監測控制裝置及煤礦安全監控系統的製作方法

2023-09-19 22:27:50 2

專利名稱：監測控制裝置及煤礦安全監控系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及礦井安全監測監控技術，尤其涉及一種用於監測控制裝置及煤礦安全監控系統。
背景技術：
煤礦安全監控系統主要用來實時監測礦井下的瓦斯、一氧化碳、風速或溫度等各種環境參數，並實施瓦斯超限斷電控制等功能。煤礦安全監控系統包括傳感器、監控分站、防爆電源箱以及監控主機。其中，傳感器和監控分站設置在礦井下，傳感器用於監測相應的環境參數，並將監測到的數值發送至監控分站；監控分站將採集到的數值發送至監控主機；監控主機根據上述數值判斷井下作業是否安全。防爆電源箱用於為監控分站提供直流電。現有技術中，防爆電源箱採用以下方式為監控分站供電:防爆電源箱包括防爆箱體以及設置在防爆箱體中的蓄電池和本安開關電源。本安開關電源用於將外界的交流電轉換為直流電，並提供給監控分站，同時也向蓄電池充電。外界的交流電來自電網。防爆電源箱和電網之間設置有開關，當電網失電後，開關斷開；當電網再次得電後，採用人工方式閉合開關。正常情況下，由外界的交流電經轉換後為監控分站供電，在交流電壓不穩或是進行井下檢修作業時，開關斷開，只能由蓄電池為監控分站供電。現有技術至少存在以下問題:由於難以知道蓄電池的電池容量，故難以計算蓄電池的供電時間，實際作業中，很容易出現蓄電池耗盡，而未能及時閉合開關以更換成整流器為監控分站供電的情況，使得煤礦安全監控系統失去監控功能，也使得井下作業存在很大的安全隱患。

實用新型內容本實用新型提供一種監測控制裝置及煤礦安全監控系統，用於提高煤礦安全監控系統的使用可靠性。本實用新型提供一種監測控制裝置，其中，包括:斷電器，與電網連接的開關、防爆電源箱和主機連接，所述電網失電，所述開關斷開；所述斷電器用於控制所述開關的閉合；轉換器，用於將所述防爆電源箱中蓄電池兩端的電壓信號轉換為頻率信號；主機，與所述斷電器和轉換器電性連接，所述主機根據所述頻率信號的頻率值計算得到電壓值，並根據所述電壓值控制斷電器的閉合。如上所述監測控制裝置，優選的是，還包括:傳輸組件，設置在所述轉換器和主機之間，用於將所述頻率信號傳輸至主機。如上所述監測控制裝置，優選的是，所述傳輸組件包括:監控分站，用於接收所述頻率信號；防爆交換機，與所述監控分站電性連接，用於將所述頻率信號光電轉換為光信號;[0015]地面交換機，與所述防爆交換機光纖連接，與所述主機電性連接，用於將所述光信號光電轉回為所述頻率信號並傳輸至所述主機。如上所述監測控制裝置，優選的是，還包括:報警主機，與所述地面交換機和所述主機電性連接，用於從所述地面交換機處獲取所述頻率信號的頻率值，並從所述主機處獲取所述電壓信號的電壓值，並根據所述電壓值和/或所述頻率值發出預警信號。如上所述監測控制裝置，優選的是，所述報警主機包括:獲取單元，與所述地面交換機和所述主機電性連接，用於從所述地面交換機處獲取所述頻率信號的頻率值，並從所述主機處獲取所述電壓信號的電壓值；預警單元，與所述獲取單元電性連接，用於根據所述電壓值和/或所述頻率值發出預警信號。如上所述報警主機，優選的是，還包括:顯示單元，與所述獲取單元電性連接，用於顯示所述電壓值和/或所述頻率值。如上所述監測控制裝置，優選的是，所述斷電器和所述轉換器的數量相同，至少為I個。