CN212317987U - 一种矿用带粉尘浓度监控的粉尘抑制气水控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种矿用带粉尘浓度监控的粉尘抑制气水控制装置，包括截割头组件、粉尘浓度监控系统、动力控制系统、气水控制系统，粉尘浓度监控系统分别与动力控制系统、气水控制系统相连，动力控制系统、气水控制系统分别与截割头组件相连；粉尘浓度监控系统收集矿井中的粉尘信息并将信息反馈至动力控制系统和气水控制系统，动力控制系统按照粉尘浓度监控系统反馈的矿井粉尘信息进行动力匹配，气水控制系统按照粉尘浓度监控系统反馈的矿井粉尘信息进行高压气及高压水的控制，确保截割头组件采矿区域被水雾全包络。本实用新型设计原理简单，使用过程中对采矿过程产生的扬尘包络性好，成本低廉。

Description

一种矿用带粉尘浓度监控的粉尘抑制气水控制装置

技术领域

本实用新型涉及采矿领域，特别涉及一种矿用带粉尘浓度监控的粉尘抑制气水控制装置。

背景技术

采矿行业作为国家的基础产业，在我国依然属于劳动密集型产业，需要大量的人力，而采矿过程中粉尘的问题一直是这个行业无法回避的一个话题，粉尘严重危害矿井的安全生产和工作人员的身体健康，是制约采矿行业可持续发展的重要因素，也是保证采矿安全生产至关重要的影响因素。

目前，采矿行业从业人员采取了很多措施进行防尘、降尘，例如矿体预注水、通风控尘、除尘器抽尘净化、密闭抽尘、个体防护及喷雾降尘等，各种措施均有一定效果，相比而言，在众多防尘技术中，喷雾降尘具有经济，简便和实用等特点，将在相当长的时间内，作为降尘的主要手段而被广泛应用。

目前，在喷雾降尘领域，我国采矿行业均采用人工控制控尘，一般都固定某种模式进行，其存在浪费电力能源、浪费水资源及无法实现多种矿类的快速切换生产模式等一系列缺点。

发明内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种结构简单、工作可靠的矿用带粉尘浓度监控的粉尘抑制气水控制装置。

本实用新型解决上述问题的技术方案是：一种矿用带粉尘浓度监控的粉尘抑制气水控制装置，包括截割头组件、粉尘浓度监控系统、动力控制系统、气水控制系统，粉尘浓度监控系统分别与动力控制系统、气水控制系统相连，动力控制系统、气水控制系统分别与截割头组件相连；粉尘浓度监控系统收集矿井中的粉尘信息并将信息反馈至动力控制系统和气水控制系统，动力控制系统按照粉尘浓度监控系统反馈的矿井粉尘信息进行动力匹配，气水控制系统按照粉尘浓度监控系统反馈的矿井粉尘信息进行高压气及高压水的控制，确保截割头组件采矿区域被水雾全包络。

上述矿用带粉尘浓度监控的粉尘抑制气水控制装置，所述粉尘浓度监控系统包括信息集中处理中心和若干检测终端，所述信息集中处理中心包括主控制器Ⅰ、电源电路Ⅰ、ID模块电路Ⅰ、LORA模块Ⅰ，所述主控制器Ⅰ分别与电源电路Ⅰ、ID模块电路Ⅰ、LORA模块Ⅰ连接，每个检测终端均包括粉尘传感器、传感器信号处理电路、主控制器Ⅱ、电源电路Ⅱ、ID模块电路Ⅱ、LORA模块Ⅱ，粉尘传感器的输出端经传感器信号处理电路后连接主控制器Ⅱ，主控制器Ⅱ分别与电源电路Ⅱ、ID模块电路Ⅱ、LORA模块Ⅱ连接，每个检测终端的LORA模块Ⅱ均与信息集中处理中心的LORA模块Ⅰ进行无线通讯。

上述矿用带粉尘浓度监控的粉尘抑制气水控制装置，所述信息集中处理中心还包括显示电路、485通信电路，主控制器Ⅰ与显示电路、485通信电路连接，所述信息集中处理中心的主控制器Ⅰ与PC端连接。

