CN113982693A - 煤矿井下空压机远程集中控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矿井下空压机远程集中控制系统，涉及空压机自动控制技术领域，包括井下信息采集模块、井下控制模块、视频监控模块、地面人机交互模块；井下信息采集模块、视频监控模块、地面人机交互模块均与井下控制模块连接；其中，井下信息采集模块，用于对井下空压机状态进行数据采集；视频监控模块，用于拍摄井下视频进行监控；井下控制模块，用于接收井下信息并判断空压机的运行工况；地面人机交互模块，用于实现井下控制模块与地面上位机的通讯。本发明系统在保证安全的前提下实现井下无人值守，地面人员可以操作多台空压机设备，同时可实现远程空压机监视，方便外出监管人员随时掌握空压机情况，方便统一管理。

Description

煤矿井下空压机远程集中控制系统

技术领域

本发明涉及空压机自动控制技术领域，更具体的说是涉及一种煤矿井下空压机远程集中控制系统。

背景技术

移动式防爆螺杆空压机能够在井下掘进工作面附近安全稳定的运行，并可随着井下巷道的延伸不断向前推进。从安全生产的维度出发，传统井下空压机运行需要专人现场看护，空压机运行巷道气温较高、噪音很大，环境相当恶劣。同时长期有人一对一值守空压机的情况在如今自动化、智能化发展的趋势下，也是对煤矿人力资源的一种浪费。

煤矿地面空压机集中控制系统目前在各矿井使用较为普及，系统一般包含控制柜、各类传感器、各类执行机构、上位机集中控制系统等。目前在实际应用中可以实现地面空压机房的集中控制与远程控制，实现各类温度、排气压力、电机电流等参数的实时监测与记录，实现各类重要参数超限报警及停机等保护功能。

煤矿井下空压机集中控制系统目前在各矿使用较少，一般多为人员就地操作值守，极大的浪费了人力资源并使生产过程存在安全隐患。因此，对本领域技术人员来说，如何建立煤矿井下空压机远程集中控制系统进而实现空气压缩机的自动化控制，是亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种煤矿井下空压机远程集中控制系统，能够在保证安全的前提下实现井下无人值守，地面人员可以操作多台空压机设备以及进行远程集中控制。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：提供了一种煤矿井下空压机远程集中控制系统，包括井下信息采集模块、井下控制模块、视频监控模块、地面人机交互模块，所述井下信息采集模块、所述视频监控模块、所述地面人机交互模块均与所述井下控制模块连接；其中，所述井下信息采集模块，用于对井下空压机状态进行数据采集；所述视频监控模块，用于拍摄井下视频进行监控；所述井下控制模块，用于接收井下信息并判断空压机的运行工况；所述地面人机交互模块，用于实现所述井下控制模块与地面上位机的通讯。

可选的，所述井下信息采集模块包括压力传感器、电流互感器、温度传感器；所述压力传感器用于采集管道压力；所述电流互感器用于采集电机的工作电流；所述温度传感器用于实时采集空压机旋转部位温度。

可选的，还包括触摸屏，所述触摸屏与所述井下控制模块相连，用于实时显示空压机的数据状态。

可选的，还包括电动阀执行模块，所述电动阀执行模块与所述井下控制模块相连，所述电动阀执行模块包括电动闸阀和阀门控制箱，所述阀门控制箱，用于控制所述电动闸阀的开关。

可选的，所述视频监控模块为矿用本安型摄像仪，所述矿用本安型摄像仪连接至网络交换机，所述网络交换机通过井下光缆接入矿井综合环网。

通过采用上述技术方案，具有以下有益的技术效果：井下空压机视频监控系统是该集控系统的重要一环，可为地面操作人员提供一整套完整的视频解决方案。实时采集并记录井下视频数据并在液晶显示器中显示，以便地面人员实时了解井下空压机系统情况。

可选的，所述地面人机交互模块包括依次连接的上位机、光纤收发器、组态软件以及报警音响。

可选的，所述报警音响与所述井下控制模块连接，接收所述井下控制模块发出的故障报警信息，并根据所述故障报警信息进行语音报警。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种煤矿井下空压机远程集中控制系统，具有以下有益的技术效果：本系统可对空压机参数进行实时监测，系统一旦发现参数超过预设值就会自动停止空压机并发出语音报警，提升操作人员查看设备状态，及时发现问题；本系统取代了传统人员现场值守空压机的工作模式，能够在保证安全的前提下实现井下无人值守，地面人员可以操作多台空压机设备以及进行远程集中控制。

