络接口单元236(例如以太网网络)等。尽管控制系统10可包括更多或更少的网络接口单元230，在本实施例中，控制系统10包括用于地下矿井或其它复杂环境中最通常部署的网络中的每个的网络接口单元230。尤其是，模块化控制系统10一般足够通用以在受限的或没有定制的情况下被部署。
可理解地，取决于包括在控制系统10中的网络接口单元230，控制系统10的机柜100的外壳120会包括必需的端口(一个或多个)122(见图2和3)以容纳线缆或天线从而允许控制系统10被正确地连接到矿井或其它复杂环境中部署的网络(一个或多个)。
就它们本身而言，本地通信接口单元240一般配置成与相对靠近控制系统的装置和/或设备通信。
在本实施例中，本地通信单元接口240包括至少一个RS-485通信接口。
RS-485通信接口许可到诸如用于马达起动器的智能继电器和用于风机马达的变频驱动的其它智能的本地控制装置的数据交互。
类似于通信接口单元，设备接口单元也包括两种类型的接口单元，控制接口单元250和传感接口单元260。
控制接口单元250被配置为控制它们所连接到的设备。在本实施例中，设备更具体地是通风设备，通风设备诸如但不限于风机(开关或可变)、减震器、气流调节器、门等。
为维护控制系统10的模块性，不同的控制接口单元250的数量一般受限。例如，控制系统10可包括配置为提供开关控制(例如控制开关风机)的三个控制接口单元252以及配置为提供模块化控制(例如控制变频驱动风机、可调整调节器等)的两个控制接口单元254(同样见图5)。
传感接口单元260被配置为连接到矿井或其它复杂环境中部署的各种传感器(同样见图5)。
由于地下矿井封闭的自然环境，通风是地下矿井运行的重要方面(如果不是决定性的方面)。这在诸如制药和核环境的其它复杂环境中也是正确的。在本实施例中，如上文指出的，控制接口单元250被具体地配置成连接到通风设备。类似地，在本实施例中，传感接口单元260被具体地配置成连接到环境控制器，诸如但不限于温度传感器(一个或多个)、湿度传感器(一个或多个)、气体传感器(一个或多个)、气流测量站(一个或多个)、风机静态压力传感器(一个或多个)等。
可理解地，通过允许控制系统10连接到数个环境传感器，控制系统10可以收集这些环境数据并将这些环境数据传输回到运行中心的主控制器430，在运行中心可以执行通风调整以维护矿井或其它复杂环境中的合适的通风水平。
在本实施例中，如图1到3所示，传感接口单元260可连接到的气体传感器中的一些可被直接地但可移除地安装到机柜100或者更具体地到外壳120。通过是可移除的，气体传感器140可以容易地被移除以及由相同的或另一个气体传感器140替代。
在本实施例中，组件200的大部分被可移除地安装在机柜100内。结果，有缺陷的或损毁的单元可以被移除或者由另一个单元替代。因为所有控制系统10本质上是相同的，为所有控制系统10只需要维护小库存的替换单元。
可理解地，为了维护控制系统10的模块化和相对标准化，控制系统10连接到的设备可以被远程地连接。因此，对于需要被控制或接口的附加的设备，为仅仅这些附加设备装配又一个控制系统10会是浪费的。为了使这样的浪费的装配最小化，控制系统10可以连接到网络扩展板300。该扩展板300一般配置为容纳附加的控制接口单元250(见图6)、附加的传感接口单元260(见图6A)和/或附加的电力供应单元280(见图6C)。可理解地，这些附加的控制接口单元250、附加的接口单元260和/或附加的电力供应单元280能够用于控制、接口附加设备和/或为附加设备供能而不需要完整的控制系统10。
在本实施例中，扩展板300由金属材料(例如铝)制成并且包括安装开口320，如同安装板300。同样的，扩展板300一般设置有预定阵列的紧固件容纳开口(未示出)，配置为容纳附加的控制接口单元250、附加的接口单元260和/或附加的电力供应单元280。
