CN107165614B - 一种用于对煤炭地下气化进行监控的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于对煤炭地下气化进行监控的系统，通过监测单元监测对煤炭进行地下气化的气化炉的热工参数，将热工参数转换为热工参数信号后通过有线传输的方式发送至发送单元。将热工参数无线信号发送至无线网关。通过无线网关将接收热工参数信号发送至数据运算单元，通过数据运算单元将接收到的热工参数信号进行运算，并将热工参数信号的运算结果发送至操作单元，操作单元根据热工信号的运算结果，向数据运算单元发送控制指令。控制单元在接收控制指令数字量或控制指令模拟量后，并根据控制指令数字量或控制指令模拟量对气化炉进行煤炭气化控制，调节气化剂用量、类别或气化温度，使煤炭稳定进行气化。
Description
技术领域
本发明涉及煤炭地下气化监控技术领域，更具体地，涉及一种用于对煤炭地下气化进行监控的系统及方法。
背景技术
煤炭地下气化技术是一种将埋藏在地下的煤炭进行直接的、有控制的燃烧，通过煤的热作用及化学作用，产生可燃气体的过程。煤炭地下气化变传统的物理采煤为化学采煤，代替传统的建井、采煤、地面气化过程，具有安全性好、投资少、效益高、污染少等优点。
煤炭地下的气化炉控制区域是提高煤炭开采经济性的重要因素，显然在气化工艺能稳定进行的范围内希望控制的区域越大越好，这就导致了多个出气孔、多个进气孔、多个排水孔、多个地下温度监测孔等距离越远越好，依靠线缆传输监测数据导致线缆桥架的布置非常凌乱，且线缆的使用效率非常低，花费较大。一个煤炭地下气化炉的生命周期约3-4年，当气化炉控制区域气化完成后，这样的线缆和线缆桥架不易拆卸以及重新安装，造成极大浪费。现有的监控方法，监测信号工艺复杂，热工参数信号传输慢，不能及时对热工参数进行数据分析，以及及时对气化炉对煤炭稳定气化进行控制。
因此，需要一种技术，以实现对煤炭地下气化过程进行监控。
发明内容
本发明提供了一种用于对煤炭地下气化进行监控的系统及方法，以解决如何对煤炭地下气化进行监控的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种用于对煤炭地下气化进行监控的系统，所述系统包括：
电源单元，设置于煤炭地下气化现场，为设置于煤炭地下气化现场的所述监测单元、控制单元、发送单元和接收单元提供电源；
监测单元，对用于为煤炭进行地下气化的气化炉进行监测，以获取所述气化炉的热工参数，将所述热工参数转换为热工参数信号后通过有线传输的方式将所述热工参数信号发送至所述发送单元；
发送单元，用于通过有线传输方式接收所述热工参数信号，并将所述热工参数信号发送至无线网关；
无线网关，用于接收所述热工参数信号，将接收到的所述热工参数信号发送至数据运算单元；以及所述无线网关用于接收所述数据数据运算单元发送的控制指令，并将所述控制指令发送至接收单元；
数据运算单元，用于对接收到的所述热工参数信号进行运算，并将热工参数信号的运算结果发送至操作单元；以及所述数据运算单元将接收到的所述控制指令发送至所述无线网关；
操作单元，根据所述热工参数信号的运算结果，向所述数据运算单元发送控制指令；
接收单元，用于接收所述控制指令，将所述控制指令转换为控制指令数字量或控制指令模拟量，并将所述控制指令数字量或所述控制指令模拟量发送至控制单元；
控制单元，用于接收所述控制指令数字量或所述控制指令模拟量，并根据所述控制指令数字量或所述控制指令模拟量对所述气化炉进行煤炭气化控制，调节气化剂用量、类别或气化温度，使煤炭稳定进行气化。
优选地，所述电源单元，包括太阳能储能电源或电池。
优选地，所述监测单元、所述发送单元、所述接收单元、所述无线网关、所述数据运算单元和所述操作单元为至少一套。
优选地，所述无线网关包括RS485接口、RS232接口或以太网接口中的至少一种接口，并通过RS485接口、RS232接口或以太网接口中的至少一种接口与所述数据运算单元进行无线通信。
优选地，所述数据运算单元包括RS485接口、RS232接口或以太网接口中的至少一种接口，并通过RS485接口、RS232接口或以太网接口中的至少一种接口与所述操作单元进行无线通信。