上述矿用带粉尘浓度监控的粉尘抑制气水控制装置，所述主控制器Ⅰ与主控制器Ⅱ相同，且均采用STM32F073RZT6；所述LORA模块Ⅰ与LORA模块Ⅱ相同，且主芯片均采用安信可LoRa系列模块Ra-01；所述电源电路Ⅰ与电源电路Ⅱ相同，且主芯片均采用双路开关电源芯片TPS54383；所述检测终端的粉尘传感器采用GP2Y1010AY0F芯片。

上述矿用带粉尘浓度监控的粉尘抑制气水控制装置，所述气水控制系统包括电源电路、用于控制气雾喷出量的电磁球阀、激光发射头、粉尘测试腔、激光接收器、激光控制电路、电机控制电路、主控制器，所述电源电路为整个控制装置提供工作电源，所述激光发射头发射激光经过粉尘测试腔到达激光接收器，激光接收器的信号输出端经信号放大电路后连接主控制器，所述主控制器分别连接激光控制电路、电机控制电路，激光控制电路连接激光发射头，电机控制电路经电机连接电磁球阀；粉尘测试腔接受来自矿洞里的粉尘，通过激光发射头发射的激光通过粉尘测试腔后到达激光接收器，激光接收器根据光强度的变化转化为相应的粉尘浓度电信号并放大后传递给主控制器，主控制器根据当前粉尘浓度电信号输出相应的PWM信号，通过脉宽控制电机转速，从而调整电磁球阀的开度。

上述矿用带粉尘浓度监控的粉尘抑制气水控制装置，所述气水控制系统还包括电流检测电路和频率信号输出电路，电流检测电路的输入端与电磁球阀相连，电流检测电路的输出端连接主控制器，主控制器与频率信号输出电路的输入端相连，频率信号输出电路的输出端连接电磁球阀。

上述矿用带粉尘浓度监控的粉尘抑制气水控制装置，所述气水控制系统还包括用于给整个控制装置提供备用电源的备用电源电路、显示器、报警处理电路，显示器、报警处理电路与主控制器相连。

上述矿用带粉尘浓度监控的粉尘抑制气水控制装置，所述主控制器采用STM32F103RBT6；所述显示器的主芯片采用的是TM1638；所述信号放大电路的主芯片采用OPA2340PA；所述电源电路的主芯片采用LM2596。

上述矿用带粉尘浓度监控的粉尘抑制气水控制装置，所述截割头组件包括截割头和气水喷雾头，动力控制系统与截割头相连，所述电磁球阀设置在气水喷雾头的供水回路中，用于控制气水喷雾头的气雾喷出量。

本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型中各检测终端中粉尘传感器检测当前粉尘信号，粉尘信号通过传感器信号处理电路整形、放大后送入主控制器Ⅱ，然后通过LORA模块Ⅱ的SPI端口传输到信息集中处理中心的LORA模块Ⅰ，同时将检测终端的ID也发送，信息集中处理中心根据ID模块电路Ⅰ确定位置，信息集中处理中心再将各个检测终端检测到的粉尘信号在显示电路显示，若当前粉尘浓度超过安全值时发送报警信息到工作人员手机终端或PC端并发出安全警报，具有结构简单、安全可靠的优点。

2、本实用新型的粉尘测试腔接受来自矿洞里的粉尘，通过激光发射头发射的激光通过粉尘测试腔后到达激光接收器，激光接收器根据光强度的变化转化为相应的粉尘浓度电信号并经过信号放大电路放大后传递给主控制器，主控制器根据当前粉尘浓度电信号输出相应的PWM信号，通过脉宽控制电机转速，从而调整电磁球阀的开度。主控制器通过SPI向显示器发送数字信号，将当前浓度通过显示器显示；主控制器通过电流检测电路采样电磁球阀电流的大小，由于频率信号传输的负载线比较长，且电磁球阀驱动电压不小于10V，所以需要频率信号输出电路将从主控制器输出的电压信号放大，经过一、二级电路放大形成18V左右的电压，这样就可以根据当前粉尘浓度决定气雾的喷出量，既不会因为喷洒量过大使得矿场变得太湿，又不会因为喷洒量太小而达不到控制的效果。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构框图。