再次参考图1，如上文提到的，控制系统10还包括用户接口单元270。在本实施例中，用户接口单元270是位于门120外侧的屏幕272(例如触屏)以便于对运行者和其他矿井人员是容易访问的。
在本实施例中，用户接口单元270的屏幕272允许运行者和其他人员去修改一个或多个可控制设备的运行参数和/或取回连接到控制系统10的各种设备的运行数据以及由连接到控制系统10的各种传感器捕获的环境数据。在控制系统10的正常运行期间，屏幕272将一般地显示最新的设备运行数据和相关环境数据(例如有毒气体水平)以便于对每个人员是容易访问以便快速浏览的。
正如图1和4中可看到的，控制系统10还包括运行状态单元290，该运行状态单元290包括一个或多个颜色编码灯。在本实施例中，运行状态单元290包括一个能生成三种不同颜色(即，绿色、黄色和红色)的灯292。可理解地，在其它实施例中，光的数量、颜色的数量和/或颜色的选择可不同。
如图1中所示，在本实施例中，灯292位于门120上以便被位于控制系统10附近的人员容易地看见。连接到主处理单元210的灯292将持续地或根据预定的闪烁顺序生成不同的颜色以标示控制系统10自身或连接到控制系统10的任何设备的运行状态。可理解地，当灯292标示在控制系统10中已检测到问题或利用任何设备检测到问题，关于所诊断的问题的附加的信息可显示在用户接口单元270的屏幕272上。
即使灯292的颜色和闪烁顺序的组合可以如期望的复杂以标示控制系统10和连接到控制系统10的设备的各种运行状态，但一般有利的是将颜色和闪烁顺序的组合的数量保持为小。例如，在本实施例中，处理单元210被编程以控制灯292以便显示标示四种运行状态的颜色和闪烁顺序的四个组合。
当控制系统10和所有连接到控制系统10的设备正常地运行，灯292生成持续的绿色光。当至少一个测量值(例如设备运行数据或环境数据)在预定范围之外，灯292将生成持续的黄色光。当风机运行在其高压风机曲线区域中，灯292将生成闪烁的黄色光。最后，当存在系统问题，灯292将生成持续的红色光。
使用中，数个控制系统10将被部署并装配得遍及地下矿井或其它复杂环境并且连接到它们需要控制的各种设备(例如风机、减震器等)和/或接口的各种设备(例如传感器)。通过部署得遍及矿井或其它复杂环境的有线网络(例如光网络、以太网网络等)或无线网络(漏馈网络)之一，控制系统10自身将被连接到矿井或其它复杂环境运行中心的主控制器430。
各种控制系统10通过它们到运行中心的主控制器430的连接，将接收用于处于它们各自的控制之下的各种可控制设备的运行参数。同样的，控制系统10将把运行数据和环境数据发送到运行中心的主控制器430使得主控制器430能够更新或调整可控制设备中的每个的运行参数。由控制系统10传输的运行数据和环境数据也可由在运行中心的人员浏览以确定矿井和其它复杂环境的一般运行和环境状态。
可理解地，因为所有控制系统10实质上是相同的。万一一个控制系统10被例如经过的车辆损毁，可由矿井人员相对迅速且容易地完成损毁的控制系统10的替换。
为替换故障或损毁的控制系统10，人员只需要断开连接到机柜100的所有线缆以及(如果有的话)所有气体传感器140、从壁(或其它安装位置)上移除或卸下故障或损毁的控制系统10、安装新的控制系统10、重新连接所有线缆以及(如果有的话)气体传感器140并通过屏幕272激活控制系统10。
一经激活控制系统10，处理单元210将检测连接到控制系统10的所有设备、(通过网络)从运行中心的主控制器430取回可控制矿井设备的运行参数，并且将运行参数传输到可控制设备。
