本專利申請要求2014年5月11日在美國專利商標(biāo)局提交的并且名稱為“MODULAR CONTROL SYSTEM FOR MINING EQUIPMENT”的共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請No.61/991,530以及2014年5月11日在美國專利商標(biāo)局提交的并且名稱為“MODULAR CONTROL SYSTEM FOR MINING EQUIPMENT”的共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請No.61/991,531的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，這兩個共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請都通過引用并入本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般地涉及配置用于控制和/或接口通風(fēng)及其它設(shè)備的控制器和控制系統(tǒng)以及使用所述控制器和控制系統(tǒng)的方法。本發(fā)明更具體地涉及配置用于控制和/或接口地下礦井及其它復(fù)雜環(huán)境中的通風(fēng)設(shè)備、傳感器和其它設(shè)備的控制器和控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

當(dāng)開發(fā)并運行地下礦井時，必須在地下部署重要的基礎(chǔ)設(shè)施以向礦工和其他采礦人員提供電力、通信、監(jiān)測、照明、通風(fēng)和/或其它服務(wù)。因為沒有兩個礦井共享共同的配置，基礎(chǔ)設(shè)施必須改變以適合每個礦井。

在具有精密電力、通信、監(jiān)測、照明、通風(fēng)和/或其它服務(wù)系統(tǒng)的其它復(fù)雜環(huán)境中可能需要類似的定制，所述復(fù)雜環(huán)境諸如制藥實驗室或生產(chǎn)設(shè)施、半導(dǎo)體研究或生產(chǎn)設(shè)施和核電站。

為了控制和/或接口這些各種各樣的服務(wù)，當(dāng)前的途徑是設(shè)計用于礦井或其它復(fù)雜設(shè)施的特定的基礎(chǔ)設(shè)施配置的控制器和其它控制系統(tǒng)。盡管這種定制途徑起作用，其仍然具有數(shù)個缺點。

第一，部署當(dāng)前的定制途徑是極其耗費時間的。事實上。因為所有控制系統(tǒng)都是定制制造的，它們必須被設(shè)計成控制和/或接口它們將連接到的特定設(shè)備。此外，在礦井的情況下，之后這些控制系統(tǒng)必須被部署在地下。這樣的部署是漫長的因為之后各種控制系統(tǒng)必須被單獨地連接到特定設(shè)備。

第二，以及這與上文第一個缺點有關(guān)，當(dāng)前的定制途徑不是可擴展的。換言之，為了設(shè)計用于一個礦井或其它復(fù)雜設(shè)施的控制系統(tǒng)而執(zhí)行的開發(fā)工作很少能被在另一礦井或其它復(fù)雜設(shè)施的控制系統(tǒng)設(shè)計中再度使用。類似地，如果礦井發(fā)展，附加的控制系統(tǒng)必須也單獨地設(shè)計和部署。

第三，當(dāng)前的定制途徑需要技術(shù)人員在控制系統(tǒng)的部署期間和之后在場以便維護和維修。然而，由于地下礦井的典型地偏遠的自然環(huán)境，技術(shù)人員一般是缺乏的且將技術(shù)人員部署在這樣的偏遠區(qū)域中通常是昂貴的。

第四，由于地下礦井運行的惡劣的自然環(huán)境(例如，重型車輛在緊密的空間中行進)，對于車輛或機器來說損毀控制系統(tǒng)并非不常見。當(dāng)發(fā)生這樣的碰撞并且控制系統(tǒng)被嚴(yán)重地?fù)p毀時，一般需要維修或者甚至替換整個控制系統(tǒng)。然而，因為機柜是定制制造且定制裝配的，損毀的控制系統(tǒng)的更換耗費時間和技術(shù)人員的再次出現(xiàn)。

因此，鑒于以上內(nèi)容，存在對地下礦井及其它復(fù)雜環(huán)境中的控制器及控制系統(tǒng)的設(shè)計和部署中不同的途徑的需要，該不同的途徑將至少減輕現(xiàn)有定制途徑的一些缺點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

