煤矿井口空气加热机组的智能控制系统及方法与流程

本发明属于矿井通风，涉及一种煤矿井口空气加热机组智能控制系统及方法。

背景技术：

1、

2、煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑，将人工智能、工业物联网、云计算、大数据、机器人、智能装备等与现代煤炭开发利用深度融合，形成全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制的智能系统，实现煤矿开拓、采掘(剥)、运输、通风、洗选、安全保障、经营管理等过程的智能化运行，对于提升煤矿安全生产水平、保障煤炭稳定供应具有重要意义。

3、我大部分地区冬季地面温度均在零度以下，北方严寒地区甚至在-30℃以下，矿井进风温度过低，严重影响了矿井的安全高效生产和矿工的身体健康。《煤矿安全规程》第一百三十七条规定：“进风井口以下的空气温度必须在2℃以上。”因此，煤矿一般在进风井口建有空气加热机房，通过空气加热机组将低温空气加热，然后与进风井口进入的冷风进行混合，从而使进入井下的风流温度在2℃以上。目前，国内空气加热系统在智能化方面相对落后，管控手段单一。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种煤矿井口空气加热机组的智能控制系统及方法，采用智能感知设备、plc控制技术、工业互联网、大数据，将煤矿多个进风井场地的空气加热机组的智能控制集中到统一平台，远程集中管控，实现参数智能感知、实时互联、分析决策和联动控制，从而确保煤矿冬季进风井底的风流温度符合《煤矿安全规程》的要求，确保安全生产、节能增效。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种煤矿井口空气加热机组的智能控制系统，该系统包括客户端、服务器、plc控制柜、风机、电动温控阀以及温度传感器ⅴ。其中客户端与服务器相互连接；服务器通过plc控制柜分别与风机、电动温控阀和温度传感器ⅴ连接。其中风机吸入低温风流进入空气加热器，与高温热水进行热交换，加热后的热风由热风道进入冷热风混合风道，冷热风混合后温度达到《煤矿安全规程》规定的风流温度要求，沿着巷道进入井下各用风地点。

4、所述的温度传感器ⅴ设置于矿井的冷热风混合风道，用于采集进入矿井的混合冷热风的温度；所述电动温控阀与空气加热器的进水口管道连接，用于调节空气加热器的进水流量；所述风机与空气加热器的进风口连接，用于控制进入空气加热器的风量；所述服务器基于风机变频器和温度传感器ⅴ的测温数据以控制风机和电动温控阀，从而控制空气加热器输出的混合风流的风量及温度。

5、进一步的，该系统开发有集控平台软件，其部署于客户端和服务器上，具备数据采集和分析、三维模型展示、故障诊断和报警、智能决策和控制、历史记录查询和导出等功能。

6、进一步的，该系统还包括闸阀ⅰ～ⅳ、压力传感器ⅰ～ⅱ、温度传感器ⅰ～ⅳ，ai智能摄像头。

7、其中，该系统的温度传感器、压力传感器、电动温控阀、风机电机、风机变频器和ai智能摄像头均与plc控制柜连接，通过plc控制柜进行就地控制，监测数据在显示屏上展示，展示数据包括电动温控阀的开度(0-100％)、进水压力、进水温度、出水压力、出水温度、空气加热器进风温度、空气加热器出风温度、冷热风混合后温度、风机频率、风机电机的电流、电压等。

8、所述闸阀ⅰ、电动温控阀、压力传感器ⅰ、温度传感器ⅰ和闸阀ⅱ依次连接至空气加热器的进水口；所述闸阀ⅳ、温度传感器ⅳ、压力传感器ⅱ和闸阀ⅲ依次连接至空气加热器的出水口；所述温度传感器ⅲ设置在与空气加热器连接的热风道处。通过在空气加热器的进、出水侧管路上设置温度传感器、压力传感器，以监测进出水温度和压力，传感器和电动温控阀安装在两台闸阀中间以便于检修。

9、其中，空气加热器、热风道以及两者连接处均采用保温隔热材料进行密封隔热处理。所述的ai智能摄像头安装于空气加热机房内，能够高清显示和存储机房内的场景，并对非工作人员闯入进行报警。