通过是模块化的且实质上相同，根据本发明的原理的控制系统10广泛地减轻了现有技术定制途径的数个缺点。例如，因为所有控制系统10实质相同，被预配置且预加载以控制和接口相同的设备，所以控制系统10能够被容易且迅速地部署在地下矿井或其它复杂环境中，控制系统10的部署可以被规模化(scaled)(添加控制系统10是相对简单的)，控制系统10的部署可由不太熟练的人员完成，并且在缺陷或事故的情况下控制系统10中的每一个都可以容易且迅速地被替换。
根据实施例，控制系统10被预编程。控制系统准备好用于矿井中的实时控制和优化。对于特定用处的全部所需是控制系统的参数化，如下文所述。控制系统与使用开放式连接(OPC)的现有的基础设施接口。该控制技术被集成进通风设计中，该通风设计通过现有的通信结构直接地连接到可编程逻辑控制器(PLC)、变频驱动(VFD)、致动器(actuator)、起动器和其它可控制装置。一旦通信被建立，控制系统维护用于设备的给定件的全部控制信息，不管其位置如何。根据一个实施例，控制系统也向PLC提供了失效安全设置点。使用动态链接，随着添加或移除通风设备，变更处理控制是由通风人员执行的配置改变。改变不需要用于控制或人机接口的编程。
根据一个实施例，控制系统被预编程以允许数个控制水平。例如，第一水平控制包括通过输入参数致动的手动和比率控制。第二水平控制包括事件和调度控制。第三水平控制包括使用设置点的流量和气体浓度控制，该设置点由在控制调度中使用特定事件的运行者输入。第四水平是根据动态追踪(VOD)的流量控制，以及气体浓度控制。此外，控制系统可包括第五水平，该第五水平包括优化和先进控制，诸如复杂环境气流分布、表面风机速度和总质量流量控制。
根据示例性实施例，控制系统被预编程以允许通过HMI的参数配置输入来定义监测、控制和选项。在优选实施例中，对于应用来说不需要控制编程，所有控制都是预编程的。类似的，用户不需要HMI编程，所有HMI功能都是预编程的。接入HMI可以是通过导线、光纤或Wifi。每个控制装置应该在每个模型中包括相同的代码，该代码用于所有控制系统的应用配置和选项且独立于控制系统的应用配置和选项。同样的，控制系统允许通过到PLC的USB密钥连接的自动的代码升级。
根据一个实施例，控制系统是具有预接线连接的快速部署和装配。各种通信选项诸如有线以太网、光纤以太网、Wifi和漏馈、到控制表面软件的接口。到控制系统或第三方Scada或PLC系统的Modbus RTU(RS-485)或TCP接口对于用户也是可用的。
根据一个实施例，控制系统允许在控制或显示接口不需要编程的情况下监测和控制。在典型的实施例中，只需要通过用户接口的配置处理。这样，系统的配置可典型地仅仅由通过用户接口的参数值的输入来实现。控制系统测量温度、湿度和流速。控制系统可以用4-20mA输入连接器从其它控制或监测单元接受最多达两个的流速测量。传感器也可以分开设置。这样，控制系统可以用4-20mA输入连接器接受最多达两个的风机静态压力测量。此外，控制系统可在单元上局部地测量最多达三种的气体。通过附加的连接，附加的远程气体测量也是可能的。控制系统可由用于远程I/O的许多附加和用于气体传感的附加的远程附件来补充。同样的，在优选实施例中，传感器和控制不需要场线终止。传感器和控制用到单元的线缆和连接器接口到控制系统。单元也可以是准备好具有Modbus TCP通信容量的以太网。控制系统的用户可以经由彩色触屏或经由通过以太网的网页访问来接口单元。每个控制系统都可包括CANopen(M12连接器)、24VDC(M8连接器)和信号线缆(M8连接器)，其中信号线缆以特定的长度预制造，有连接器在两个端部。信号线缆也可以以指定的长度预制造，有M8连接器在两个端部。