要設(shè)計和部署用于地下礦井和其它復(fù)雜環(huán)境中設(shè)備的控制器和控制系統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)定制途徑的缺點一般地通過模塊化控制系統(tǒng)來減輕，其中模塊化控制系統(tǒng)被預(yù)編程并預(yù)配置以支持一系列設(shè)備。

根據(jù)本發(fā)明的原理，模塊化控制系統(tǒng)被預(yù)編程并預(yù)配置以支持一系列復(fù)雜環(huán)境設(shè)備，選自電力、通信、監(jiān)測、照明、通風(fēng)和/或其它服務(wù)系統(tǒng)的組，系統(tǒng)包括用于為系統(tǒng)的電氣和電子部件提供物理和環(huán)境保護的標(biāo)準(zhǔn)機柜、主處理單元、存儲單元、通信接口單元、設(shè)備接口單元和用戶接口單元。

根據(jù)本發(fā)明的原理，公開使用模塊化控制系統(tǒng)的方法。該方法典型地包括以下步驟：

a、激活控制系統(tǒng)；

b、檢測所有連接到控制系統(tǒng)的設(shè)備；

c、通過通信接口單元取回設(shè)備的運行參數(shù)；以及

d、將運行參數(shù)傳輸?shù)皆O(shè)備。

根據(jù)本發(fā)明的原理，使用模塊化控制系統(tǒng)的方法可進一步包括以下步驟：

a、通過斷開連接到機柜的所有線纜來替換故障或損毀的控制系統(tǒng)；

b、從壁上移除或卸下故障或損毀的控制系統(tǒng)；

c、安裝新的控制系統(tǒng)；

d、重新連接所有斷開的線纜；以及

e、通過控制系統(tǒng)屏幕激活控制系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明的原理，模塊化的控制系統(tǒng)一般地包括標(biāo)準(zhǔn)機柜，控制系統(tǒng)的所有的各種電氣和電子部件都位于該標(biāo)準(zhǔn)機柜中。

控制系統(tǒng)一般地包括主處理單元、存儲單元、數(shù)個通信接口單元、數(shù)個設(shè)備接口單元以及用戶接口單元，其中主處理單元一般是以計算機或類似的處理平臺的形式。

在根據(jù)本發(fā)明的原理的模塊化控制系統(tǒng)的典型但非限制性的實施例中，控制系統(tǒng)的通信接口單元包括至少一個網(wǎng)絡(luò)接口單元和至少本地通信單元，其中網(wǎng)絡(luò)接口單元被配置為使用礦井或其它復(fù)雜環(huán)境中部署的有線或無線網(wǎng)絡(luò)來通信，本地通信單元被配置為使用外部裝置或設(shè)備來通信。

在根據(jù)本發(fā)明的原理的模塊化控制系統(tǒng)的典型但非限制性的實施例中，控制系統(tǒng)的設(shè)備接口單元包括至少一個控制接口單元(例如繼電器)和至少一個傳感接口單元。所述至少一個控制接口單元被配置成連接到諸如風(fēng)機(fan)或減震器(damper)的可控制礦井設(shè)備。就其本身而言，所述至少一個傳感接口單元被配置成連接到本地或遠程傳感器以收集地下礦井或其它復(fù)雜環(huán)境的環(huán)境數(shù)據(jù)。

用戶接口單元一般地被配置成允許運行者或其他人員為一個或多個設(shè)備輸入運行參數(shù)和/或從控制系統(tǒng)取回數(shù)據(jù)(例如運行狀態(tài)、環(huán)境數(shù)據(jù)、錯誤碼等)。

根據(jù)本發(fā)明的原理，主處理單元和/或存儲單元預(yù)加載有所有運行程序和控制算法以及控制系統(tǒng)用于控制、接口各種設(shè)備和/或以其它方式與各種設(shè)備通信所必需的所有設(shè)備驅(qū)動，其中所述各種設(shè)備部署在礦井或其它復(fù)雜環(huán)境中并且可連接到控制系統(tǒng)。在這種意義上，處理單元將一般自動地檢測控制和傳感接口單元被連接到哪些設(shè)備。

