智能局部通风系统.pdf

一种智能局部通风系统。它主要是解决现有局部通风系统工作可靠性差、体积大、成本高、价格贵，且抗电磁干扰能力弱等技术问题。其技术方案要点是：它由变频局部通风机、智能开关、传感器或者井下信号监控系统构成，智能开关上设置有声光报警器和显示、控制面板，包括瓦斯、风速、温度传感器分别与智能开关相联接；智能开关采用可编程逻辑控制器PLC，传感器或者井下信号监控系统采集的信号数据通过本安I/O接线盒传送给可编程逻辑控制器PLC进行分析处理。它通过利用风机自身风流对变频器进行强制冷却，并使散热面不存在积尘现象，占用空间小、可靠性高，它能够实现两台对旋风机的联机控制且可自动切换。它主要是用于矿山局部通风系统。

1、  一种智能局部通风系统，其特征是：它由变频局部通风机、智能开关、传感器或者井下信号监控系统构成，智能开关上设置有声光报警器和显示、控制面板，包括瓦斯、风速、温度传感器分别与智能开关相联接；智能开关采用可编程逻辑控制器PLC，传感器或者井下信号监控系统采集的信号数据通过本安I/O接线盒传送给可编程逻辑控制器PLC进行分析处理。

2、  根据权利要求1所述的智能局部通风系统，其特征是：所述本安I/O接线盒由2对以上非本安接线端子和本安接线端子构成，每对非本安接线端子和本安接线端子之间采用光电隔离电路相联接，所述光电隔离电路是由包括光电耦合器、二极管、电容和电阻构成的电路。

3、  根据权利要求1所述的智能局部通风系统，其特征是：它分别由变频局部通风机、智能开关构成主系统和备用系统、2个系统并列安装，主系统和备用系统2个系统的智能开关的通讯接口相互联接。

4、  根据权利要求1所述的智能局部通风系统，其特征是：所述变频局部通风机采用两台对旋风机，它是由集流器(1)、前消声器(2)、流道式变频器(3)、对旋一级风机(4)、对旋二级风机(5)和后消声器(6)依次联接而成，所述流道式变频器(3)与对旋一级风机(4)在同一轴线上相联接或制成一个整体，且流道式变频器(3)分别与对旋一级风机(4)和对旋二级风机(5)的电路相联接。

5、  根据权利要求4所述的智能局部通风系统，其特征是：所述流道式变频器(3)是由2个半壳体联接而成隔爆配合固联成两端封闭的外形成圆柱状的变频器本体(16)，在2个半壳体的连接面之间设置有隔爆接合面，变频器本体(16)安装在变频器风筒(17)的横截面中央，变频器本体(16)与变频器风筒(17)之间设置有支撑联接装置(19)，在变频器本体(16)的壁上设置有接线电缆联接孔，在变频器风筒(17)上设置有与变频器本体(16)上设置的接线电缆联接孔位置相对应的接线盒联接孔，安装在变频器风筒(17)外的变频器接线盒(18)和操纵盒(20)的联接线分别穿过接线管装置(21)、接线盒联接孔和接线电缆联接孔与安装在变频器本体(16)内的电气总成相联接。

6、  根据权利要求1所述的智能局部通风系统，其特征是：智能开关由智能开关壳体(11)、智能开关接线盒(12)和开关本体(14)构成，智能开关接线盒(12)安装在智能开关壳体(11)上，智能开关接线盒(12)上设置有线缆引入装置(13)；开关本体(14)安装在智能开关壳体(11)内，开关本体(14)设置通信模块(9)和可编程逻辑控制器PLC(10)，智能开关操作手柄(15)和人机对话界面(7)安装在智能开关壳体(11)上，且与开关本体(14)相联接，人机对话界面(7)通过电路与可编程逻辑控制器PLC(10)相联接。