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，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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明的系统结构图；

图2为本发明的井下信息采集模块结构图；

图3为本发明的地面人机交互模块结构图。

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。

本发明实施例公开了一种煤矿井下空压机远程集中控制系统，如图1所示，包括井下信息采集模块、井下控制模块、视频监控模块、地面人机交互模块，井下信息采集模块、视频监控模块、地面人机交互模块均与井下控制模块连接；其中，井下信息采集模块，用于对井下空压机状态进行数据采集；视频监控模块，用于拍摄井下视频进行监控；井下控制模块，用于接收井下信息并判断空压机的运行工况；地面人机交互模块，用于实现井下控制模块与地面上位机的通讯。

进一步的，在本实施例中，井下控制模块为矿用隔爆兼本安型可编程控制箱。矿用隔爆兼本安型可编程控制箱主要包含可编程控制器(PLC)、信号变送器、中间继电器、安全栅，完成对信号的变换、放大，并由PLC运算、判断发出控制信号，监控空压机的运行工况。通过矿用隔爆兼本安型可编程控制箱内集成的RS485通讯接口与空压机中的保护器进行Modbus-RTU通讯，从而实时采集空压机的排气压力、螺杆温度、运行状态等各类参数并发送启停控制指令。矿用隔爆兼本安型可编程控制箱可实现就地控制空压机也可与地面上位机联网后实现人员地面操作。

在PLC中存储有红外温度、铂电阻温度、排气压力、进线电压、螺杆温度、电机电流的上下限，井下信息采集模块采集到井下信息后传输给PLC，通过PLC内置比较器与阈值作比较，一旦发现参数超过预设值就会自动停止空压机并发出语音报警，提醒操作人员查看设备状态，及时发现问题。实现空压机的实时监测。

空压机是很容易受温度影响的设备，温度过高会导致空压机及周围设备安全隐患，严重时会使整机停机。排气温度检测的常用手段是通过在关键部位增设PT100铂电阻传感器的方式来实现。原理可以表述为当PT100铂电阻传感器的阻值会随着温度不断攀升而成比较线性的匀速增长。

空气压缩机的排气压力是空压机能否正常运行的另一指标。空压机排气压力过低会影响气动设备的正常工作，影响正常的生产作业；而空压机排气压力过高则会导致发生危险，极容易导致安全生产事故的发生。所以对空压机排气压力的检测至关重要。排气温度检测通常采用压力传感器，确认压力传感器的测量范围是传感器检测准确的根本。根据现场实际排气压力，在本实施例中选择0-2MPa量程的压力传感器，输出信号为4-20ma电流，可直接接入井下控制模块。

通过检测空压机内部电机工作的电流，可以实时掌握设备运行的基本情况。通过增设套管式电流互感器，将设备电机的实时电流转换成O-5A的电流信号，但这样的电流信号仍然不能被PLC设备所采集。所以，还需要增设一个电流变送器用于信号的转换。实际上，当前的发射机可以实时采集0-5A的电流信号，并将其转换为4-20mA的模拟信号，而4-20mA的模拟信号正是PLC设备可以采集的。

空压机内部旋转部位长时间工作后温度非常高，需要进行实时的监测。矿用本安型红外温度传感器采用红外非接触式测量方式，专门用于采集不易于安装接触式温度传感器的旋转部位等。

进一步的，如图2所示，井下信息采集模块包括矿用本安型红外温度传感器、矿用本安型铂电阻传感器、矿用本安型压力传感器；压力传感器用于采集管道压力；电流互感器用于采集电机的工作电流；温度传感器用于实时采集空压机旋转部位温度。