此外，根據(jù)本發(fā)明的原理，包括在控制系統(tǒng)內(nèi)并且位于其機柜中的所有單元一般是標(biāo)準(zhǔn)的，并且由此在例如單元故障的情況下是可交換替換單元的。

通過使用模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化的途徑以控制各種設(shè)備，根據(jù)本發(fā)明的原理的模塊化控制系統(tǒng)一般地減輕了現(xiàn)有技術(shù)定制途徑的數(shù)個缺點。例如，因為所有控制系統(tǒng)實質(zhì)上是相同的，在裝配期間可以迅速地部署它們并且在事故或故障情況下可以迅速替換它們。此外，因為控制系統(tǒng)已經(jīng)被預(yù)編程和預(yù)配置以控制和/或接口一系列礦井設(shè)備，所以在開發(fā)期間和用于維護時控制系統(tǒng)的裝配不需要技術(shù)人員。

根據(jù)對所描述的例示性實施例的理解，本發(fā)明的其它和進一步的方面和優(yōu)點將是顯然的，或者本發(fā)明的其它和進一步的方面和優(yōu)點將在所附權(quán)利要求中被表明，一旦在實踐中采用本發(fā)明，本文未提及的各種優(yōu)點就會顯現(xiàn)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。

附圖說明

本發(fā)明的上述的和其它的方面、特征及優(yōu)點將從以下描述變得更加顯而易見，參考以下附圖：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的原理的控制系統(tǒng)的實施例的正視圖。

圖2是圖1的控制系統(tǒng)的右側(cè)視圖。

圖3是圖1的控制系統(tǒng)的左側(cè)視圖。

圖4是圖1的控制系統(tǒng)的部件的示意圖。

圖5是與地下礦井的基礎(chǔ)設(shè)施相關(guān)的圖1的控制系統(tǒng)的示意圖。

圖6A到6C是根據(jù)本發(fā)明的原理的擴展板的實施例的正視圖。

圖7是根據(jù)本發(fā)明的原理的控制系統(tǒng)的實施例的示例性裝配的示意圖。

圖8是具有變頻驅(qū)動的控制系統(tǒng)的實施例的示例性裝配的示意圖。

具體實施方式

下文將描述用于礦井和其它設(shè)備的新穎的模塊化控制系統(tǒng)。盡管依據(jù)特定的例示性實施例描述本發(fā)明，應(yīng)理解的是，本文所描述的實施例僅通過示例的方式并且本發(fā)明的范圍不旨在由此受限。

首先參考圖1到3，模塊化控制系統(tǒng)的實施例以10示出?？刂葡到y(tǒng)10包括為系統(tǒng)10的部件200(見圖4)提供物理和環(huán)境保護的機柜100。模塊化控制系統(tǒng)10一般配置為被部署在地下礦井或其它復(fù)雜環(huán)境中并且連接到諸如風(fēng)機、減震器、調(diào)節(jié)器、傳感器等的各種設(shè)備410和420(見圖5)以控制和/或接口這些設(shè)備。模塊化控制系統(tǒng)10一般也配置為被連接到礦井或其它復(fù)雜環(huán)境中部署的有線或無線通信網(wǎng)絡(luò)，以從運行中心(未示出)的主控制器430接收新的或更新的控制指令和/或運行參數(shù)并且將設(shè)備運行數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸回到主控制器430(見圖5)。

機柜100一般包括外殼110和進入門120以及到設(shè)備和/或安裝至其的傳感器的外圍連接。在本實施例中，機柜100一般由金屬材料(例如不銹鋼)制成以承受地下礦井或其它復(fù)雜環(huán)境的惡劣環(huán)境。在這種意義上，當(dāng)關(guān)閉時，門120一般與外殼110形成緊密密封以防止灰塵或其它污染物進入機柜100。設(shè)置的緊密密封是NEMA4型。

