CN111853985A - 一种局部人工增氧装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种局部人工增氧装置及方法，其中装置包括便携式传感器、供氧模块、风机、控制系统、电源模块、通讯模块；便携式传感器用于采集环境的氧气浓度值；通讯模块用于接收便携式传感器发送的氧气浓度值并发送至控制系统；控制系统用于接收通讯模块发送的氧气浓度值，并与预设氧气浓度范围比对，根据比对结果发出供氧控制指令和风速控制指令；供氧模块用于接收供氧控制指令并按对应的流量释放氧气；风机用于接收风速控制指令并按对应的风速将供氧模块释放的氧气引入作业区。该方案适用于高原矿山、矿井、隧道、地下工程等工况，其可自动调整作业区内的氧气浓度至合理范围，控制精准及时，避免出现供氧不足或供氧过量的安全问题。

Description

一种局部人工增氧装置及方法

技术领域

本发明涉及高原矿山、矿井、隧道、地下工程等工况的通风与安全领域，尤其涉及一种局部人工增氧装置及方法。

背景技术

随着我国中西部高原地区的矿产资源、交通道路等工程建设增加，所面临的低气压、缺氧等恶劣自然环境，不仅会引起人体正常的生理功能降低，还会引起感觉、记忆、注意、情绪等心理问题，导致生产作业效率低，职业健康与安全生产问题突出。

目前国内外预防高原缺氧主要的方式采用方式：一是通过对空气加压，提高空气密度，进而实现提升氧含量的目的，例如发明专利CN200610104868.1公开的“便携式高原呼吸增氧装置及其应用”；二是通过人工增加氧气，提高氧气的单位体积质量浓度，例如发明专利CN201110379829.3公开的“防毒、高原、缺氧自救吸氧方法及设备”；三是采用氧气富集技术，如通过分子筛等方法来提交呼吸的氧气含量，例如发明专利CN201110127410.9公开的“军用高原车载氧气机”。

对于工程作业人员而言，便携式或口罩式的增氧方法穿戴不方便，采用分子筛等技术富集供氧效率低，不能大范围的开展工业应用。目前广泛使用的氧气瓶直接输送氧气的供氧方式，存在管理比较粗放，供氧量比较随意，不能有效控制输氧区域的实际氧含量在合理区间，极易导致供氧不足或氧气过量等安全问题。

发明内容

本发明提供了一种局部人工增氧装置及方法，以解决现有的供氧方案不能有效控制输氧区域的实际氧含量在合理区间的问题。

第一方面，提供了一种局部人工增氧装置，包括便携式传感器、供氧模块、风机、控制系统、电源模块、通讯模块；

所述供氧模块、风机、通讯模块均与所述控制系统连接，所述供氧模块、风机、控制系统、通讯模块均与所述电源模块连接；

所述便携式传感器用于采集环境的氧气浓度值并将结果发送至所述通讯模块；

所述通讯模块用于接收所述便携式传感器发送的氧气浓度值并发送至所述控制系统；

所述控制系统用于接收所述通讯模块发送的氧气浓度值，并与预设氧气浓度范围比对，根据比对结果发出供氧控制指令和风速控制指令；

所述供氧模块用于接收供氧控制指令并按对应的流量释放氧气；

所述风机用于接收风速控制指令并按对应的风速将所述供氧模块释放的氧气引入作业区。

使用上述方案提供的增氧装置时，首先将该增氧装置置于作业区并开启，便携式传感器开始采集作业区的实时氧气浓度值并将其发送给通讯模块，通讯模块将接收的氧气浓度值发送给控制系统，控制系统将接收的氧气浓度值与预设的氧气浓度范围比对，根据比对的结果发出对应的供氧控制指令和风速控制指令，分别控制供氧模块释放氧气的流量及风机的风速，同时风机将供氧模块释放的氧气吹入作业区，完成第一轮闭环控制过程。然后便携式传感器发送新的氧气浓度值给控制系统，重复上述过程，进行第二轮闭环控制过程，通过不断重复上述闭环控制过程，直至作业区的氧气浓度达到预设的合理范围内，维持现有的工作状态，直到氧气浓度偏离合理范围，再次开始重复上述过程。该增氧装置适用于高原矿山、矿井、隧道、低下工程等工况，其可自动调整作业区内的氧气浓度至合理范围，控制精准及时，避免出现供氧不足或供氧过量的安全问题。

进一步地，所述供氧模块包括通过供氧管依次连通的若干氧气瓶、电磁阀、供氧环，所述电磁阀与所述控制系统连接。直接通过氧气瓶供氧，供氧及更换方便快捷，每个氧气瓶口均设置有减压阀，通过调节减压阀和电磁阀可控制氧气的流量，氧气瓶内的氧气依次通过减压阀、电磁阀后通过供氧环释放出来。