根据一个实施例，控制系统可具有预编程的VFD、减震器、门和调节器控制以及相关的HMI。相应地，控制系统可允许手动控制、[0-100]％速度或开口、运行者的设置点、调度或低、中、和高的预编程的速度。其它控制功能包括定时器控制、调度(即，每个控制器、模式和设置点、每天10次改变)以及流量和气体控制，诸如运行者或调度的流量设置点。这样的控制功能进一步集成有高警报(high alarm)和高高警报，伴随对振动、风机马达温度、风机停止检测的配置行动。控制系统可根据一个实施例控制最多达9种气体。也可以通过运动检测使风机起动器或调节器控制行动。
根据一个实施例，控制系统可具有开关风机控制和相关的HMI。相应地，控制系统可允许手动控制、“开始-停止”、运行者或调度的设置点、时间控制、调度(即每个控制器每天10次改变)，进一步集成有高警报和高高警报，伴随对振动、风机马达温度、风机停止检测和气体阈值开始风机的配置行动。
根据示例性实施例，控制系统的通信可以通过：
·站上的三个有线以太网端口(到PLC或SCADA的LAN连接或Modbus TCP协议)
·可选择的光纤光以太网连接
·两个RS-485端口(Modbus RTU协议)
·用于速度或流量测量的4-20mA输出
·漏馈选项
·控制系统表面软件连接选项
根据示例性实施例，连接到控制系统的测量可以是：
·干球温度
·相对湿度
·计算的湿球温度
·计算的露点温度
·两个流速传感器连接(传感器可选)
i.涡流型
ii.“飞行时间”型
iii.第三方空气流速传感器
·两个风机静态压力传感器连接(传感器可选)
·在控制系统的位置处的可选的气体测量(最多达3个传感器)
根据示例性实施例，远程I/O选项可包括：
·使用远程附件的远程气体测量(最多达
·用于调节器、减震器或门控制的远程I/O模块(最多达2个)
·用于开关起动器的远程I/O模块(最多达3个)
·远程风机模拟和数字I/O模块(最多达2个)
根据实施例，用很少的技术知识实现系统的安装。使用紧固件将系统部件固定到壁或者安装在复杂环境的建筑支撑上。然后用两个端部都有识别的预识别且预测量的导线连接部件。部件上的连接也用与导线连接器相同的识别码来识别，简化作为整体的系统的连接。另外声明的是，装配者一般只需要基本技巧而不需要电或计算机技巧。在用于复杂环境中的装配的预先布置的计划中示出部件和导线以允许运行者用“即插即用”的方式安装控制系统。连接器将只是控制系统机柜上它们的指定连接器的补充，因此使错连接的可能性最小化。一旦所有部件、模块和传感器互连(有线或无线)，运行者在控制系统显示面板上输入需要的参数。可替换地，参数可使用控制系统机柜主IP地址通过网络远程地通信。在控制系统的运行期间，可使用手动、调度或远程控制之一来改变或维护参数。此外，控制系统可以包括一个或多个广告牌用于向工作者显示信息。广告牌也可用来显示紧急讯息。
现在参考图7，示出了根据本发明的原理的控制系统的实施例的示例性装配的示意图。控制系统10连接到与开关风机起动器530、532和534连接的风机数字远程I/O 520、522和524。风机起动器530、532和534分别地连接到位于平硐(drift)部分内侧的风机540、542和544。风机540、542和544根据输入参数和传感器572的各种读取将气流(560到569)导向到它们各自的采矿区550、552和554，其中输入参数在控制系统10中输入，传感器572连接到与控制系统10连接(有线或无线)的气体远程部件570自身。除了气体传感器572，空气速度和流量传感器580也用在参数中，用于确定为维护期望水平所需要的风机540、542和544的活动水平。控制系统10也运行地连接到控制平硐中的气流的远程调节器590。此外，控制系统10连接到表面通信装置510，该表面通信装置510链接控制系统10和复杂装配的控制中心。该连接可以是有线以太网、光纤或漏馈。