如圖1到3中示出的，機柜100被進一步安裝到包括一個或多個安裝開口132的安裝板130。在本實施例中，安裝板130由金屬材料(例如鋁)制成。安裝板130允許機柜100使用標(biāo)準(zhǔn)緊固件(例如掛鉤、螺釘、螺栓、鐵索、綁帶等)容易地安裝到礦井中隧道的壁或其它適當(dāng)?shù)奈恢?。在這種意義上，在地下礦井中，隧道的壁通常覆蓋有金屬網(wǎng)(用巖石螺栓固定)以防止巖石掉落。安裝板130由此能夠被容易地安裝到這種網(wǎng)。

現(xiàn)在參考圖4，控制系統(tǒng)10的部件以200示意性示出。

控制系統(tǒng)10的部件200一般包括主處理單元210和連接至主處理單元210的一個或多個存儲單元220、數(shù)個通信接口單元230和240、數(shù)個設(shè)備接口單元250和260以及用戶接口單元270。

在本實施例中，主處理單元210一般體現(xiàn)為計算機或類似的處理平臺。在其它實施例中，主處理單元210可以體現(xiàn)為微控制器、可編程集成電路(例如PLC)或者定制集成電路(例如ASIC)。

在本實施例中，主處理單元210和/或存儲單元220預(yù)加載有所有必需的運行程序、控制算法和設(shè)備驅(qū)動(即，用于與特定設(shè)備通信的接口程序)使得控制系統(tǒng)10在裝配時需要最小限度的定制或不需要定制。如果必要，這些運行程序、控制算法和設(shè)備驅(qū)動可以本地或遠程更新。

控制系統(tǒng)10包括兩種類型的通信接口單元，網(wǎng)絡(luò)接口單元230和本地通信單元240。

網(wǎng)絡(luò)接口單元230被配置為與地下礦井或其它復(fù)雜環(huán)境中可部署的各種類型的網(wǎng)絡(luò)通信。例如，網(wǎng)絡(luò)接口單元230可包括無線網(wǎng)絡(luò)接口單元232(例如漏饋網(wǎng)絡(luò))、光網(wǎng)絡(luò)接口單元234(例如以太網(wǎng)光纖光網(wǎng)絡(luò))、有線網(wǎng)絡(luò)接口單元236(例如以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò))等。盡管控制系統(tǒng)10可包括更多或更少的網(wǎng)絡(luò)接口單元230，在本實施例中，控制系統(tǒng)10包括用于地下礦井或其它復(fù)雜環(huán)境中最通常部署的網(wǎng)絡(luò)中的每個的網(wǎng)絡(luò)接口單元230。尤其是，模塊化控制系統(tǒng)10一般足夠通用以在受限的或沒有定制的情況下被部署。

可理解地，取決于包括在控制系統(tǒng)10中的網(wǎng)絡(luò)接口單元230，控制系統(tǒng)10的機柜100的外殼120會包括必需的端口(一個或多個)122(見圖2和3)以容納線纜或天線從而允許控制系統(tǒng)10被正確地連接到礦井或其它復(fù)雜環(huán)境中部署的網(wǎng)絡(luò)(一個或多個)。

就它們本身而言，本地通信接口單元240一般配置成與相對靠近控制系統(tǒng)的裝置和/或設(shè)備通信。

在本實施例中，本地通信單元接口240包括至少一個RS-485通信接口。

RS-485通信接口許可到諸如用于馬達起動器的智能繼電器和用于風(fēng)機馬達的變頻驅(qū)動的其它智能的本地控制裝置的數(shù)據(jù)交互。

類似于通信接口單元，設(shè)備接口單元也包括兩種類型的接口單元，控制接口單元250和傳感接口單元260。

控制接口單元250被配置為控制它們所連接到的設(shè)備。在本實施例中，設(shè)備更具體地是通風(fēng)設(shè)備，通風(fēng)設(shè)備諸如但不限于風(fēng)機(開關(guān)或可變)、減震器、氣流調(diào)節(jié)器、門等。