进一步地，所述供氧环包括环形管，所述环形管上设置有进气口以及间隔设置的若干排气孔。氧气从进气口进入环形管，然后通过间隔设置的若干排气孔排出，通过将氧气分散排除，便于氧气快速均匀分散到作业区的空气中，均匀调节氧气浓度，同时避免局部氧气浓度不均导致便携式传感器检测的数据不准确。

进一步地，所述控制系统包括工控机、PLC控制器、变频器，所述PLC控制器、通讯模块均与所述工控机连接，所述变频器、电磁阀均与所述PLC控制器连接，所述风机与所述变频器连接。工控机用于获取通讯模块发送的氧气浓度值并与预设氧气浓度范围比对，并将比对结果发送给PLC控制器，PLC控制器根据比对结果生成对应的供氧控制指令和风速控制指令分别发送给供氧模块和变频器，变频器进而控制风机风速。

进一步地，还包括声光报警器，所述声光报警器与所述控制系统连接。当供氧模块压力不够、作业区氧含量偏离合理区间值、电源模块电压不足、便携式传感器数据传输不稳定等情况，控制系统发送报警指令给声光报警器以发出声光提示、报警信息。

进一步地，还包括显示屏，所述显示屏与所述控制系统连接。显示屏用于显示作业区的氧气浓度值及风机转速等参数，便于工作人员了解该增氧装置工作状态。

进一步地，所述通讯模块包括Zigbee通讯模块及与其连接的天线，通过Zigbee无线传输方式，使用起来比较安全，容量性很强，功耗低，可支持长时间作业。

进一步地，所述风机包括可水平转动的底座、设置于所述底座上端且可上下转动的机头。通过可水平转动的底座可调节风机出风的水平方向，机头可上下转动，可调节风机出风的竖直方向，便于根据实际工况选择最合适的出风方向，实施时，风机可选用射流风机。

进一步地，所述供氧模块、控制系统、电源模块、通讯模块均设置于箱体内，所述风机设置于所述箱体顶部，所述箱体底部设置于若干行走轮。通过设置行走轮便于移动该装置的位置，更好的适用于各种工况，根据具体应用工况行走轮可选择轨道轮、万向轮或其他滚轮。

进一步地，所述电源模块包括可充电电池及分别连接于所述可充电电池输入端和输出端的充电器、逆变器，所述供氧模块、风机、控制系统、通讯模块均与所述逆变器连接，所述充电器连接外接电源线。通过选用可充电电池，可适用于没有通电或不便于接电的工况，灵活性更强。

进一步地，所述便携式传感器包括电源、控制器、氧气含量传感器、无线天线，所述氧气含量传感器、无线天线均与所述控制器连接，所述控制器、氧气含量传感器、无线天线均与所述电源连接。电源为该便携式传感器供电，氧气含量传感器采集环境中的氧气浓度值并发送给控制器，控制器将氧气浓度值经无线天线发送给通讯模块。

进一步地，还包括与所述控制器连接的若干气体传感器标准接口，所述若干气体传感器标准接口用于连接一氧化碳含量传感器、甲烷含量传感器、二氧化碳含量传感器、温湿度传感器中的一种或多种。可根据具体的应用工况，选择增加一个或多个气体传感器，实时获取环境中的各参数，保证安全作业。

进一步地，还包括与所述控制器连接的蜂鸣器及指示灯。用于反馈便携式传感器的工作状态，例如电源余量、数据传输状态、工作故障等。

第二方面，提供了一种局部人工增氧方法，包括：

通过便携式传感器实时采集环境的氧气浓度值；

控制系统获取便携式传感器采集的氧气浓度值，并与预设氧气浓度范围比对，根据比对结果发出供氧控制指令和风速控制指令；

供氧控制指令控制供氧模块按对应的流量释放氧气；

风速控制指令控制风机按对应的风速将供氧模块释放的氧气引入作业区；

不断重复上述过程直至结束。

有益效果

本发明提出了一种局部人工增氧装置及方法，便携式传感器用于将采集作业区的实时氧气浓度值发送给通讯模块，通讯模块将接收的氧气浓度值发送给控制系统，控制系统将接收的氧气浓度值与预设的氧气浓度范围比对，根据比对的结果发出对应的供氧控制指令和风速控制指令，分别控制供氧模块释放氧气的流量及风机的风速，同时风机将供氧模块释放的氧气吹入作业区，完成第一轮闭环控制过程。然后便携式传感器发送新的氧气浓度值给控制系统，重复上述过程，进行第二轮闭环控制过程，通过不断重复上述闭环控制过程，直至作业区的氧气浓度达到预设的合理范围内，维持现有的工作状态，直到氧气浓度偏离合理范围，再次开始重复上述过程。该增氧装置适用于高原矿山、矿井、隧道、地下工程等工况，其可自动调整作业区内的氧气浓度至合理范围，控制精准及时，避免出现供氧不足或供氧过量的安全问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种局部人工增氧装置的正面示意图；