图2为图1中粉尘浓度监控系统的结构框图。

图3为图2中主控制器Ⅰ的电路图。

图4为图2中电源电路Ⅰ的电路图。

图5为图2中传感器信号处理电路的电路图。

图6为图2中ID模块Ⅰ的电路图。

图7为图1中气水控制系统的结构框图。

图8为图7中主控制器的电路图。

图9为图7中频率信号输出电路的电路图。

图10为图7中电流检测电路的电路图。

图11为图7中信号放大电路的电路图。

图12为图7中显示器的电路图。

图13为图7中电源电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，一种矿用带粉尘浓度监控的粉尘抑制气水控制装置，包括截割头组件、粉尘浓度监控系统、动力控制系统、气水控制系统，粉尘浓度监控系统分别与动力控制系统、气水控制系统相连，动力控制系统、气水控制系统分别与截割头组件相连；粉尘浓度监控系统收集矿井中的粉尘信息并将信息反馈至动力控制系统和气水控制系统，动力控制系统按照粉尘浓度监控系统反馈的矿井粉尘信息进行动力匹配，气水控制系统按照粉尘浓度监控系统反馈的矿井粉尘信息进行高压气及高压水的控制，确保截割头组件采矿区域被水雾全包络。

如图2所示，所述粉尘浓度监控系统包括信息集中处理中心和若干检测终端，所述信息集中处理中心包括主控制器Ⅰ、电源电路Ⅰ、ID模块电路Ⅰ、LORA模块Ⅰ、显示电路，所述主控制器Ⅰ分别与电源电路Ⅰ、ID模块电路Ⅰ、LORA模块Ⅰ、显示电路、PC端连接，每个检测终端均包括粉尘传感器、传感器信号处理电路、主控制器Ⅱ、电源电路Ⅱ、ID模块电路Ⅱ、LORA模块Ⅱ、485通信电路，粉尘传感器的输出端经传感器信号处理电路后连接主控制器Ⅱ，主控制器Ⅱ分别与电源电路Ⅱ、ID模块电路Ⅱ、LORA模块Ⅱ、485通信电路连接，每个检测终端的LORA模块Ⅱ均与信息集中处理中心的LORA模块Ⅰ进行无线通讯。

所述主控制器Ⅰ与主控制器Ⅱ相同，且均采用STM32F073RZT6。如图3所示，信息集中处理中心的外围电路较检测终端多显示电路，少传感器电路模块，其他外围结构类似。所述LORA模块Ⅰ与LORA模块Ⅱ相同，且主芯片均采用安信可LoRa系列模块Ra-01；LORA模块Ⅰ通过SPI与主控芯片连接，内部的收发开关控制其向是发送还是接受信号，弹簧天线连接其ANT引脚。信息集中处理中心主控电路报警工作原理：当粉尘浓度在设定的安全范围内，绿色发光二极管亮起；当粉尘浓度超出安全值的 20%-40%，红色发光二极管亮起；当粉尘浓度超出安全值的40%以上，蓝色发光二极管亮起。

所述电源电路Ⅰ与电源电路Ⅱ相同，且主芯片均采用双路开关电源芯片TPS54383。如图4所示，由于传感器和主控芯片以及其他模块要使用不同的电源电压5V及3.3V，电源电路Ⅰ采用双路开关电源芯片TPS54383提供两路电源，同时可输出高达2A的电流。

如图5所示，通过GP2Y1010AY0F传感器内部将信号放大，图中所示三极管L8050QLT1G用来控制用来检测的红外二极管的开和关，运放LMV321用来处理信号。

如图6所示，ID模块Ⅰ用来标定每一个检测终端的位置，JP1和JP2为两组拨码开关，其工作原理：用K8-K15的开关状态来作为检测终端的ID，如某一个检测终端JP1开关全关，JP2全开，由于打开对应高电平，关闭对应低电平，那么当前检测终端ID为00001111。

粉尘浓度监控系统的工作原理如下：各检测终端中粉尘传感器检测当前粉尘信号，粉尘信号通过传感器信号处理电路整形、放大后送入主控制器Ⅱ，然后通过LORA模块Ⅱ的SPI端口传输到信息集中处理中心的LORA模块Ⅰ，同时将检测终端的ID也发送，LORA模块Ⅱ和LORA模块Ⅰ内部的收发开关决定信号的接收与发送，信息集中处理中心根据ID模块电路Ⅰ确定位置，信息集中处理中心再将各个检测终端检测到的粉尘信号在显示电路显示，若当前粉尘浓度超过安全值时发送报警信息到工作人员手机终端或PC端并发出安全警报。