进一步的，还包括触摸屏，触摸屏与井下控制模块相连，用于实时显示空压机的数据状态。

还包括电动阀执行模块，电动阀执行模块与井下控制模块相连，包含矿用隔爆型电动闸阀和矿用隔爆兼本安型阀门电动装置控制箱。电动闸阀耐受压力2.5Mpa，供电电压1140/660V，可根据井下实际情况选择电压。配套矿用隔爆兼本安型阀门电动装置控制箱可实现对电动闸阀开关的远近控制。实现远程控制系统风和空压机之间的切换，当空压机关闭时，打开电动闸阀，使用系统风；当使用空压机时，关闭电动闸阀，使用空压机提供压缩空气。

视频监控部分是集控系统的重要一环，可为地面操作人员提供一整套完整的视频解决方案。在本实施例中包括矿用本安型摄像仪、矿用本安型网络交换机、矿用浇封兼本安型直流稳压电源及矿用隔爆兼本安型直流稳压电源、网络硬盘录像机、27英寸显示器组成。

矿用本安型摄像仪通过网线将视频信号连接至矿用本安型网络交换机，矿用本安型网络交换机通过井下光缆接入当地矿井综合环网中。通过接入地面交换机，网络硬盘录像机可实时采集并记录井下视频数据并在液晶显示器中显示，以便地面人员实时了解井下空压机系统情况。

进一步的，地面人机交互模块，如图3所示，包含上位机、光纤收发器、组态软件、报警音响。通过组态软件工程，地面操作人员可实时查看井下空压机的运行状况、重要参数、历史曲线及故障报警记录。在确认安全的情况下，操作人员轻点鼠标即可完成对井下空压机的启停控制。同时，报警音响与井下控制模块连接，接收井下控制模块发出的故障报警信息，并根据故障报警信息进行语音报警，当井下空压机发生故障时，系统会发出语音提醒操作人员注意安全。

本系统具备良好的兼容性，可与多套井下可编程控制箱实时通讯从而实现一名操作人员对井下多台空压机的监控，除了可在上位机中查询历史故障外，系统还具备故障记录自动打印功能，可定期打印历史故障，方便操作人员分析设备问题。除此之外，还具备地面异地监视功能，通过工业内网或互联网，矿外远方人员可随时远程掌握空压机监视设备运行状态，方便外出监管人员随时掌握空压机情况，方便统一管理。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种煤矿井下空压机远程集中控制系统，其特征在于，包括井下信息采集模块、井下控制模块、视频监控模块、地面人机交互模块，所述井下信息采集模块、所述视频监控模块、所述地面人机交互模块均与所述井下控制模块连接；其中，所述井下信息采集模块，用于对井下空压机状态进行数据采集；所述视频监控模块，用于拍摄井下视频进行监控；所述井下控制模块，用于接收井下信息并判断空压机的运行工况；所述地面人机交互模块，用于实现所述井下控制模块与地面上位机的通讯。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿井下空压机远程集中控制系统，其特征在于，所述井下信息采集模块包括压力传感器、电流互感器、温度传感器；所述压力传感器用于采集管道压力；所述电流互感器用于采集电机的工作电流；所述温度传感器用于实时采集空压机旋转部位温度。

3.根据权利要求1所述的一种煤矿井下空压机远程集中控制系统，其特征在于，还包括触摸屏，所述触摸屏与所述井下控制模块相连，用于实时显示空压机的数据状态。

4.根据权利要求1所述的一种煤矿井下空压机远程集中控制系统，其特征在于，还包括电动阀执行模块，所述电动阀执行模块与所述井下控制模块相连，所述电动阀执行模块包括电动闸阀和阀门控制箱，所述阀门控制箱，用于控制所述电动闸阀的开关。

5.根据权利要求1所述的一种煤矿井下空压机远程集中控制系统，其特征在于，所述视频监控模块为矿用本安型摄像仪，所述矿用本安型摄像仪连接至网络交换机，所述网络交换机通过井下光缆接入矿井综合环网。

6.根据权利要求1所述的一种煤矿井下空压机远程集中控制系统，其特征在于，所述地面人机交互模块包括依次连接的上位机、光纤收发器、组态软件以及报警音响。

7.根据权利要求6所述的一种煤矿井下空压机远程集中控制系统，其特征在于，所述报警音响与所述井下控制模块连接，接收所述井下控制模块发出的故障报警信息，并根据所述故障报警信息进行语音报警。

Images