图2是图1提供的实施例中局部人工增氧装置的侧面示意图；

图3是图1提供的实施例中供氧环的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的便携式传感器结构示意图；

图5是图1提供的实施例中一种局部人工增氧装置的控制逻辑结构图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明提供了一种局部人工增氧装置，包括便携式传感器、供氧模块、风机、控制系统、电源模块、通讯模块；

所述供氧模块、风机、通讯模块均与所述控制系统连接，所述供氧模块、风机、控制系统、通讯模块均与所述电源模块连接；

所述便携式传感器用于采集环境的氧气浓度值并将结果发送至所述通讯模块；

所述通讯模块用于接收所述便携式传感器发送的氧气浓度值并发送至所述控制系统；

所述控制系统用于接收所述通讯模块发送的氧气浓度值，并与预设氧气浓度范围比对，根据比对结果发出供氧控制指令和风速控制指令；

所述供氧模块用于接收供氧控制指令并按对应的流量释放氧气；

所述风机用于接收风速控制指令并按对应的风速将所述供氧模块释放的氧气引入作业区。

使用上述方案提供的增氧装置时，首先将该增氧装置置于作业区并开启，便携式传感器开始采集作业区的实时氧气浓度值并将其发送给通讯模块，通讯模块将接收的氧气浓度值发送给控制系统，控制系统将接收的氧气浓度值与预设的氧气浓度范围比对，根据比对的结果发出对应的供氧控制指令和风速控制指令，分别控制供氧模块释放氧气的流量及风机的风速，同时风机将供氧模块释放的氧气吹入作业区，完成第一轮闭环控制过程。然后便携式传感器发送新的氧气浓度值给控制系统，重复上述过程，进行第二轮闭环控制过程，通过不断重复上述闭环控制过程，直至作业区的氧气浓度达到预设的合理范围内，维持现有的工作状态，直到氧气浓度偏离合理范围，再次开始重复上述过程。该增氧装置适用于高原矿山、矿井、隧道、低下工程等工况，其可自动调整作业区内的氧气浓度至合理范围，控制精准及时，避免出现供氧不足或供氧过量的安全问题。

本发明提供了一种局部人工增氧装置的具体实施例，如图1至图5所示，一种局部人工增氧装置，包括便携式传感器、供氧模块、风机、控制系统、电源模块、通讯模块。其中，所述供氧模块包括通过供氧管依次连通的若干氧气瓶21、电磁阀10、供氧环2；所述控制系统包括工控机13、PLC控制器12、变频器11，所述PLC控制器12、通讯模块均与所述工控机13连接，所述变频器11、电磁阀10均与所述PLC控制器12连接，所述风机1与所述变频器11连接。所述便携式传感器包括电源36、控制器34、氧气含量传感器30、无线天线29，所述氧气含量传感器30、无线天线29均与所述控制器34连接，所述控制器34、氧气含量传感器30、无线天线29均与所述电源36连接，电源36为该便携式传感器供电，可选用锂电池。

氧气含量传感器30采集环境中的氧气浓度值并发送给控制器34，控制器34将氧气浓度值经无线天线29发送给通讯模块，通讯模块接收氧气浓度值并发送至工控机13，工控机13获取通讯模块发送的氧气浓度值并与预设氧气浓度范围比对，并将比对结果发送给PLC控制器12，PLC控制器12根据比对结果生成对应的供氧控制指令和风速控制指令分别发送给电磁阀10和变频器11，电磁阀10根据供氧控制指令打开对应的开度，控制氧气流量，变频器11控制风机1风速。

本实施例中，通过采用氧气瓶21供氧，供氧及更换方便快捷，每个氧气瓶21口均设置有减压阀20，通过调节减压阀20和电磁阀10可控制氧气的流量，氧气瓶21内的氧气依次通过减压阀20、电磁阀10后通过供氧环2释放出来。本实施例中，氧气瓶采用立式方式安装；当然，在其他实施例中，也可选择卧式方式安装。如图3所示，其中，所述供氧环2包括环形管28，所述环形管28上设置有进气口27以及间隔设置的若干排气孔26。氧气从进气口27进入环形管28，然后通过间隔设置的若干排气孔26排出，通过将氧气分散排除，便于氧气快速均匀分散到作业区的空气中，均匀调节氧气浓度，同时避免局部氧气浓度不均导致便携式传感器检测的数据不准确。

