本發(fā)明涉及一種礦山巷道風(fēng)門智能控制系統(tǒng)及其控制方法，屬于井下安全生產(chǎn)的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

風(fēng)門是礦井通風(fēng)系統(tǒng)中的重要構(gòu)筑物，它隔斷風(fēng)流，為礦井風(fēng)流按需分配創(chuàng)造條件，同時又為行人和運輸提供方便。如今，隨著科技的不斷發(fā)展和進步，已經(jīng)涌現(xiàn)出式樣繁多的各種風(fēng)門。風(fēng)門必須滿足的最基本要求是：①開啟省力、方便和安全；②能自動關(guān)閉；③各處密封嚴(yán)密，不漏風(fēng)；④每組風(fēng)門不少于兩道，且裝有閉鎖裝置，不能同時敞開；⑤為防止礦井反風(fēng)時風(fēng)流短路，主要風(fēng)路的風(fēng)門要安設(shè)反向風(fēng)門。

現(xiàn)有的礦井風(fēng)門啟閉方法有：

1、人工看守，觀察來車時開啟和關(guān)閉風(fēng)門；

缺點：增加了煤礦井下人員數(shù)量、效率低，而且當(dāng)風(fēng)門出現(xiàn)故障時增加了安全隱患；

2、采用光線傳感器的自動化風(fēng)門，其特點當(dāng)車輛走進時，停車切換遠(yuǎn)近光燈，從而開啟風(fēng)門；

缺點：控制過程需要停車降低效率；井下燈光環(huán)境復(fù)雜容易造成誤動作；當(dāng)車輛燈光系統(tǒng)出現(xiàn)故障時無法完成風(fēng)門開啟。

3、利用紅外光控傳感器跟PLC結(jié)合，從而實現(xiàn)風(fēng)門的自動化控制；例如，中國專利CN204941591U公開了一種礦用自動風(fēng)門安全開閉裝置，包括第一自動風(fēng)門、第二自動風(fēng)門、第一控制單元和第二控制單元；所述第一控制單元包括第一PLC模塊，第二控制單元包括與第一PLC模塊連接的第二PLC模塊，實現(xiàn)對風(fēng)門的安全開閉。

缺點：井下可視條件差、空氣灰塵濃度大，對紅外控制傳感器的信號采集造成障礙；針對車輛沒有有效的故障提醒措施(井下噪聲大，外界的語音提醒接收有難度)；

綜上所述的三種現(xiàn)有技術(shù)方案，共同的缺點在于：

1、對于風(fēng)門的狀態(tài)沒有做到狀態(tài)數(shù)據(jù)上傳，地面調(diào)度室不能實時監(jiān)測井下風(fēng)門狀態(tài)，風(fēng)門出現(xiàn)故障時不能準(zhǔn)確定位風(fēng)門位置，完成檢修工作；

2、對于巷道行駛車輛而言，當(dāng)風(fēng)門發(fā)生故障時，對于駕駛員沒有有效的故障提醒；

3、當(dāng)風(fēng)門故障不能開啟或者開啟異常，而駕駛員又不能及時采取車輛制動時，缺少車輛主動制動的功能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種礦山巷道風(fēng)門智能控制系統(tǒng)。

本發(fā)明還提供一種利用上述系統(tǒng)進行礦山巷道風(fēng)門智能控制的方法。

術(shù)語說明：

井下環(huán)網(wǎng)：即井下以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)，由光纖、交換機等通信設(shè)備組成，可以實現(xiàn)井下以太網(wǎng)通信。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種礦山巷道風(fēng)門智能控制系統(tǒng)，包括保護器、無線基站、壓力傳感器、角度傳感器、車內(nèi)無線信號接收器、車內(nèi)報警器和風(fēng)門電機；風(fēng)門電機、角度傳感器、壓力傳感器和無線基站分別與保護器連接，無線基站接入井下環(huán)網(wǎng)；車內(nèi)報警裝置通過車內(nèi)無線信號接收器與無線基站無線連接；壓力傳感器鋪設(shè)在巷道地面；角度傳感器和風(fēng)門電機安裝在風(fēng)門上。角度傳感器用于檢測風(fēng)門打開的角度，進而判斷風(fēng)門的打開程度，風(fēng)門電機控制風(fēng)門的開啟和關(guān)閉。所述保護器基于ARM單片機做的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。

優(yōu)選的，所述礦山巷道風(fēng)門智能控制系統(tǒng)還包括緊急控制開關(guān)，緊急控制開關(guān)與風(fēng)門電機連接；緊急控制開關(guān)安裝在風(fēng)門上。當(dāng)智能控制系統(tǒng)出現(xiàn)緊急故障時，可通過所述緊急控制開關(guān)手動控制風(fēng)門電機完成風(fēng)門打開或關(guān)閉。