為維護控制系統(tǒng)10的模塊性，不同的控制接口單元250的數(shù)量一般受限。例如，控制系統(tǒng)10可包括配置為提供開關(guān)控制(例如控制開關(guān)風(fēng)機)的三個控制接口單元252以及配置為提供模塊化控制(例如控制變頻驅(qū)動風(fēng)機、可調(diào)整調(diào)節(jié)器等)的兩個控制接口單元254(同樣見圖5)。

傳感接口單元260被配置為連接到礦井或其它復(fù)雜環(huán)境中部署的各種傳感器(同樣見圖5)。

由于地下礦井封閉的自然環(huán)境，通風(fēng)是地下礦井運行的重要方面(如果不是決定性的方面)。這在諸如制藥和核環(huán)境的其它復(fù)雜環(huán)境中也是正確的。在本實施例中，如上文指出的，控制接口單元250被具體地配置成連接到通風(fēng)設(shè)備。類似地，在本實施例中，傳感接口單元260被具體地配置成連接到環(huán)境控制器，諸如但不限于溫度傳感器(一個或多個)、濕度傳感器(一個或多個)、氣體傳感器(一個或多個)、氣流測量站(一個或多個)、風(fēng)機靜態(tài)壓力傳感器(一個或多個)等。

可理解地，通過允許控制系統(tǒng)10連接到數(shù)個環(huán)境傳感器，控制系統(tǒng)10可以收集這些環(huán)境數(shù)據(jù)并將這些環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸回到運行中心的主控制器430，在運行中心可以執(zhí)行通風(fēng)調(diào)整以維護礦井或其它復(fù)雜環(huán)境中的合適的通風(fēng)水平。

在本實施例中，如圖1到3所示，傳感接口單元260可連接到的氣體傳感器中的一些可被直接地但可移除地安裝到機柜100或者更具體地到外殼120。通過是可移除的，氣體傳感器140可以容易地被移除以及由相同的或另一個氣體傳感器140替代。

在本實施例中，組件200的大部分被可移除地安裝在機柜100內(nèi)。結(jié)果，有缺陷的或損毀的單元可以被移除或者由另一個單元替代。因為所有控制系統(tǒng)10本質(zhì)上是相同的，為所有控制系統(tǒng)10只需要維護小庫存的替換單元。

可理解地，為了維護控制系統(tǒng)10的模塊化和相對標(biāo)準(zhǔn)化，控制系統(tǒng)10連接到的設(shè)備可以被遠程地連接。因此，對于需要被控制或接口的附加的設(shè)備，為僅僅這些附加設(shè)備裝配又一個控制系統(tǒng)10會是浪費的。為了使這樣的浪費的裝配最小化，控制系統(tǒng)10可以連接到網(wǎng)絡(luò)擴展板300。該擴展板300一般配置為容納附加的控制接口單元250(見圖6)、附加的傳感接口單元260(見圖6A)和/或附加的電力供應(yīng)單元280(見圖6C)。可理解地，這些附加的控制接口單元250、附加的接口單元260和/或附加的電力供應(yīng)單元280能夠用于控制、接口附加設(shè)備和/或為附加設(shè)備供能而不需要完整的控制系統(tǒng)10。

在本實施例中，擴展板300由金屬材料(例如鋁)制成并且包括安裝開口320，如同安裝板300。同樣的，擴展板300一般設(shè)置有預(yù)定陣列的緊固件容納開口(未示出)，配置為容納附加的控制接口單元250、附加的接口單元260和/或附加的電力供應(yīng)單元280。

再次參考圖1，如上文提到的，控制系統(tǒng)10還包括用戶接口單元270。在本實施例中，用戶接口單元270是位于門120外側(cè)的屏幕272(例如觸屏)以便于對運行者和其他礦井人員是容易訪問的。

在本實施例中，用戶接口單元270的屏幕272允許運行者和其他人員去修改一個或多個可控制設(shè)備的運行參數(shù)和/或取回連接到控制系統(tǒng)10的各種設(shè)備的運行數(shù)據(jù)以及由連接到控制系統(tǒng)10的各種傳感器捕獲的環(huán)境數(shù)據(jù)。在控制系統(tǒng)10的正常運行期間，屏幕272將一般地顯示最新的設(shè)備運行數(shù)據(jù)和相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)(例如有毒氣體水平)以便于對每個人員是容易訪問以便快速瀏覽的。