现在参考图8，图8是示出了具有变频驱动(VFD)的控制系统的实施例的示例性装配的示意图。控制系统10连接到风机模拟数字远程I/O 610、612，各自连接到风机620、622。控制系统10运行地连接到VFD 650、652，VFD 650、652连接到分别地位于进气竖井(shaft)680和排气竖井670中的风机1 660、662。使用控制系统中的输入参数以及空气速度和流量传感器640、642和风机静态压力传感器630、632的监测值来致动VFD 650和652并且VFD 650和652运行地连接到控制系统10，其中空气速度和流量传感器640、642分别地位于进气竖井680和排气竖井670中，风机静态压力传感器630、632也分别地位于进气竖井680和排气竖井670中。
尽管上文中已详细描述了本发名的例示性和目前地优选实施例，应理解的是发明构思可以其它方式不同地体现和部署，并且所附权利要求旨在被解释为包括这样的变化，除了受限于现有技术。

Claims (40)

1.一种模块化控制系统，被预编程并预配置以支持一系列复杂环境设备，所述复杂环境设备选自电力、通信、监测、照明、通风和/或其他服务系统的组，所述系统包括：
a)标准机柜，用于为系统的电气和电子部件提供物理和环境保护；
b)主处理单元；
c)存储单元；
d)通信接口单元；
e)设备接口单元；以及
f)用户接口单元。
2.根据权利要求1所述的模块化控制系统，其中所述复杂环境选自地下矿井、制药实验室、制药生产设施、半导体生产工厂、半导体研究设施或核电站的组。
3.根据权利要求2所述的模块化控制系统，其中所述通信接口单元包括至少一个网络接口单元。
4.根据权利要求3所述的模块化控制系统，其中所述至少一个网络接口单元被配置为使用有线或无线网络来通信。
5.根据权利要求3或4中的任意一个所述的模块化控制系统，其中所述至少一个网络接口单元包括至少一个本地通信单元。
6.根据权利要求5所述的模块化控制系统，其中所述至少一个本地通信单元被配置为与外部装置或设备通信。
7.根据权利要求1到6中的任意一个所述的模块化控制系统，其中所述设备接口单元包括至少一个控制接口单元。
8.根据权利要求6所述的模块化控制系统，其中所述至少一个控制接口单元是继电器。
9.根据权利要求7或8中的任意一个所述的模块化控制系统，其中所述至少一个控制接口单元被配置为连接到可控制设备。
10.根据权利要求7或8中的任意一个所述的模块化控制系统，其中所述可控制设备是风机或减震器。
11.根据权利要求1到10中的任意一个所述的模块化控制系统，其中所述设备接口单元包括至少一个传感接口单元。
12.根据权利要求11所述的模块化控制系统，其中所述至少一个传感接口单元被配置为连接到本地或远程传感器以收集复杂环境的环境数据。
13.根据权利要求1到12中的任意一个所述的模块化控制系统，其中所述用户接口单元被配置为允许运行者输入用于一个或多个设备的运行参数和/或从所述控制系统取回数据。
14.根据权利要求1到13中的任意一个所述的模块化控制系统，其中所述主处理单元或所述存储单元中的至少一个预加载有运行程序和控制算法以及所述控制系统用于控制、接口各种采矿设备和/或以其它方式与各种采矿设备通信所必需的所有设备驱动，其中所述各种采矿设备部署在复杂环境中并且可连接到所述控制系统。
15.根据权利要求1到14中的任意一个所述的模块化控制系统，其中所述处理单元自动地检测所述控制接口单元和传感接口单元连接到哪些设备。
16.根据权利要求1到15中的任意一个所述的模块化控制系统，其中所述控制系统的各单元是标准的且能够用替换单元替代。
17.根据权利要求1到16中的任意一个所述的模块化控制系统，其中各种设备选自由用于设备的接口、风机、减震器、调节器、和控制用传感器组成的组。