優(yōu)選的，所述礦山巷道風(fēng)門智能控制系統(tǒng)還包括地面集控中心；地面集控中心通過井下環(huán)網(wǎng)與保護器連接。地面集控中心即地面調(diào)度室，包括服務(wù)器、顯示屏等，用于實時監(jiān)測、控制井下設(shè)備。

優(yōu)選的，所述保護器包括控制模塊和無線通信模塊；無線通信模塊與所述無線基站無線連接。所述控制模塊根據(jù)壓力傳感器采集的壓力信息，控制風(fēng)門電機，完成風(fēng)門的開啟、閉合動作，將風(fēng)門電機的運行參數(shù)(電壓值、電流值等)實時傳輸?shù)降孛婕刂行?，地面集控中心確定故障的發(fā)生并判斷故障原因；實現(xiàn)地面對井下風(fēng)門的實時監(jiān)測功能。

進一步優(yōu)選的，所述控制模塊內(nèi)存儲有設(shè)備安裝位置信息。

進一步優(yōu)選的，所述控制模塊為STM32F4芯片，所述無線通信模塊包括WIFI無線通信模塊和LAN8720以太網(wǎng)擴展模塊。

優(yōu)選的，所述保護器軟件搭載ucosII操作系統(tǒng)和LWIP協(xié)議棧。LWIP協(xié)議棧用于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信的編程。

優(yōu)選的，所述礦山巷道風(fēng)門智能控制系統(tǒng)還包括車輛自動控制模塊，車輛自動控制模塊分別與車內(nèi)無線信號接收器和車輛剎車系統(tǒng)連接，車輛自動控制模塊內(nèi)存儲有剎車加速度閾值A(chǔ)和剎車時間閾值t。

優(yōu)選的，所述壓力傳感器包括設(shè)置在風(fēng)門內(nèi)側(cè)的風(fēng)門內(nèi)側(cè)壓力傳感器和設(shè)置在風(fēng)門外側(cè)的風(fēng)門外側(cè)壓力傳感器。

一種利用上述系統(tǒng)進行礦山巷道風(fēng)門智能控制的方法，包括步驟如下：

1)無車輛通過時，壓力傳感器輸出的壓力信號為零，當(dāng)車輛駛?cè)胂锏?，風(fēng)門外側(cè)壓力傳感器將采集到的壓力信號傳送到保護器；

2)保護器檢測到壓力信號，控制風(fēng)門電機正向旋轉(zhuǎn)，風(fēng)門打開；

3)判斷風(fēng)門的打開狀態(tài)，如果風(fēng)門正常打開，車輛正常駛?cè)腼L(fēng)門；當(dāng)風(fēng)門內(nèi)側(cè)的壓力傳感器檢測到壓力信號時，控制風(fēng)門電機反向旋轉(zhuǎn)，風(fēng)門關(guān)閉；

4)如果風(fēng)門沒有正常打開，保護器向無線基站發(fā)送報警信息；無線基站將報警信息轉(zhuǎn)發(fā)至車內(nèi)報警裝置，車內(nèi)報警裝置發(fā)出報警，進入步驟5)；

5)車內(nèi)報警裝置發(fā)出報警后，駕駛員采取緊急制動，并下車使用緊急控制開關(guān)打開風(fēng)門。

優(yōu)選的，所述步驟5)之后還包括定位故障風(fēng)門的步驟；無線基站將報警信息轉(zhuǎn)發(fā)至車內(nèi)報警裝置的同時，將所述設(shè)備安裝位置信息發(fā)送至地面集控中心，地面集控中心對故障風(fēng)門位置進行定位。地面集控中心對故障風(fēng)門位置進行定位后及時進行檢修。

優(yōu)選的，所述步驟3)之后還包括檢測車輛實時加速度的步驟，車內(nèi)報警裝置接收到報警信息后，車輛自動控制模塊檢測車輛的實時加速度a，如果經(jīng)過剎車時間閾值t，|a|≤A，則判斷駕駛員未及時剎車，車輛自動控制模塊自動控制剎車系統(tǒng)進行剎車操作。

優(yōu)選的，當(dāng)風(fēng)門沒有正常打開時，保護器采集風(fēng)門電機的電流值和電壓值；如果風(fēng)門電機的電流值和電壓值均為零，則判定系統(tǒng)發(fā)生斷電故障；如果風(fēng)門電機的電流值超過額定電流值的50％以上，則判定風(fēng)門被卡住或者風(fēng)門電機卡死。當(dāng)電流、電壓值歸零說明風(fēng)門系統(tǒng)發(fā)生斷電或者其他機械故障，當(dāng)電流突然大幅超過額定電流值說明可能發(fā)生了風(fēng)門卡住，風(fēng)門電機卡死等；此步驟用于判定風(fēng)門沒有正常打開的原因，便于快速作出應(yīng)對措施。