如上所述監測控制裝置，優選的是，所述頻率值和所述電壓值之間的對應關係如下:F=200+100U ；其中，F為頻率值，單位為Hz山為電壓值，單位為V。本實用新型還提供一種煤礦安全監控系統，其中，包括本實用新型任一提供的監測控制裝置。本實用新型提供的監測控制裝置，通過在電網和防爆電源箱之間設置斷電器，具體而言是在與電網連接的開關和防爆電源箱之間設置斷電器，該斷電器在斷開後，主機根據監測到的蓄電池兩端的電壓值判斷電池電壓是否還能滿足使用需求，如果不能，主機則發出指令使斷電器自動閉合，斷電器控制開關閉合，由電網繼續為防爆電源箱提供交流電。因此，本實用新型提供的監測控制裝置，能夠根據蓄電池電壓值的大小，自動選擇是否從電網取電，這樣就能大大減少因蓄電池電量不足，而未及時從電網取電的情況，能夠保證監控分站時時都有電，故提高了煤礦安全監控系統的使用可靠性。

圖1為本實用新型實施例一提供的監測控制裝置的結構示意圖；圖2為本實用新型實施例二提供的監測控制裝置的安裝示意圖；圖3為監控裝置的一電壓顯示結果示意圖；圖4為本實用新型實施例三提供的煤礦安全監控系統的示意圖。附圖標記說明:11、21、38:斷電器； 12、22、35:轉換器；13、23:主機；24、14、37:防爆電源箱；15、25:電網；26、32:報警主機；20:傳輸組件；201、36:監控分站；[0038]202、34:防爆交換機；203、33:地面交換機；261:獲取單元；262:預警單元；263:顯示單元；31:監控主機；16、27、39:開關。
具體實施方式
圖1為本實用新型實施例一提供的監測控制裝置的結構示意圖。本實用新型實施例提供的監測控制裝置，用於根據防爆電源箱中蓄電池的電壓值判斷是否接通外部的交流供電。如圖1所示，具體地，該監測控制裝置包括斷電器11、轉換器12和主機13。斷電器11與開關16、防爆電源箱14和主機13連接，電網15與開關16連接，電網15失電，開關16斷開，斷電器11用於控制開關16的閉合；轉換器12用於將防爆電源箱14中蓄電池兩端的電壓信號轉換為頻率信號；主機13與斷電器11和轉換器12電性連接，主機13根據頻率信號的頻率值計算得到電壓值，並根據電壓值控制斷電器11的閉合。斷電器11可以選用現有產品，斷電器11具有第一接點、第二接點和第三接點。斷電器11的第一接點和防爆電源箱14連接，由防爆電源箱14為斷電器16提供電，斷電器11的第二接點可以和主機13相連，通過主機13發送的控制信號控制斷電器11的閉合，斷電器11的第三接點用於和開關16相連，當接收到主機13的控制信號時，斷電器11的第三接點控制開關16閉合。開關16也可以選用現有具有輔助觸點的產品，正常供電情況下，開關16的輔助觸點處於閉合狀態；若電源側停止供電，輔助觸點常開。上述的斷電器實際上是根據主機13的指令，控制開關16的輔助觸點再次閉合，使得電源和防爆電源箱之間的電路連通。轉換器12是將電壓信號轉換為頻率信號，這樣可以儘量避免直接採用電壓信號傳輸時造成的電壓損耗，從而避免主機13得到的電壓值與蓄電池兩端實際電壓值相差甚遠的情況。轉換器也可以選用現有產品，例如AD轉換器，AD轉換器工作原理是將輸入電壓轉換成時間(脈衝寬度信號)或頻率(脈衝頻率)。從節約成本以及合理利用現有煤礦安全監控系統的角度出發，主機13可以採用煤礦安全監控系統中的監控主機，當然，也可以單獨設置主機。蓄電池兩端的電壓值隨著蓄電池的能量消耗而降低，故根據蓄電池兩端的電壓值能夠計算出蓄電池還能供電的時長。