可选地，如图4所示，便携式传感器还包括与所述控制器34连接的若干气体传感器标准接口、蜂鸣器33及指示灯31，好包括控制电源通断的开关35。所述若干气体传感器标准接口用于连接一氧化碳含量传感器、甲烷含量传感器、二氧化碳含量传感器、温湿度传感器中的一种或多种；可根据具体的应用工况，选择增加一个或多个气体传感器，实时获取环境中的各参数，保证安全作业。指示灯31包括红、绿、黄三色指示灯，蜂鸣器33和指示灯31用于反馈便携式传感器的工作状态，例如红色指示灯亮反应电源供电正常，红灯闪烁反馈电量不足20％，同时蜂鸣器发出报警声；绿色指示灯亮反馈氧气在合理区间，闪烁反馈含量超出合理区间，同时蜂鸣器发出报警声；黄色指示灯亮反馈Zigbee通讯正常，闪烁反馈通讯出错，同时蜂鸣器发出报警声。

可选地，还包括声光报警器7，所述声光报警器7与所述PLC控制器12连接。当氧气瓶21压力不够、作业区氧含量偏离合理范围、电源模块电压不足、便携式传感器数据传输不稳定等情况，PLC控制器12发送报警指令给声光报警器7以发出声光提示、报警信息。

可选地，还包括显示屏14，所述显示屏14与所述工控机13连接。显示屏14用于显示作业区的氧气浓度值、风机转速，若便携式传感器还包括一氧化碳含量传感器、甲烷含量传感器、二氧化碳含量传感器、温湿度传感器中的一种或多种，则显示屏14同时显示对应的气体浓度值或温湿度值，便于工作人员了解该增氧装置工作状态。如本实施例中，便携式传感器包括氧气含量传感器30、温湿度传感器32、一氧化碳传感器37，则显示屏14对应显示氧气浓度值、风机转速、一氧化碳浓度值、温湿度。

本实施例中，所述通讯模块包括Zigbee通讯模块6及与其连接的天线5，通过Zigbee无线传输方式，使用起来比较安全，容量性很强，功耗低，可支持长时间作业。

其中，所述风机1包括可水平转动的底座4、设置于所述底座4上端且可上下转动的机头。通过可水平转动的底座4可调节风机1出风的水平方向，机头可上下转动，可调节风机1出风的竖直方向，便于根据实际工况选择最合适的出风方向，实施时，风机1可选用射流风机。具体实现水平旋转和上下转动可参照现有的电风扇结构，本实施例中，也可通过在底座4底部设置水平旋转盘实现水平方向转动，通过设置倾角调节杆3实现机头上下转动，倾角调节杆3一端连接于机头上，另一端连接于底座4上，通过调节倾角调节杆3位于其与机头连接处和与底座连接处的长度实现倾角调节。

所述电源模块包括可充电电池19及分别连接于所述可充电电池19输入端和输出端的充电器17、逆变器16，所述供氧模块、风机、控制系统、通讯模块均与所述逆变器16连接，所述充电器17连接外接电源线18。通过选用可充电电池19，可适用于没有通电或不便于接电的工况，如用于应急救援、野外作业、临时性生产、生活等方面的供氧保障，灵活性更强。当然，还可选择外接电源线18同时接通供氧模块、风机、控制系统、通讯模块并为其供电。方便接电时，通过外接电源线18直接供电，不便接电时，通过可充电电池供电，可充电电池19可选择铅酸电瓶(锂电池组)。

具体实施时，所述供氧模块、控制系统、电源模块、通讯模块均设置于箱体内，所述风机设置于所述箱体顶部，所述箱体底部设置于若干行走轮22。通过设置行走轮22便于移动该装置的位置，更好的适用于各种工况，根据具体应用工况行走轮22可选择轨道轮、万向轮或其他滚轮。通过该设计，可通过副井、斜坡道等方式移动与运输。