智能局部通风系统
技术领域
本实用新型涉及一种用于通风设备，尤其是一种矿用局部通风设备。
背景技术
目前，国内外矿山井下通风一般采用单级、双级、双级对旋等几种形式的通风机，一般均只能“一风吹”，不能实现风量的调节，不能满足巷道掘进时，深度变化的需求。更不能满足巷道掘进过程中瓦斯不均匀涌出的风量需求，矿山用户对巷道掘进用通风机一般凭经验选择风机型号，为了防止事故，有些用户选用大型号局部通风机造成了电能浪费，没有采取智能化的控制措施，不能实现风量、风压的智能化调节，不能达到“平时节能、灾变抗灾”的效果。且一般不能实现根据瓦斯浓度、空气温度、空气中粉尘浓度实现智能调节风量、风压的功能。且变频装置与局部通风机不能实现一体化，系统不能集成化。
我公司2005年申报的实用新型专利“矿井智能局部通风系统”(专利号：ZL2005200498009)，一是采用外置防爆变频器+多级对旋局部通风机；二是采用智能开关+多级多速电机组成的局部通风机。两种形式均占用太多的巷道空间，且防爆变频器在井下由于采用自然冷却，占用空间大、可靠性差，而多级多速电机组成的风机不能实现风量、风压的均匀调节。它虽然采用了变频调速方案，能实现风量的智能调节，但防爆变频器是外置的，不能与风机结合构成一体化的产品，且防爆变频器是自然冷却、工作可靠性差。局部通风机采用四级对旋结构，使用效果、风机效率均没有两级对旋结构好，该专利产品成本相对比较高，占用巷道空间长度比较长，适用性差。
发明内容
由于现有技术产品存在占用空间大，电能转化为风能没有两级对旋局部通风机高。外置变频器不能利用局部通风机的空气进行强制冷却，只能通过散热器自然冷却，散热效率低，且在井下散热器表面易积尘，变频器工作可靠性差、体积大、成本高、价格贵，且抗电磁干扰能力弱。
本实用新型的目的是提供一种可降低了产品成本、提高系统可靠性、减小占用空间、提高工作效率的智能局部通风系统。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：它由变频局部通风机、智能开关、传感器或者井下信号监控系统构成，智能开关上设置有声光报警器和显示、控制面板，包括瓦斯、风速、温度传感器分别与智能开关相联接；智能开关采用可编程逻辑控制器PLC，传感器或者井下信号监控系统采集的信号数据通过本安I/O接线盒传送给可编程逻辑控制器PLC进行分析处理。所述本安I/O接线盒由2对以上非本安接线端子和本安接线端子构成，每对非本安接线端子和本安接线端子之间采用光电隔离电路相联接，所述光电隔离电路是由包括光电耦合器、二极管、电容和电阻构成的电路。
本实用新型分别由变频局部通风机、智能开关构成主系统和备用系统、2个系统并列安装，主系统和备用系统2个系统的智能开关的通讯接口相互联接。所述变频局部通风机采用两台对旋风机，它是由集流器1、前消声器2、流道式变频器3、对旋一级风机4、对旋二级风机5和后消声器6依次联接而成，所述流道式变频器3与对旋一级风机4在同一轴线上相联接或制成一个整体，且流道式变频器3分别与对旋一级风机4和对旋二级风机5的电路相联接。所述流道式变频器3是由2个半壳体联接而成隔爆配合固联成两端封闭的外形成圆柱状的变频器本体16，在2个半壳体的连接面之间设置有隔爆接合面，变频器本体16安装在变频器风筒17的横截面中央，变频器本体16与变频器风筒17之间设置有支撑联接装置19，在变频器本体16的壁上设置有接线电缆联接孔，在变频器风筒17上设置有与变频器本体16上设置的接线电缆联接孔位置相对应的接线盒联接孔，安装在变频器风筒17外的变频器接线盒18和操纵盒20的联接线分别穿过接线管装置21、接线盒联接孔和接线电缆联接孔与安装在变频器本体16内的电气总成相联接。智能开关由智能开关壳体11、智能开关接线盒12和开关本体14构成，智能开关接线盒12安装在智能开关壳体11上，智能开关接线盒12上设置有线缆引入装置13；开关本体14安装在智能开关壳体11内，开关本体14设置通信模块9和可编程逻辑控制器PLC10，智能开关操作手柄15和人机对话界面7安装在智能开关壳体11上，且与开关本体14相联接，人机对话界面7通过电路与可编程逻辑控制器PLC10相联接。