具體地,所述頻率值和所述電壓值之間的對應關係如下:F=200+100U;其中，F為頻率值，單位為Hz山為電壓值，單位為V。監控分站工作電壓最大為12V，蓄電池的電壓為0-8V，頻率值為200Ηζ_1000Ηζ。主機13將從轉換器12處接收到的頻率信號進行處理，計算得到蓄電池的電壓值。在主機13上預先對每個防爆電源箱的蓄電池都設置有一最低預警電壓，當蓄電池電壓高於最低預警電壓時，蓄電池能夠正常為監控分站供電，主機13繼續監測蓄電池電壓。當主機13監測到蓄電池兩端的電壓低於最低預警電壓，說明蓄電池的電能不足，不能正常為監控分站供電，需要電網提供交流電 。此時具體通過下述方式轉換為電網供電:主機13會發出相應的控制信號，控制斷電器11閉合。具體地，開關16內設置的輔助觸點，電網15正常供電狀態下輔助觸點處於閉合狀態。若電網15失電，輔助觸點常開。開關16斷開，電網15和防爆電源箱14之間的通路斷開，電網15不能為防爆電源箱14提供交流電，防爆電源箱14隻能通過蓄電池繼續為監控分站供電。當主機13監測到蓄電池兩端的電壓低於最低預警電壓，說明蓄電池的電能不足，不能正常為監控分站供電，這時，主機13會發出相應的控制信號，控制信號控制斷電器11的第三接點閉合，使得開關16上的輔助觸點閉合，之後斷電器11的第三觸點又處於斷開狀態。開關閉合後，電網15和防爆電源箱14之間的電路導通，防爆電源箱14繼續通過交流電為監控分站供電。與現有技術中，在電網和防爆電源箱之間設置手動開關的方案相比，上述技術方案提供的監測控制裝置，在開關和防爆電源箱之間設置了斷電器，該開關在斷開後，當蓄電池電量不足，不能為監控分站供電時，能夠根據主機發出的控制信號控制斷電器的閉合使得開關自動閉合，而主機是否發出指令則取決於蓄電池兩端的電壓值是否還能滿足使用需求。可見，上述技術方案提供的監測控制裝置，能夠根據蓄電池電壓值的大小，自動選擇是否從電網取電，這樣就能大大減少因蓄電池電量不足，而未及時從電網取電的情況，能夠保證監控分站時時都有電，故提高了煤礦安全監控系統的使用可靠性。圖2為本實用新型實施例二提供的監測控制裝置的安裝示意圖。如圖2所示，本實施例監測控制裝置包括斷電器21、轉換器22和主機23、傳輸組件20、報警主機26。斷電器21與電網25的連接開關27、防爆電源箱24和主機23連接，電網25失電，開關27斷開；斷電器21用於控制開關27的閉合；轉換器22用於將防爆電源箱24中蓄電池兩端的電壓信號轉換為頻率信號；傳輸組件20設置在主機23和轉換器22之間，傳輸組件20分別於主機23和轉換器22電性連接，通過傳輸組件20將頻率信號傳送至主機23 ;主機23根據頻率信號的頻率值計算得到電壓值，並根據電壓值控制斷電器21的閉合。報警主機26和主機23電性連接，報警主機23根據主機出獲得的電壓值，並根據電壓值發出預警信號。和實施例一相比，本實施例提供的檢測控制裝置設置有傳輸組件20和報警主機26，斷電器21、轉換器22、開關27及主機23可以採用實施例一中的實現方式，這裡不再贅述，接下來將具體描述傳輸組件20和報警主機26的結構及其作用。為便於觀測，監測控制裝置中的主機23較佳的是設置在地面上，而斷電器21和轉換器22需設置在礦井下，故此處優選的是，監測控制裝置還包括傳輸組件20，傳輸組件20設置在轉換器22和主機之間23，用於將頻率信號傳輸至主機23。下面介紹傳輸組件20的優選實現方式。