本发明还提供了一种局部人工增氧方法实施例，包括：

通过便携式传感器实时采集环境的氧气浓度值；

控制系统获取便携式传感器采集的氧气浓度值，并与预设氧气浓度范围比对，根据比对结果发出供氧控制指令和风速控制指令；

供氧控制指令控制供氧模块按对应的流量释放氧气；

风速控制指令控制风机按对应的风速将供氧模块释放的氧气引入作业区；

不断重复上述过程直至结束。其他具体实现过程可参见上述提供的一种局部人工增氧装置，在此不再赘述。

本发明提出了一种局部人工增氧装置及方法，便携式传感器用于将采集作业区的实时氧气浓度值发送给通讯模块，通讯模块将接收的氧气浓度值发送给控制系统，控制系统将接收的氧气浓度值与预设的氧气浓度范围比对，根据比对的结果发出对应的供氧控制指令和风速控制指令，分别控制供氧模块释放氧气的流量及风机的风速，同时风机将供氧模块释放的氧气吹入作业区，完成第一轮闭环控制过程。然后便携式传感器发送新的氧气浓度值给控制系统，重复上述过程，进行第二轮闭环控制过程，通过不断重复上述闭环控制过程，直至作业区的氧气浓度达到预设的合理范围内，维持现有的工作状态，直到氧气浓度偏离合理范围，再次开始重复上述过程。该增氧装置适用于高原矿山、矿井、隧道、地下工程、受限空间的施工现场，还可适用于人员密集场所的临时性空气(氧气)补给，突发事件的应急处置现场氧气的保障作业，例如，受限空间应急救援，其可自动调整作业区内的氧气浓度至合理范围，控制精准及时，避免出现供氧不足或供氧过量的安全问题。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种局部人工增氧装置，其特征在于，包括便携式传感器、供氧模块、风机、控制系统、电源模块、通讯模块；

所述供氧模块、风机、通讯模块均与所述控制系统连接，所述供氧模块、风机、控制系统、通讯模块均与所述电源模块连接；

所述便携式传感器用于采集环境的氧气浓度值并将结果发送至所述通讯模块；

所述通讯模块用于接收所述便携式传感器发送的氧气浓度值并发送至所述控制系统；

所述控制系统用于接收所述通讯模块发送的氧气浓度值，并与预设氧气浓度范围比对，根据比对结果发出供氧控制指令和风速控制指令；

所述供氧模块用于接收供氧控制指令并按对应的流量释放氧气；

所述风机用于接收风速控制指令并按对应的风速将所述供氧模块释放的氧气引入作业区。

2.根据权利要求1所述的局部人工增氧装置，其特征在于，所述供氧模块包括通过供氧管依次连通的若干氧气瓶、电磁阀、供氧环，所述电磁阀与所述控制系统连接。

3.根据权利要求2所述的局部人工增氧装置，其特征在于，所述供氧环包括环形管，所述环形管上设置有进气口以及间隔设置的若干排气孔。

4.根据权利要求1所述的局部人工增氧装置，其特征在于，所述控制系统包括工控机、PLC控制器、变频器，所述PLC控制器、通讯模块均与所述工控机连接，所述变频器、电磁阀均与所述PLC控制器连接，所述风机与所述变频器连接。

5.根据权利要求1所述的局部人工增氧装置，其特征在于，还包括声光报警器、显示屏；所述声光报警器、显示屏均与所述控制系统连接。

6.根据权利要求1所述的局部人工增氧装置，其特征在于，所述风机包括可水平转动的底座、设置于所述底座上端且可上下转动的机头；所述供氧模块、控制系统、电源模块、通讯模块均设置于箱体内，所述风机设置于所述箱体顶部，所述箱体底部设置于若干行走轮。

7.根据权利要求1所述的局部人工增氧装置，其特征在于，所述电源模块包括可充电电池及分别连接于所述可充电电池输入端和输出端的充电器、逆变器，所述供氧模块、风机、控制系统、通讯模块均与所述逆变器连接，所述充电器连接外接电源线。

8.根据权利要求1至7任一项所述的局部人工增氧装置，其特征在于，所述便携式传感器包括电源、控制器、氧气含量传感器、无线天线，所述氧气含量传感器、无线天线均与所述控制器连接，所述控制器、氧气含量传感器、无线天线均与所述电源连接。

9.根据权利要求8所述的局部人工增氧装置，其特征在于，还包括与所述控制器连接的若干气体传感器标准接口，所述若干气体传感器标准接口用于连接一氧化碳含量传感器、甲烷含量传感器、二氧化碳含量传感器、温湿度传感器中的一种或多种。

10.一种局部人工增氧方法，其特征在于，包括：

通过便携式传感器采集环境的实时氧气浓度值；

控制系统获取便携式传感器采集的氧气浓度值，并与预设氧气浓度范围比对，根据比对结果发出供氧控制指令和风速控制指令；

供氧控制指令控制供氧模块按对应的流量释放氧气；

风速控制指令控制风机按对应的风速将供氧模块释放的氧气引入作业区；

不断重复上述过程直至结束。

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