本实用新型的有益效果是：它通过采用一体化结构，防爆变频器与风机组合成一个整体，利用风机风流对变频器进行强制冷却，使散热面不存在积尘现象，占用空间小、可靠性高，它能够实现两台对旋风机的联机控制；设计成联机信号的本安性；通过人机界面对输出风量的在线修改；保证井下巷道通风可靠性的前提下，可实现两台风机运行的自动切换；它采用一体化风机变频调速装置，既解决了变频器散热问题，提高了变频器运行可靠性，又减少了巷道空间；可实现工作过程中风量自动调节和安全运行，可保证掘进面供风量，同时又可节约能源。它通过采用组合式一体化变频调速装置，且局部通风机采用两级对旋结构，从而降低了产品的成本、提高了系统工作可靠性、减小了系统的占用空间、提高了系统工作效率，产品更进一步贴切用户的需求。且变频装置能与矿山用户正在使用的局部通风机进行组合，可方便用户使用，实现了变频装置与局部通风机的一体化及系统的集成化。
附图说明
图1是本实用新型的系统结构框图。
图2是本安I/O接线盒的电路原理图。
图3是变频调速装置动作原理框图。
图4是智能开关动作原理框图。
图5是变频调速局部通风机的结构示意图。
图6是智能开关外型结构示意图。
图7是智能开关的结构示意图。
图8是流道式变频器的结构示意图。
图9是图7的左视结构示意图。
图中：1-集流器，2-前消声器，3-流道式变频器，4-对旋一级风机，5-对旋二级风机，6-后消声器，7-人机对话界面，8-本安I/O接线盒，9-通信模块，10-可编程逻辑控制器PLC，11-智能开关壳体，12-智能开关接线盒，13-智能开关的线缆引入装置，14-开关本体，15-智能开关操作手柄，16-变频器本体，17-变频器风筒，18-变频器接线盒，19-支撑联接装置，20-操纵盒，21-接线管装置。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步说明如下：
实施例1，本实用新型由变频局部通风机、智能开关、传感器或者井下信号监控系统构成，智能开关上设置有声光报警器和显示、控制面板，各种传感器分别与智能开关相联接；各种传感器分别对瓦斯浓度、温度、风速、粉尘进行监控，智能开关采用可编程逻辑控制器PLC，传感器或者井下信号监控系统采集的信号数据通过本安I/O接线盒传送给可编程逻辑控制器PLC进行分析处理。所述本安I/O接线盒由2对以上非本安接线端子和本安接线端子构成，每对非本安接线端子和本安接线端子之间采用光电隔离电路相联接，所述光电隔离电路是由光电耦合器、二极管、电容和电阻等构成的电路。所述智能开关由智能开关壳体11、智能开关接线盒12和开关本体14构成，智能开关接线盒12安装在智能开关壳体11上，智能开关接线盒12上设置有线缆引入装置13；开关本体14安装在智能开关壳体11内，开关本体14设置通信模块9和可编程逻辑控制器PLC 10，智能开关操作手柄15和人机对话界面7安装在智能开关壳体11上，且与开关本体14相联接，人机对话界面7通过电路与可编程逻辑控制器PLC10相联接。可编程逻辑控制器PLC可采用西门子公司的S7-200型可编程逻辑控制器作为核心部件，进行信号的采集、分析和处理；采用西门子公司的文本显示器进行人机对话；对大功率控制器件接触器选用真空接触器提高可靠性；采用S7-200型可编程逻辑控制器PLC具有2个RS-485通讯接口，一个可用于对变频器进行控制，即系统内部的控制，另一个用于接人机对话的文本显示器；各种传感器数据，包含井下瓦斯监控分站数据通过可编程逻辑控制器PLC的本安I/O接线盒传送给可编程逻辑控制器PLC进行综合处理。变频装置的主控制采用微电脑控制技术，从而可提高变频系统的工作可靠性。参阅图1至图9。
实施例2，本实用新型分别由变频局部通风机、智能开关构成主系统和备用系统、2个系统并列安装，主系统和备用系统2个系统的智能开关的通讯接口相互联接。所述变频局部通风机采用两台对旋风机，它是由集流器1、前消声器2、流道式变频器3、对旋一级风机4、对旋二级风机5和后消声器6依次联接而成，所述流道式变频器3与对旋一级风机4在同一轴线上相联接或制成一个整体，且流道式变频器3分别与对旋一级风机4和对旋二级风机5的电路相联接。所述流道式变频器3是由2个半壳体联接而成隔爆配合固联成两端封闭的外形成圆柱状的变频器本体16，在2个半壳体的连接面之间设置有隔爆接合面，变频器本体16安装在变频器风筒17的横截面中央，变频器本体16与变频器风筒17之间设置有支撑联接装置19，在变频器本体16的壁上设置有接线电缆联接孔，在变频器风筒17上设置有与变频器本体16上设置的接线电缆联接孔位置相对应的接线盒联接孔，安装在变频器风筒17外的变频器接线盒18和操纵盒20的联接线分别穿过接线管装置21、接线盒联接孔和接线电缆联接孔与安装在变频器本体16内的电气总成相联接。将变频调速装置与局部通风机组合一体式的设计，它能充分利用局部通风机的风流强制冷却变频器，变频器工作时温度不会超过35℃，且已通过样机实验检测验证；同时，在设计变频调速装置时，尽量使其发热元件均匀分布在变频装置隔爆外壳的内周，这样热量能尽快被隔爆外壳外侧的风流带走。本实用新型通过采用流道式变频器，从而可大大地缩小变频风机的外部尺寸，改善井下工作环境。参阅图1至图9，其余同实施例1。