优选地，所述发送单元、所述接收单元和所述无线网关的发射频率为同一个公共频率。
基于本发明的另一方面，提供一种用于对煤炭地下气化进行监控的方法，所述方法包括：
将所述电源单元设置于煤炭地下气化现场，通过所述电源单元为设置于煤炭地下气化现场的监测单元、控制单元、发送单元和接收单元提供电源；
通过所述监测单元监测对用于为煤炭进行地下气化的气化炉进行监测，以获取所述气化炉的热工参数，将所述热工参数转换为热工参数信号后通过有线传输的方式将所述热工参数信号发送至所述发送单元；
通过所述发送单元通过有线传输方式接收所述热工参数信号，并将所述热工参数信号发送至无线网关；
通过无线网关接收所述热工参数信号，将接收到的所述热工参数信号发送至所述数据运算单元；
通过数据运算单元将接收到的所述热工参数信号进行运算，并将热工参数信号的数据运算结果发送至操作单元；
通过所述操作单元根据所述热工参数信号的数据运算结果，向所述数据运算单元发送控制指令；所述数据运算单元将接收到的所述控制指令发送至所述无线网关；
通过所述无线网关接收所述数据运算单元发送的控制指令，并将所述控制指令发送至所述接收单元；
通过所述接收单元接收所述控制指令，将所述控制指令转换为控制指令数字量或控制指令模拟量，并将所述控制指令数字量或所述控制指令模拟量发送至控制单元；
通过控制单元接收所述控制指令数字量或所述控制指令模拟量，并根据所述控制指令数字量或所述控制指令模拟量对所述气化炉进行煤炭气化控制，调节气化剂用量、类别或气化温度，使煤炭稳定进行气化。
优选地，所述电源单元，包括太阳能储能电源或电池。
优选地，所述监测单元、所述发送单元、所述接收单元、所述无线网关、所述数据运算单元和所述操作单元为至少一套。
优选地，所述无线网关包括RS485接口、RS232接口或以太网接口中的至少一种接口，并通过RS485接口、RS232接口或以太网接口中的至少一种接口与所述数据运算单元进行无线通信。
优选地，所述数据运算单元包括RS485接口、RS232接口或以太网接口中的至少一种接口，并通过RS485接口、RS232接口或以太网接口中的至少一种接口与所述操作单元进行无线通信。
优选地，所述发送单元、所述接收单元和所述无线网关的发射频率为同一个公共频率。
本申请技术方案提供的一种用于对煤炭地下气化进行监控的系统，通过监测单元监测对煤炭进行地下气化的气化炉的热工参数，将热工参数转换为热工参数信号后通过有线传输的方式发送至发送单元。将热工参数无线信号发送至无线网关。通过无线网关将接收热工参数信号发送至数据运算单元，通过数据运算单元将接收到的热工参数信号进行运算，并将热工参数信号的运算结果发送至操作单元，操作单元根据热工信号的运算结果，向数据运算单元发送控制指令。控制单元在接收控制指令数字量或控制指令模拟量后，并根据控制指令数字量或控制指令模拟量对气化炉进行煤炭气化控制，使煤炭稳定进行气化。本发明的技术方案将煤炭地下气化热工参数的监控由有线传输改为无线传输，避免大量采用线缆传输在施工以及维护工作当中的不便，免去了铺设线路的一切费用，当地下气化炉区域的气化完成后，可以轻松拆卸，在其他炉孔或其他气化炉上重复使用率，减少煤炭地下气化的工程投入成本。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明一实施方式的一种用于对煤炭地下气化进行监控的系统结构图；以及
图2为根据本发明一实施方式的一种用于对煤炭地下气化进行监控的方法流程图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明一实施方式的一种用于对煤炭地下气化进行监控的系统结构图。本申请的实施方式提供的一种用于对煤炭地下气化进行监控的系统，本申请通过监测单元监测对煤炭进行地下气化的气化炉的热工参数，将热工参数转换为热工参数信号后通过有线传输的方式发送至发送单元。发送单元将热工参数信号转换为热工参数无线信号，并将热工参数无线信号发送至无线网关。通过无线网关将接收热工参数无线信号发送至数据运算单元，通过数据运算单元将接收到的热工参数无线信号进行运算，并将热工参数信号的运算结果发送至操作单元，操作单元根据热工信号的运算结果，向数据运算单元发送控制指令。控制单元在接收控制指令数字量或控制指令模拟量后，并根据控制指令数字量或控制指令模拟量对气化炉进行煤炭气化控制，使煤炭稳定进行气化。图1为根据本发明一实施方式的一种用于对煤炭地下气化进行监控的系统100，如图1所示，系统100包括：