為降低監測控制裝置的製造成本，傳輸組件20可儘量採用現有煤礦安全監控系統中已有的部件，參照圖2，本實施例中，傳輸組件20包括監控分站201、防爆交換機202和地面交換機203。監控分站201和轉換器22電性連接，監控分站201接收頻率信號並對接收到頻率信號進行處理，例如進行頻移鍵控(Frequency-shift keying,簡稱FSK)轉換等處理，使得頻率信號能夠適應信道的傳輸要求，降低信號傳輸過程中的噪聲影響，提高信號傳輸的可靠性。防爆交換機202與監控分站201電性連接，監控分站201將處理後的頻率信號發送給防爆交換機202。防爆交換機202將頻率信號進行光電轉換，轉換為光信號。為了提高防爆交換機202和地面交換機203之間傳輸數據的可靠性及傳輸速率，地面交換機203與防爆交換機202之間採用光纖連接，地面交換機203與主機23電性連接，地面交換機203將光信號進行光電轉換，將接收到光信號轉換為頻率信號並傳輸至主機23。監控分站201和防爆交換機202設置在礦井下，地面交換機203設置在地面上。對於為每個防爆電源箱202設置的監測控制裝置而言，監控分站201可採用該防爆電源箱202所對應的監控分站201 ;防爆交換機202直接採用與該監控分站201連接的交換機；地面交換機203也是同樣的道理。為便於直觀獲取防爆電源箱中24蓄電池的電壓值，本實施例提供的檢測控制裝置還包括報警主機26，報警主機26與地面交換機203和主機23電性連接，用於從地面交換機203處獲取頻率還包括報警主機26，報警主機信號的頻率值，並從主機23處獲取電壓信號的電壓值，並根據電壓值和/或頻率值發出預警信號。以下將具體介紹報警主機的結構，參照圖2所示，報警主機26包括獲取單元261、預警單元262和顯示單元263 ;獲取單元261與地面交換機203和主機13電性連接，用於從地面交換機203處獲取頻率信號的頻率值，並從主機13處獲取電壓信號的電壓值；預警單元262與獲取單元261電性連接，用於根據電壓值和/或頻率值發出預警信號。具體地，預警單元261比如採用報警燈或報警鈴報警。顯示單元263和獲取單元261電性連接，用於顯示電壓值和/或頻率值。具體實現時，獲取單元261可以周期性的向主機23和地面交換機203分別發送第一消息及第二消息，第一消息用於獲取電壓值，第二消息用於獲取頻率值。主機23在接收到第一消息時，返回第一響應消息，第一響應消息中攜帶有蓄電池的電壓值。相應地，地面交換機也向獲取單元261返回一第二響應消息，第二響應消息攜帶有頻率值。可選地，獲取單元261也可以不發送任何消息，而是通過主機23和地面交換機203定期上報獲取的電壓值和頻率值。獲取單元261還可以根據獲取的蓄電池電壓值計算出蓄電池還能供電的時長，SP剩餘供電時間和蓄電池的電池容量。電池容量是電池性能的重要性能指標之一，電池容量表示在一定條件下(如放電率、溫度、終止電壓等)電池放出的電量，即電池所儲存的電能的多少，電池容量的單位是毫安小時，例如當電池容量是20 IOOmAh時，說明電池以20 IOOmA的電流放電，可以持續放電I小時。因此,通過電池容量又可以計算電池的剩餘供電時間。具體地，獲取單元261可以根據獲取的電壓值通過如下公式計算電池容量:C=3.7771U2-82.0262U+445.42030，其中，C為電池容量，U為獲取的電池實際電壓值。在實際的實用過程中，通過多次測量蓄電池的電池電壓與電池容量，得到了表I所示的關係圖，表I為電池工作時的電壓、電流及電池容量值的關係。通過多次測量，並對測得的數據進行分析處理，計算得到了上述電池電壓和電池容量的公式，根據側得的電池容量與電壓關係進行曲線擬合，得到的蓄電池的實際容量與預測容量曲線趨勢基本一致，其預測容量與實際容量誤差較小，能夠滿足實際的需求。只需要知道電池兩端的實際電壓值，根據設定的公式，就可以計算出相應的電池容量C。根據電池容量又可以計算出電池剩餘供電時間。表I