正如圖1和4中可看到的，控制系統(tǒng)10還包括運行狀態(tài)單元290，該運行狀態(tài)單元290包括一個或多個顏色編碼燈。在本實施例中，運行狀態(tài)單元290包括一個能生成三種不同顏色(即，綠色、黃色和紅色)的燈292?？衫斫獾?，在其它實施例中，光的數(shù)量、顏色的數(shù)量和/或顏色的選擇可不同。

如圖1中所示，在本實施例中，燈292位于門120上以便被位于控制系統(tǒng)10附近的人員容易地看見。連接到主處理單元210的燈292將持續(xù)地或根據(jù)預(yù)定的閃爍順序生成不同的顏色以標(biāo)示控制系統(tǒng)10自身或連接到控制系統(tǒng)10的任何設(shè)備的運行狀態(tài)?？衫斫獾兀?dāng)燈292標(biāo)示在控制系統(tǒng)10中已檢測到問題或利用任何設(shè)備檢測到問題，關(guān)于所診斷的問題的附加的信息可顯示在用戶接口單元270的屏幕272上。

即使燈292的顏色和閃爍順序的組合可以如期望的復(fù)雜以標(biāo)示控制系統(tǒng)10和連接到控制系統(tǒng)10的設(shè)備的各種運行狀態(tài)，但一般有利的是將顏色和閃爍順序的組合的數(shù)量保持為小。例如，在本實施例中，處理單元210被編程以控制燈292以便顯示標(biāo)示四種運行狀態(tài)的顏色和閃爍順序的四個組合。

當(dāng)控制系統(tǒng)10和所有連接到控制系統(tǒng)10的設(shè)備正常地運行，燈292生成持續(xù)的綠色光。當(dāng)至少一個測量值(例如設(shè)備運行數(shù)據(jù)或環(huán)境數(shù)據(jù))在預(yù)定范圍之外，燈292將生成持續(xù)的黃色光。當(dāng)風(fēng)機運行在其高壓風(fēng)機曲線區(qū)域中，燈292將生成閃爍的黃色光。最后，當(dāng)存在系統(tǒng)問題，燈292將生成持續(xù)的紅色光。

使用中，數(shù)個控制系統(tǒng)10將被部署并裝配得遍及地下礦井或其它復(fù)雜環(huán)境并且連接到它們需要控制的各種設(shè)備(例如風(fēng)機、減震器等)和/或接口的各種設(shè)備(例如傳感器)。通過部署得遍及礦井或其它復(fù)雜環(huán)境的有線網(wǎng)絡(luò)(例如光網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)等)或無線網(wǎng)絡(luò)(漏饋網(wǎng)絡(luò))之一，控制系統(tǒng)10自身將被連接到礦井或其它復(fù)雜環(huán)境運行中心的主控制器430。

各種控制系統(tǒng)10通過它們到運行中心的主控制器430的連接，將接收用于處于它們各自的控制之下的各種可控制設(shè)備的運行參數(shù)。同樣的，控制系統(tǒng)10將把運行數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)送到運行中心的主控制器430使得主控制器430能夠更新或調(diào)整可控制設(shè)備中的每個的運行參數(shù)。由控制系統(tǒng)10傳輸?shù)倪\行數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)也可由在運行中心的人員瀏覽以確定礦井和其它復(fù)雜環(huán)境的一般運行和環(huán)境狀態(tài)。

可理解地，因為所有控制系統(tǒng)10實質(zhì)上是相同的。萬一一個控制系統(tǒng)10被例如經(jīng)過的車輛損毀，可由礦井人員相對迅速且容易地完成損毀的控制系統(tǒng)10的替換。