如图7所示，所述气水控制系统包括电源电路、用于控制气雾喷出量的电磁球阀、激光发射头、粉尘测试腔、激光接收器、激光控制电路、电机控制电路、主控制器、显示器、报警处理电路、电流检测电路和频率信号输出电路。

所述电源电路为整个控制装置提供工作电源，备用电源电路用于给整个控制装置提供备用电源。

所述激光发射头发射激光经过粉尘测试腔到达激光接收器，激光接收器的信号输出端经信号放大电路后连接主控制器，所述主控制器分别连接激光控制电路、电机控制电路、显示器、报警处理电路，激光控制电路连接激光发射头，电机控制电路经电机连接电磁球阀。

所述电流检测电路的输入端与电磁球阀相连，电流检测电路的输出端连接主控制器，主控制器与频率信号输出电路的输入端相连，频率信号输出电路的输出端连接电磁球阀。

如图8所示，所述主控制器采用STM32F103RBT6。主控制器通过PA2引脚控制激光发出器，通过PA4引脚控制电机，通过PA8引脚输出频率信号，通过OA0-WKUP引脚连接信号放大电路的输出端。

如图9所示，由于频率信号传输的负载线比较长，且电磁球阀驱动电压不小于10V，所以需要频率信号输出电路将从主控制器输出的电压信号放大，经过一、二级电路放大形成18V左右的电压。

如图10所示，电流检测电路将电流信号在电阻R47上形成压降，经过跟随器将信号进行了放大一倍，再经过两个大小一样的电阻R43、R45分压将电压信号输出进行采样。

如图11所示，由于光电传感器的输出信号十分小易受干扰，所以需要将电信号进行放大，这样主控制器才能进行准确的采样，信号放大电路的主芯片采用OPA2340PA。

如图12所示，所述显示器的主芯片采用的是TM1638。STB引脚为电源控制，高电平是芯片工作，DIO引脚为数字信号输入引脚。

如图13所示，所述电源电路的主芯片采用LM2596，可以为控制装置提供5V的电源，提供2A的电流，完全满足电路的需求。

气水控制系统的工作原理如下：粉尘测试腔接受来自矿洞里的粉尘，通过激光发射头发射的激光通过粉尘测试腔后到达激光接收器，激光接收器根据光强度的变化转化为相应的粉尘浓度电信号并经过信号放大电路放大后传递给主控制器，主控制器根据当前粉尘浓度电信号输出相应的PWM信号，通过脉宽控制电机转速，从而调整电磁球阀的开度；当粉尘浓度超过设定的阈值时，亮起报警处理电路的LED报警灯。主控制器通过SPI发送数字信号，将当前浓度通过显示器显示；主控制器通过电流检测电路采样电磁球阀电流的大小，由于频率信号传输的负载线比较长，且电磁球阀驱动电压不小于10V，所以需要频率信号输出电路将从主控制器输出的电压信号放大，经过一、二级电路放大形成18V左右的电压，这样就可以根据当前粉尘浓度决定气雾的喷出量，既不会因为喷洒量过大使得矿场变得太湿，又不会因为喷洒量太小而达不到控制的效果。

所述截割头组件包括截割头和气水喷雾头，动力控制系统与截割头相连，所述电磁球阀设置在气水喷雾头的供水回路中，用于控制气水喷雾头的气雾喷出量。

Claims (9)

1.一种矿用带粉尘浓度监控的粉尘抑制气水控制装置，其特征在于：包括截割头组件、粉尘浓度监控系统、动力控制系统、气水控制系统，粉尘浓度监控系统分别与动力控制系统、气水控制系统相连，动力控制系统、气水控制系统分别与截割头组件相连；粉尘浓度监控系统收集矿井中的粉尘信息并将信息反馈至动力控制系统和气水控制系统，动力控制系统按照粉尘浓度监控系统反馈的矿井粉尘信息进行动力匹配，气水控制系统按照粉尘浓度监控系统反馈的矿井粉尘信息进行高压气及高压水的控制，确保截割头组件采矿区域被水雾全包络。