優(yōu)選的，所述步驟3)中判斷風(fēng)門的打開狀態(tài)的具體方法為，角度傳感器檢測風(fēng)門的打開角度，如果風(fēng)門的打開角度大于80°，則判定風(fēng)門正常打開，否則判定風(fēng)門沒有正常打開。

本發(fā)明的有益效果為：

1.本發(fā)明所述礦山巷道風(fēng)門智能控制系統(tǒng)，能準(zhǔn)確高效的檢測來車，并及時開啟、關(guān)閉風(fēng)門，提高車輛通過效率，當(dāng)風(fēng)門發(fā)生故障時，能快速將故障信息傳遞給駕駛?cè)藛T，保證井下人員安全，保證井下通風(fēng)安全；

2.本發(fā)明所述礦山巷道風(fēng)門智能控制系統(tǒng)，當(dāng)風(fēng)門發(fā)生故障，駕駛員又沒有做出及時處理措施時，車輛能夠自動制動停車，進一步保護了井下乘車人員的安全；

3.本發(fā)明所述礦山巷道風(fēng)門智能控制系統(tǒng)，井下風(fēng)門的狀態(tài)信息實時上傳地面控制平臺；一方面，為風(fēng)門的維護保養(yǎng)提供了數(shù)據(jù)支持；另一方面，當(dāng)風(fēng)門發(fā)生故障時，能準(zhǔn)確及時的確定故障風(fēng)門位置，提高維修效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述礦山巷道風(fēng)門智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明所述礦山巷道風(fēng)門智能控制方法的流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例和說明書附圖對本發(fā)明做進一步說明，但不限于此。

實施例1

如圖1所示。

一種礦山巷道風(fēng)門智能控制系統(tǒng)，包括保護器、無線基站、壓力傳感器、角度傳感器、車內(nèi)無線信號接收器、車內(nèi)報警器和風(fēng)門電機；風(fēng)門電機、角度傳感器、壓力傳感器和無線基站分別與保護器連接，無線基站接入井下環(huán)網(wǎng)；車內(nèi)報警裝置通過車內(nèi)無線信號接收器與無線基站無線連接；壓力傳感器鋪設(shè)在巷道地面；角度傳感器和風(fēng)門電機安裝在風(fēng)門上。角度傳感器用于檢測風(fēng)門打開的角度，進而判斷風(fēng)門的打開程度，風(fēng)門電機控制風(fēng)門的開啟和關(guān)閉。所述保護器基于ARM單片機做的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。

實施例2

如實施例1所述的礦山巷道風(fēng)門智能控制系統(tǒng)，所不同的是，所述礦山巷道風(fēng)門智能控制系統(tǒng)還包括緊急控制開關(guān)，緊急控制開關(guān)與風(fēng)門電機連接；緊急控制開關(guān)安裝在風(fēng)門上。當(dāng)智能控制系統(tǒng)出現(xiàn)緊急故障時，可通過所述緊急控制開關(guān)手動控制風(fēng)門電機完成風(fēng)門打開或關(guān)閉。

實施例3

如實施例1所述的礦山巷道風(fēng)門智能控制系統(tǒng)，所不同的是，所述礦山巷道風(fēng)門智能控制系統(tǒng)還包括地面集控中心；地面集控中心通過井下環(huán)網(wǎng)與保護器連接。

實施例4

如實施例1所述的礦山巷道風(fēng)門智能控制系統(tǒng)，所不同的是，所述保護器包括控制模塊和無線通信模塊；無線通信模塊與所述無線基站無線連接。所述控制模塊根據(jù)壓力傳感器采集的壓力信息，控制風(fēng)門電機，完成風(fēng)門的開啟、閉合動作，將風(fēng)門電機的運行參數(shù)(電壓值、電流值等)實時傳輸?shù)降孛婕刂行?，地面集控中心確定故障的發(fā)生并判斷故障原因；實現(xiàn)地面對井下風(fēng)門的實時監(jiān)測功能。

實施例5

如實施例4所述的礦山巷道風(fēng)門智能控制系統(tǒng)，所不同的是，所述控制模塊內(nèi)存儲有設(shè)備安裝位置信息。

實施例6

如實施例4所述的礦山巷道風(fēng)門智能控制系統(tǒng)，所不同的是，所述控制模塊為STM32F4芯片，所述無線通信模塊包括WIFI無線通信模塊和LAN8720以太網(wǎng)擴展模塊。