电源单元11，监测单元12，控制单元15，发送单元13，接收单元14，无线网关17，数据运算单元16，操作单元18。101区域为煤炭地下气化现场，即为气化炉各进气列、出气列、点火列、监测孔等功能孔的现场。102区域为地面热工参数运算、控制指令生成的控制区域。
监测单元11、发送单元13、接收单元14、无线网关17、数据运算单元16和操作单元18为至少一套。
电源单元11，包括太阳能储能电源或电池。通过太阳能储能电源或电池为煤炭地下气化现场进行监测的设备进行充电，可以减少系统的布线，也方便在气化炉控制区域气化完成后，监控系统的拆卸和重新安装，减少物料的浪费。
电源单元11设置于煤炭地下气化现场，为设置于煤炭地下气化现场的监测单元12、控制单元15、发送单元13和接收单元14提供电源。
监测单元12，对用于为煤炭进行地下气化的气化炉进行监测，以获取气化炉的热工参数，将热工参数转换为热工参数信号后通过有线传输的方式发送至发送单元13。
发送单元13，用于通过有线传输方式接收热工参数信号，并将热工参数信号发送至无线网关17。
本申请监测单元12用于进气列、出气列、点火列、温度监测孔、水位监测孔等与气化炉有关的热工参数进行监测，转换成热工参数信号，通过线缆传输给发送单元13进行无线传输。
无线网关17，用于接收热工参数信号，将接收到的热工参数信号发送至数据运算单元16；无线网关17用于接收数据运算单元16发送的控制指令，并将控制指令发送至接收单元14。本申请的实施方式，实现了将煤炭地下气化炉现场的热工参数传输给控制区域，并将控制区域的控制指传输给煤炭地下气化现场，实现了数据信号的双向传输。
无线网关17包括RS485接口、RS232接口或以太网接口中的至少一种接口，并通过RS485接口、RS232接口或以太网接口中的至少一种接口与数据运算单元进行无线通信。
无线网关17是无线网络的核心，用于连接多个发送单元13、接收单元14组成的无线网络，并与数据运算单元16通过RS485、RS232和以太网接口中的至少一种接口，并遵循某一种协议。无线网关27负责网络性能监测、智能网络管理、设定和维护网络通信参数，以及发送单元13、接收单元14与操作单元18上与无线网络配套管理软件之间的通信。
本申请一个无线网关17可以管理多个发送单元13和接收单元14，一个无线网关17、多个发送单元13和多个接收单元14可以组成一个无线网络。
发送单元13、接收单元14和无线网关17的发射频率为同一个公共频率。
操作单元18的管理软件可以对无线网络进行配置和管理。
数据运算单元16，用于将接收到的热工参数信号进行运算，并将热工参数信号的运算结果发送至操作单元18，操作单元18根据热工参数信号的运算结果，向数据运算单元16发送控制指令；数据运算单元16将接收到的控制指令发送至无线网关17。
优选地，操作单元18上配置有与无线网络配套的管理软件。
数据运算单元16包括RS485接口、RS232接口或以太网接口中的至少一种接口，并通过RS485接口、RS232接口或以太网接口中的至少一种接口与操作单元进行无线通信。
接收单元14，用于接收控制指令，将控制指令转换为控制指令数字量或控制指令模拟量，并将控制指令数字量或控制指令模拟量发送至控制单元15。
本申请接收单元14接受到的控制指令无线信号经其内部的无线模块转换成控制指令数字量或控制指令模拟量的有线信号，通过线缆传输给控制单元15，控制单元15是通过阀门、开关、变频器来对进气列、出气列、点火列中与气化炉有关的热工参数进行控制。
控制单元15，用于接收控制指令数字量或控制指令模拟量，并根据控制指令数字量或控制指令模拟量对气化炉进行煤炭气化控制，调节气化剂用量、类别或气化温度，使煤炭稳定进行气化。