10、进一步的，该系统设有手动和自动两种控制模式。

11、在手动模式下，可远程实现对电动温控阀的开度进行调节(0-100％)，从而调节进水流量；也可远程实现对风机频率进行设置，从而调节风机吸风量。

12、在自动模式下，该系统通过设定的联动控制逻辑自动调节风机频率和电动温控阀开度实现对进水流量和进风量的控制，从而保证冷热混合风的温度符合要求。

13、该系统的联动控制逻辑包括：根据温度传感器ⅳ采集的温度值判断冷热混合风的温度值tmix大于2℃还是小于2℃；

14、当冷热混合风的温度值tmix大于2℃时，判断是否满足2＜tmix＜a，其中a为大于2℃的温度值；若2＜tmix＜a，则不做操作；若tmix＞a，则先逐步下调变频器(7)的频率，若在频率下调为0之前实现2＜tmix＜a则停止调节，若频率下调为0时tmix仍然大于温度值a，则下调电动温控阀(14)的开度；若在开度下调为0之前实现2＜tmix＜a则停止调节，若开度下调为0时tmix仍然大于温度值a，则停用当前空气加热机组，对另一台运行中的空气加热机组进行调节；若所有空气加热机组均停止运行时，tmix仍然大于温度值a，则停用空气加热系统；

15、当冷热混合风的温度值tmix小于2℃时，先逐步上调电动温控阀(14)的开度，若在开度达到最大之前实现2＜tmix＜a则停止调节，若开度达到最大时tmix仍然小于2℃，则上调变频器(7)的频率；若在频率上调至50hz之前实现2＜tmix＜a则停止调节，若频率达到50hz时tmix仍然小于2℃，则启用另一台待机中的空气加热机组，对另一台待机中的空气加热机组进行调节；若所有空气加热机组均启用后，tmix仍然小于2℃，则增设空气加热机组继续进行调节。

16、本发明的有益效果在于：

17、(1)本发明提出的空气加热机组智能控制系可对多个场地多台空气加热机组进行远程集中管控，提高了管理效率；

18、(2)本发明可通过联动控制电控温控阀和风机变频器，按需自动控制进水量和进风量，使系统能耗最优，达到节能效果；

19、(3)本发明可通过机房内的ai智能摄像头能够实时监控机房内的场景，遇突发事件可出发报警，可实现无人值守；

20、(4)本发明可扩展开发移动app，支持手机远程集中管控；

21、(5)本发明能够适用于非煤矿山、以及其他地下工程用于加热进风风流的情形。

22、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.一种煤矿井口空气加热机组的智能控制系统，其特征在于：该系统包括客户端(1)、服务器(2)、plc控制柜(5)、风机(6)、电动温控阀(14)以及温度传感器ⅴ(24)；所述客户端(1)与服务器(2)相互连接；所述服务器(2)通过所述plc控制柜(5)分别与所述风机(6)、电动温控阀(14)和温度传感器ⅴ(24)连接；所述温度传感器ⅴ(24)设置于矿井的冷热风混合风道，用于采集进入矿井的混合冷热风的温度；所述电动温控阀(14)与空气加热器(10)的进水口管道连接，用于调节所述空气加热器(10)的进水流量；所述风机(6)与所述空气加热器(10)的进风口连接，用于控制进入所述空气加热器(10)的风量；所述服务器(2)基于所述风机(6)的变频器(7)的频率和所述温度传感器ⅴ(24)的测温数据以控制风机(6)和电动温控阀(14)，从而控制所述空气加热器(10)输出的混合风流的风量及温度；

2.根据权利要求1所述的智能控制系统，其特征在于：空气加热器(10)、热风道以及两者连接处均采用保温隔热材料进行密封隔热处理。

3.根据权利要求1所述的智能控制系统，其特征在于：该系统还包括与所述plc控制柜(5)连接的ai智能摄像头(4)。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的智能控制系统，其特征在于：该系统的控制逻辑包括：根据温度传感器ⅴ(24)采集的温度值判断冷热混合风的温度值tmix大于2℃还是小于2℃；

技术总结本发明涉及一种煤矿井口空气加热机组的智能控制系统及方法，属于矿井通风技术领域。该系统包括客户端、服务器、PLC控制柜、风机、电动温控阀以及温度传感器。客户端与服务器相互连接；服务器通过PLC控制柜与风机、电动温控阀和温度传感器连接。温度传感器置于矿井的冷热风混合风道，采集进入矿井的混合冷热风的温度；电动温控阀与空气加热器连接，调节空气加热器的进水量；风机与空气加热器连接，控制进入空气加热器的风量；服务器基于温度传感器Ⅴ的测温数据以控制风机和电动温控阀，从而控制空气加热器输出的风量及温度。本发明可通过联动控制电控温控阀和风机变频器，按需自动控制进水量和进风量，使系统能耗最优，达到节能效果。技术研发人员：张习军,姚亚虎,徐雪战,袁小平,董浩民,刘飞,和树栋,赵吉玉,郑钫戈,许昊宇,张浩受保护的技术使用者：中煤科工集团重庆研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/10