实施例3，本实用新型也可采用单级局部通风机。参阅图1至图9，其余同上述实施例。
本实用新型的工作原理是：工频三相交流电源经输入电缆引入到变频专用开关后，经过隔离开关→真空接触器→电子综合保护装置后，输出到安置在变频风机内变频器的输入端→该输入电源经安装在变频器内的电源滤波器后送入到交流电抗器→整流模块→经整流模块整流，将交流电变换成直流电后→该直流电源被送入到IGBT逆变模块→经此模块将直流电源逆变成频率可调的交流电源后，同时供给风机的一级、二级电机，实现风机智能供风。
主系统和备用系统的电子综合保护说明：工频三相交流电源经输入电缆引入到主、备变频专用开关的输入端子后，将主、备电路专用开关的隔离换向开关接通→主、备开关中的电子综合保护装置进行漏电检测，所检回路无漏电时，电子综合保护装置的3和4触点闭合→与此同时主系统和备用系统中的变频专用智能开关中的可编程逻辑控制器PLC得电，且与智能开关相联接的瓦斯、温度、粉尘等传感器得电并工作→其信号输出到主系统和备用系统中的变频专用智能开关中的可编程逻辑控制器PLC中，在PLC中进行比较。正常后，PLC的Q0：0输出点闭合。主系统中的智能开关的中间继电器得电且常开触点闭合，为主开关的启动作准备→按下主变频开关中的起动按钮，主系统中的智能开关的真空接触器主触点闭合，工频三相交流电源经电子综合保护装置送入到安置在主变频风机内变频器的输入端→该输入电源经变频器启动工作后，变成频率可调地三相交流电源同时供给主风机的一级、二级电机运转，以实现该风机的智能供风。
主系统和备用系统近程、远程控制的说明：在局部通风机工作现场，安装设置了粉尘、温度和瓦斯等传感器，传感器将现场工作环境中检测到的参数送入到主系统中的智能开关中的可编程逻辑控制器PLC进行比较。检测到的参数值如果符合可编程逻辑控制器PLC中设定正常值的要求，则可编程逻辑控制器PLC先前给定变频器的指令保持不变。变频风机的转速保持不变。如果可编程逻辑控制器PLC比较后，检测到的参数值比正常值大，则可编程逻辑控制器PLC通过RS485通信口向变频器的控制中心发出指令，改变输出频率，增大风机转速，促使工作环境中的粉尘、温度或瓦斯参数下降到正常时止。与此同时工作现场的环境状况也一并通过可编程逻辑控制器PLC的RS485通信口送到显示屏上显示出来。在主系统中的智能开关系统中，可编程逻辑控制器PLC加入的通信模块与上一级的远程控制通讯中心进行指令传输的控制。
当主系统中的智能开关因故不能工作时，其真空接触器的主触点断开，辅助常开触点断开，备用系统中的智能开关中的时间继电器失电停止工作，常闭触点延时闭合。常开触点延时断开，备用系统中的智能开关中的主触点得电工作，其主触点闭合并自锁。备用系统中的智能开关进入工作状态，工频三相交流电经该装置中的电子综合保护装置送入到安置在备用变频风机内变频器的输入端→该输入电源经变频器启动工作后，变成频率可调地三相交流电源同时供给备用风机的一级、二级电机运转，实现该风机的智能供风。
同理，安装在工作现场中的粉尘、温度和瓦斯传感器将现场工作环境中检测到的参数送入到备用系统中的智能开关中的可编程逻辑控制器PLC进行比较，检测到的参数值若满足可编程逻辑控制器PLC中设定的正常值要求，则保持备用变频风机的转速不变。如果比较后，检测到的参数值比正常值大，则可编程逻辑控制器PLC通过RS485通信口向备用变频器的控制中心发出指令，改变输出频率，增大风机转速，促使工作环境中的粉尘、温度或瓦斯参数下降到正常时止。与此同时工作现场的环境状况也一并通过可编程逻辑控制器PLC的RS485通信口送到显示屏上显示出来。在备用系统中的智能开关系统中，可编程逻辑控制器PLC加入的通信模块也可与上一级的远程控制通讯中心进行指令传输的控制。