本申请无线网关17用于接收和发送无线信号并上传至数据运算单元16。经数据运算单元16运算后的数据可以在操作单元18上正确显示，同时数据运算单元16也可以接受操作单元18发出的指令，并经过数据运算单元16后传给无线网关17。无线网关17发出无线信号经接收单元14后转变成控制指令数字量或控制指令模拟量用以通过控制单元15控制阀门、开关、变频器等，来调整进气列、出气列、点火列中的气化剂的种类、流量、压力等参数，使其朝着气化炉稳定的方向进行运行。
本发明将煤炭地下气化监控系统的现有的有线传输方式改为无线传输，避免大量采用线缆传输在施工以及维护工作当中的不便，免去了铺设线路的一切费用，当地下气化炉区域的气化完成后，本申请的监控系统可以轻松拆卸，在其他炉孔或其他气化炉上重复使用率，减少煤炭地下气化的工程投入成本。
图2为根据本发明一实施方式的一种用于对煤炭地下气化进行监控的方法流程图。本申请实施方式的一种用于对煤炭地下气化进行监控的方法200，从步骤201开始：
优选地，在步骤201：将电源单元设置于煤炭地下气化现场，通过电源单元为设置于煤炭地下气化现场的监测单元、控制单元、发送单元和接收单元提供电源。
优选地，电源单元，包括太阳能储能电源或电池。
优选地，监测单元、发送单元、接收单元、无线网关、数据运算单元和操作单元为至少一套。
优选地，在步骤202：通过监测单元监测对用于为煤炭进行地下气化的气化炉进行监测，以获取气化炉的热工参数，将热工参数转换为热工参数信号后通过有线传输的方式将热工参数信号发送至发送单元。
优选地，在步骤203：通过发送单元通过有线传输方式接收热工参数信号，并将热工参数信号发送至无线网关。
优选地，在步骤204：通过无线网关接收热工参数信号，将接收到的热工参数信号发送至数据运算单元。
优选地，在步骤205：通过数据运算单元将接收到的热工参数信号进行运算，并将热工参数信号的数据运算结果发送至操作单元。
优选地，无线网关包括RS485接口、RS232接口或以太网接口中的至少一种接口，并通过RS485接口、RS232接口或以太网接口中的至少一种接口与数据运算单元进行无线通信。
优选地，数据运算单元包括RS485接口、RS232接口或以太网接口中的至少一种接口，并通过RS485接口、RS232接口或以太网接口中的至少一种接口与操作单元进行无线通信。
优选地，在步骤206：通过操作单元根据热工参数信号的数据运算结果，向数据运算单元发送控制指令；数据运算单元将接收到的控制指令发送至无线网关。
优选地，在步骤207：通过无线网关接收数据运算单元发送的控制指令，并将控制指令发送至接收单元。
优选地，在步骤208：通过接收单元接收控制指令，将控制指令转换为控制指令数字量或控制指令模拟量，并将控制指令数字量或控制指令模拟量发送至控制单元。
优选地，发送单元、接收单元和无线网关的发射频率为同一个公共频率。
优选地，在步骤209：通过控制单元接收控制指令数字量或控制指令模拟量，并根据控制指令数字量或控制指令模拟量对气化炉进行煤炭气化控制，调节气化剂用量、类别或气化温度，使煤炭稳定进行气化。
本发明一实施方式的一种用于对煤炭地下气化进行监控的方法200与本发明另一实施方式的一种用于对煤炭地下气化进行监控的系统100相对应，在此不再进行赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
Claims (12)
1.一种用于对煤炭地下气化进行监控的系统，所述系统包括：
电源单元，设置于煤炭地下气化现场，为设置于煤炭地下气化现场的监测单元、控制单元、发送单元和接收单元提供电源；
监测单元，对用于为煤炭进行地下气化的气化炉进行监测，以获取所述气化炉的热工参数，将所述热工参数转换为热工参数信号后通过有线传输的方式将所述热工参数信号发送至所述发送单元；
发送单元，用于通过有线传输方式接收所述热工参数信号，并将所述热工参数信号发送至无线网关；
无线网关，用于接收所述热工参数信号，将接收到的所述热工参数信号发送至数据运算单元；以及所述无线网关用于接收所述数据运算单元发送的控制指令，并将所述控制指令发送至接收单元；
数据运算单元，用于对接收到的所述热工参数信号进行运算，并将热工参数信号的运算结果发送至操作单元；以及所述数据运算单元将接收到的所述控制指令发送至所述无线网关；
操作单元，根据所述热工参数信号的运算结果生成控制指令，向所述数据运算单元发送所述控制指令；