2.根据权利要求1所述的矿用带粉尘浓度监控的粉尘抑制气水控制装置，其特征在于：所述粉尘浓度监控系统包括信息集中处理中心和若干检测终端，所述信息集中处理中心包括主控制器Ⅰ、电源电路Ⅰ、ID模块电路Ⅰ、LORA模块Ⅰ，所述主控制器Ⅰ分别与电源电路Ⅰ、ID模块电路Ⅰ、LORA模块Ⅰ连接，每个检测终端均包括粉尘传感器、传感器信号处理电路、主控制器Ⅱ、电源电路Ⅱ、ID模块电路Ⅱ、LORA模块Ⅱ，粉尘传感器的输出端经传感器信号处理电路后连接主控制器Ⅱ，主控制器Ⅱ分别与电源电路Ⅱ、ID模块电路Ⅱ、LORA模块Ⅱ连接，每个检测终端的LORA模块Ⅱ均与信息集中处理中心的LORA模块Ⅰ进行无线通讯。

3.根据权利要求2所述的矿用带粉尘浓度监控的粉尘抑制气水控制装置，其特征在于：所述信息集中处理中心还包括显示电路、485通信电路，主控制器Ⅰ与显示电路、485通信电路连接，所述信息集中处理中心的主控制器Ⅰ与PC端连接。

4.根据权利要求2所述的矿用带粉尘浓度监控的粉尘抑制气水控制装置，其特征在于：所述主控制器Ⅰ与主控制器Ⅱ相同，且均采用STM32F073RZT6；所述LORA模块Ⅰ与LORA模块Ⅱ相同，且主芯片均采用安信可LoRa系列模块Ra-01；所述电源电路Ⅰ与电源电路Ⅱ相同，且主芯片均采用双路开关电源芯片TPS54383；所述检测终端的粉尘传感器采用GP2Y1010AY0F芯片。

5.根据权利要求1所述的矿用带粉尘浓度监控的粉尘抑制气水控制装置，其特征在于：所述气水控制系统包括电源电路、用于控制气雾喷出量的电磁球阀、激光发射头、粉尘测试腔、激光接收器、激光控制电路、电机控制电路、主控制器，所述电源电路为整个控制装置提供工作电源，所述激光发射头发射激光经过粉尘测试腔到达激光接收器，激光接收器的信号输出端经信号放大电路后连接主控制器，所述主控制器分别连接激光控制电路、电机控制电路，激光控制电路连接激光发射头，电机控制电路经电机连接电磁球阀；粉尘测试腔接受来自矿洞里的粉尘，通过激光发射头发射的激光通过粉尘测试腔后到达激光接收器，激光接收器根据光强度的变化转化为相应的粉尘浓度电信号并放大后传递给主控制器，主控制器根据当前粉尘浓度电信号输出相应的PWM信号，通过脉宽控制电机转速，从而调整电磁球阀的开度。

6.根据权利要求5所述的矿用带粉尘浓度监控的粉尘抑制气水控制装置，其特征在于：所述气水控制系统还包括电流检测电路和频率信号输出电路，电流检测电路的输入端与电磁球阀相连，电流检测电路的输出端连接主控制器，主控制器与频率信号输出电路的输入端相连，频率信号输出电路的输出端连接电磁球阀。

7.根据权利要求5所述的矿用带粉尘浓度监控的粉尘抑制气水控制装置，其特征在于：所述气水控制系统还包括用于给整个控制装置提供备用电源的备用电源电路、显示器、报警处理电路，显示器、报警处理电路与主控制器相连。

8.根据权利要求7所述的矿用带粉尘浓度监控的粉尘抑制气水控制装置，其特征在于：所述主控制器采用STM32F103RBT6；所述显示器的主芯片采用的是TM1638；所述信号放大电路的主芯片采用OPA2340PA；所述电源电路的主芯片采用LM2596。

9.根据权利要求5所述的矿用带粉尘浓度监控的粉尘抑制气水控制装置，其特征在于：所述截割头组件包括截割头和气水喷雾头，动力控制系统与截割头相连，所述电磁球阀设置在气水喷雾头的供水回路中，用于控制气水喷雾头的气雾喷出量。

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