權利要求1.一種監測控制裝置，其特徵在於，包括: 斷電器，與電網連接的開關、防爆電源箱和主機連接，所述電網失電，所述開關斷開；所述斷電器用於控制所述開關的閉合； 轉換器，用於將所述防爆電源箱中蓄電池兩端的電壓信號轉換為頻率信號； 主機，與所述斷電器和轉換器電性連接，所述主機根據所述頻率信號的頻率值計算得到電壓值，並根據所述電壓值控制斷電器的閉合。
2.根據權利要求1所述的監測控制裝置，其特徵在於，還包括: 傳輸組件，設置在所述轉換器和主機之間，用於將所述頻率信號傳輸至主機。
3.根據權利要求2所述的監測控制裝置，其特徵在於，所述傳輸組件包括: 監控分站，用於接收所述頻率信號； 防爆交換機，與所述監控分站電性連接，用於將所述頻率信號光電轉換為光信號； 地面交換機，與所述防爆交換機光纖連接，與所述主機電性連接，用於將所述光信號光電轉回為所述頻率信號並傳輸至所述主機。
4.根據權利要求3所述的監測控制裝置，其特徵在於，還包括: 報警主機，與所述地面 交換機和所述主機電性連接，用於從所述地面交換機處獲取所述頻率信號的頻率值，並從所述主機處獲取所述電壓信號的電壓值，並根據所述電壓值和/或所述頻率值發出預警信號。
5.根據權利要求4所述的監測控制裝置，其特徵在於，所述報警主機包括: 獲取單元，與所述地面交換機和所述主機電性連接，用於從所述地面交換機處獲取所述頻率信號的頻率值，並從所述主機處獲取所述電壓信號的電壓值； 預警單元，與所述獲取單元電性連接，用於根據所述電壓值和/或所述頻率值發出預警信號。
6.根據權利要求5所述的監測控制裝置，其特徵在於，還包括: 顯示單元，與所述獲取單元電性連接，用於顯示所述電壓值和/或所述頻率值。
7.根據權利要求1所述的監測控制裝置，其特徵在於， 所述斷電器和所述轉換器的數量相同，至少為I個。
8.根據權利要求1所述的監測控制裝置，其特徵在於，所述頻率值和所述電壓值之間的對應關係如下:F=200+100U ； 其中，F為頻率值，單位為Hz #為電壓值，單位為V。
9.一種煤礦安全監控系統，其特徵在於，包括權利要求1-8任一所述的監測控制裝置。
專利摘要本實用新型提供一種監測控制裝置及煤礦安全監控系統，監測控制裝置具體包括斷電器、轉換器及主機。斷電器與開關、防爆電源箱和主機連接，開關和電網相連，電網失電，開關斷開，通過使斷電器閉合以控制開關自動閉合；轉換器用於將防爆電源箱中蓄電池兩端的電壓信號轉換為頻率信號；主機與斷電器和轉換器電性連接，主機根據頻率信號的頻率值計算得到電壓值，並根據電壓值控制斷電器的閉合，使開關自動閉合。本實用新型提供的監測控制裝置，能夠根據蓄電池電壓值的大小，自動選擇是否從電網取電，這樣就能大大減少因蓄電池電量不足，而未及時從電網取電的情況，能夠保證監控分站時時都有電，故提高了煤礦安全監控系統的使用可靠性。
文檔編號E21F17/18GK202926395SQ201220623880
公開日2013年5月8日 申請日期2012年11月22日 優先權日2012年11月22日
發明者張純如, 丁梅生, 汪勇, 李飛 申請人:淮南礦業(集團)有限責任公司