18.根据权利要求1到17中的任意一个所述的模块化控制系统，其中所述系统被配置为连接到部署在矿井中的有线或无线通信网络以接收新的或更新的控制指令。
19.根据权利要求1到17中的任意一个所述的模块化控制系统，其中所述系统被配置为连接到部署在复杂环境中的有线或无线通信网络以从运行中心的主控制器接收运行参数并将设备运行数据和环境数据传输回到所述主控制器。
20.根据权利要求1到19中的任意一个所述的模块化控制系统，其中所述机柜包括外壳、进入门以及到设备和/或安装到其上的传感器的外围连接。
21.根据权利要求1到20中的任意一个所述的模块化控制系统，其中所述机柜由金属材料制成用于承受地下矿井的恶劣环境。
22.根据权利要求1到21中的任意一个所述的模块化控制系统，其中所述主处理单元是微控制器、可编程集成电路或定制集成电路。
23.根据权利要求1到22中的任意一个所述的模块化控制系统，其中所述主处理单元或存储单元中的至少一个预加载有接口程序以与特定设备通信。
24.根据权利要求1到23中的任意一个所述的模块化控制系统，其中所述控制系统进一步包括网络接口和本地通信单元。
25.根据权利要求24所述的模块化控制系统，其中所述网络接口单元包括无线网络接口单元、光网络接口单元和有线网络接口单元。
26.根据权利要求25所述的模块化控制系统，其中所述无线网络接口单元是漏馈网络。
27.根据权利要求25所述的模块化控制系统，其中所述光网络接口单元是以太网光纤光网络。
28.根据权利要求25所述的模块化控制系统，其中所述有线网络接口单元是以太网网络。
29.根据权利要求25所述的模块化控制系统，其中所述本地通信接口单元包括至少一个RS-485通信接口。
30.根据权利要求29所述的模块化控制系统，其中所述RS-485通信接口许可到其它智能本地控制装置的数据交换。
31.根据权利要求30所述的模块化控制系统，其中所述其它智能本地控制装置是用于马达起动器的智能继电器和用于风机马达的变频驱动。
32.根据权利要求1到31中的任意一个所述的模块化控制系统，其中所述设备接口单元进一步包括两种类型的接口单元：控制接口单元和传感接口单元。
33.根据权利要求32所述的模块化控制系统，其中所述控制接口单元被配置成控制它们所连接到的设备。
34.根据权利要求1到33中的任意一个所述的模块化控制系统，其中所述系统进一步包括配置为提供开关控制的三个控制接口单元，和配置为提供模块化的控制的两个控制接口单元。
35.根据权利要求34所述的模块化控制系统，其中所述两个控制接口单元被配置为控制变频驱动风机或可调整的调节器。
36.根据权利要求1到35中的任意一个所述的模块化控制系统，其中所述系统是模块化控制系统。
37.一种使用根据权利要求1到36中的任意一个所述的模块化控制系统的方法，所述方法包括以下步骤：
a)激活所述控制系统；
b)检测连接到所述控制系统的所有设备；
c)通过通信接口单元输入所述设备的运行参数；以及
d)传输运行参数到所述设备。
38.根据权利要求37所述的使用模块化控制系统的方法，其中所述设备的运行参数从位于远程的服务器上载。
39.根据权利要求37或38所述的使用模块化控制系统的方法，所述方法进一步包括如下步骤：
a)通过断开连接到机柜的所有线缆来替换故障或损毁的控制系统；
b)从壁上移除或卸下所述故障或损毁的控制系统；
c)安装新的控制系统；
d)重连接所有断开的线缆；以及
e)通过控制系统屏幕激活所述控制系统。
40.根据权利要求39所述的使用模块化控制系统的方法，所述方法进一步包括如下步骤：
a)断开所有气体传感器；以及
b)重连接所有断开的气体传感器。
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