接收单元，用于接收所述控制指令，将所述控制指令转换为控制指令数字量或控制指令模拟量，并将所述控制指令数字量或所述控制指令模拟量发送至控制单元；
控制单元，用于接收所述控制指令数字量或所述控制指令模拟量，并根据所述控制指令数字量或所述控制指令模拟量对所述气化炉进行煤炭气化控制，调节气化剂用量、类别或气化温度，使煤炭稳定进行气化。
2.根据权利要求1所述的系统，所述电源单元，包括太阳能储能电源或电池。
3.根据权利要求1所述的系统，所述监测单元、所述发送单元、所述接收单元、所述无线网关、所述数据运算单元和所述操作单元为至少一套。
4.根据权利要求1所述的系统，所述无线网关包括RS485接口、RS232接口或以太网接口中的至少一种接口，并通过RS485接口、RS232接口或以太网接口中的至少一种接口与所述数据运算单元进行无线通信。
5.根据权利要求1所述的系统，所述数据运算单元包括RS485接口、RS232接口或以太网接口中的至少一种接口，并通过RS485接口、RS232接口或以太网接口中的至少一种接口与所述操作单元进行无线通信。
6.根据权利要求1所述的系统，所述发送单元、所述接收单元和所述无线网关的发射频率为同一个公共频率。
7.一种用于对煤炭地下气化进行监控的方法，所述方法包括：
将电源单元设置于煤炭地下气化现场，通过所述电源单元为设置于煤炭地下气化现场的监测单元、控制单元、发送单元和接收单元提供电源；
通过所述监测单元监测对用于为煤炭进行地下气化的气化炉进行监测，以获取所述气化炉的热工参数，将所述热工参数转换为热工参数信号后通过有线传输的方式将所述热工参数信号发送至所述发送单元；
通过所述发送单元通过有线传输方式接收所述热工参数信号，并将所述热工参数信号发送至无线网关；
通过无线网关接收所述热工参数信号，将接收到的所述热工参数信号发送至数据运算单元；
通过数据运算单元将接收到的所述热工参数信号进行运算，并将热工参数信号的数据运算结果发送至操作单元；
通过所述操作单元根据所述热工参数信号的数据运算结果，向所述数据运算单元发送控制指令；所述数据运算单元将接收到的所述控制指令发送至所述无线网关；
通过所述无线网关接收所述数据运算单元发送的控制指令，并将所述控制指令发送至所述接收单元；通过所述接收单元接收所述控制指令，将所述控制指令转换为控制指令数字量或控制指令模拟量，并将所述控制指令数字量或所述控制指令模拟量发送至控制单元；
通过控制单元接收所述控制指令数字量或所述控制指令模拟量，并根据所述控制指令数字量或所述控制指令模拟量对所述气化炉进行煤炭气化控制，调节气化剂用量、类别或气化温度，使煤炭稳定进行气化。
8.根据权利要求7所述的方法，所述电源单元，包括太阳能储能电源或电池。
9.根据权利要求7所述的方法，所述监测单元、所述发送单元、所述接收单元、所述无线网关、所述数据运算单元和所述操作单元为至少一套。
10.根据权利要求7所述的方法，所述无线网关包括RS485接口、RS232接口或以太网接口中的至少一种接口，并通过RS485接口、RS232接口或以太网接口中的至少一种接口与所述数据运算单元进行无线通信。
11.根据权利要求7所述的方法，所述数据运算单元包括RS485接口、RS232接口或以太网接口中的至少一种接口，并通过RS485接口、RS232接口或以太网接口中的至少一种接口与所述操作单元进行无线通信。
12.根据权利要求7所述的方法，所述发送单元、所述接收单元和所述无线网关的发射频率为同一个公共频率。
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2017
- 2017-07-19 CN CN201710592237.7A patent/CN107165614B/zh active Active
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| 基于S7-300PLC的煤地下气化过程监控系统设计;黎冠等;《华北科技学院学报》;20160229;第13卷(第1期);第86-91页 * |
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