實施例7

如實施例1述的礦山巷道風(fēng)門智能控制系統(tǒng)，所不同的是，所述保護器軟件搭載ucosII操作系統(tǒng)和LWIP協(xié)議棧。LWIP協(xié)議棧用于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信的編程。

實施例8

如實施例1述的礦山巷道風(fēng)門智能控制系統(tǒng)，所不同的是，所述礦山巷道風(fēng)門智能控制系統(tǒng)還包括車輛自動控制模塊，車輛自動控制模塊分別與車內(nèi)無線信號接收器和車輛剎車系統(tǒng)連接，車輛自動控制模塊內(nèi)存儲有剎車加速度閾值A(chǔ)和剎車時間閾值t。

實施例9

如實施例1述的礦山巷道風(fēng)門智能控制系統(tǒng)，所不同的是，所述壓力傳感器包括設(shè)置在風(fēng)門內(nèi)側(cè)的風(fēng)門內(nèi)側(cè)壓力傳感器和設(shè)置在風(fēng)門外側(cè)的風(fēng)門外側(cè)壓力傳感器。

實施例10

如圖2所示。

一種利用實施例1-9所述系統(tǒng)進行礦山巷道風(fēng)門智能控制的方法，包括步驟如下：

1)無車輛通過時，壓力傳感器輸出的壓力信號為零，當(dāng)車輛駛?cè)胂锏?，風(fēng)門外側(cè)壓力傳感器將采集到的壓力信號傳送到保護器；

2)保護器檢測到壓力信號，控制風(fēng)門電機正向旋轉(zhuǎn)，風(fēng)門打開；

3)判斷風(fēng)門的打開狀態(tài)，如果風(fēng)門正常打開，車輛正常駛?cè)腼L(fēng)門；當(dāng)風(fēng)門內(nèi)側(cè)的壓力傳感器檢測到壓力信號時，控制風(fēng)門電機反向旋轉(zhuǎn)，風(fēng)門關(guān)閉；

4)如果風(fēng)門沒有正常打開，保護器向無線基站發(fā)送報警信息；無線基站將報警信息轉(zhuǎn)發(fā)至車內(nèi)報警裝置，車內(nèi)報警裝置發(fā)出報警，進入步驟5)；

5)車內(nèi)報警裝置發(fā)出報警后，駕駛員采取緊急制動，并下車使用緊急控制開關(guān)打開風(fēng)門。

實施例11

如實施例10所述礦山巷道風(fēng)門智能控制的方法，所不同的是，所述步驟5)之后還包括定位故障風(fēng)門的步驟；無線基站將報警信息轉(zhuǎn)發(fā)至車內(nèi)報警裝置的同時，將所述設(shè)備安裝位置信息發(fā)送至地面集控中心，地面集控中心對故障風(fēng)門位置進行定位。地面集控中心對故障風(fēng)門位置進行定位后及時進行檢修。

實施例12

如實施例10所述礦山巷道風(fēng)門智能控制的方法，所不同的是，所述步驟3)之后還包括檢測車輛實時加速度的步驟，車內(nèi)報警裝置接收到報警信息后，車輛自動控制模塊檢測車輛的實時加速度a，如果經(jīng)過剎車時間閾值t，|a|≤A，則判斷駕駛員未及時剎車，車輛自動控制模塊自動控制剎車系統(tǒng)進行剎車操作。

實施例13

如實施例10所述礦山巷道風(fēng)門智能控制的方法，所不同的是，當(dāng)風(fēng)門沒有正常打開時，保護器采集風(fēng)門電機的電流值和電壓值；如果風(fēng)門電機的電流值和電壓值均為零，則判定系統(tǒng)發(fā)生斷電故障；如果風(fēng)門電機的電流值超過額定電流值的50％以上，則判定風(fēng)門被卡住或者風(fēng)門電機卡死。當(dāng)電流、電壓值歸零說明風(fēng)門系統(tǒng)發(fā)生斷電或者其他機械故障，當(dāng)電流突然大幅超過額定電流值說明可能發(fā)生了風(fēng)門卡住，風(fēng)門電機卡死等；此步驟用于判定風(fēng)門沒有正常打開的原因，便于快速作出應(yīng)對措施。

實施例14

如實施例10所述礦山巷道風(fēng)門智能控制的方法，所不同的是，所述步驟3)中判斷風(fēng)門的打開狀態(tài)的具體方法為，角度傳感器檢測風(fēng)門的打開角度，如果風(fēng)門的打開角度大于80°，則判定風(fēng)門正常打開，否則判定風(fēng)門沒有正常打開。