為替換故障或損毀的控制系統(tǒng)10，人員只需要斷開連接到機柜100的所有線纜以及(如果有的話)所有氣體傳感器140、從壁(或其它安裝位置)上移除或卸下故障或損毀的控制系統(tǒng)10、安裝新的控制系統(tǒng)10、重新連接所有線纜以及(如果有的話)氣體傳感器140并通過屏幕272激活控制系統(tǒng)10。

一經(jīng)激活控制系統(tǒng)10，處理單元210將檢測連接到控制系統(tǒng)10的所有設(shè)備、(通過網(wǎng)絡(luò))從運行中心的主控制器430取回可控制礦井設(shè)備的運行參數(shù)，并且將運行參數(shù)傳輸?shù)娇煽刂圃O(shè)備。

通過是模塊化的且實質(zhì)上相同，根據(jù)本發(fā)明的原理的控制系統(tǒng)10廣泛地減輕了現(xiàn)有技術(shù)定制途徑的數(shù)個缺點。例如，因為所有控制系統(tǒng)10實質(zhì)相同，被預(yù)配置且預(yù)加載以控制和接口相同的設(shè)備，所以控制系統(tǒng)10能夠被容易且迅速地部署在地下礦井或其它復(fù)雜環(huán)境中，控制系統(tǒng)10的部署可以被規(guī)?；?scaled)(添加控制系統(tǒng)10是相對簡單的)，控制系統(tǒng)10的部署可由不太熟練的人員完成，并且在缺陷或事故的情況下控制系統(tǒng)10中的每一個都可以容易且迅速地被替換。

根據(jù)實施例，控制系統(tǒng)10被預(yù)編程。控制系統(tǒng)準(zhǔn)備好用于礦井中的實時控制和優(yōu)化。對于特定用處的全部所需是控制系統(tǒng)的參數(shù)化，如下文所述。控制系統(tǒng)與使用開放式連接(OPC)的現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施接口。該控制技術(shù)被集成進通風(fēng)設(shè)計中，該通風(fēng)設(shè)計通過現(xiàn)有的通信結(jié)構(gòu)直接地連接到可編程邏輯控制器(PLC)、變頻驅(qū)動(VFD)、致動器(actuator)、起動器和其它可控制裝置。一旦通信被建立，控制系統(tǒng)維護用于設(shè)備的給定件的全部控制信息，不管其位置如何。根據(jù)一個實施例，控制系統(tǒng)也向PLC提供了失效安全設(shè)置點。使用動態(tài)鏈接，隨著添加或移除通風(fēng)設(shè)備，變更處理控制是由通風(fēng)人員執(zhí)行的配置改變。改變不需要用于控制或人機接口的編程。

根據(jù)一個實施例，控制系統(tǒng)被預(yù)編程以允許數(shù)個控制水平。例如，第一水平控制包括通過輸入?yún)?shù)致動的手動和比率控制。第二水平控制包括事件和調(diào)度控制。第三水平控制包括使用設(shè)置點的流量和氣體濃度控制，該設(shè)置點由在控制調(diào)度中使用特定事件的運行者輸入。第四水平是根據(jù)動態(tài)追蹤(VOD)的流量控制，以及氣體濃度控制。此外，控制系統(tǒng)可包括第五水平，該第五水平包括優(yōu)化和先進控制，諸如復(fù)雜環(huán)境氣流分布、表面風(fēng)機速度和總質(zhì)量流量控制。

根據(jù)示例性實施例，控制系統(tǒng)被預(yù)編程以允許通過HMI的參數(shù)配置輸入來定義監(jiān)測、控制和選項。在優(yōu)選實施例中，對于應(yīng)用來說不需要控制編程，所有控制都是預(yù)編程的。類似的，用戶不需要HMI編程，所有HMI功能都是預(yù)編程的。接入HMI可以是通過導(dǎo)線、光纖或Wifi。每個控制裝置應(yīng)該在每個模型中包括相同的代碼，該代碼用于所有控制系統(tǒng)的應(yīng)用配置和選項且獨立于控制系統(tǒng)的應(yīng)用配置和選項。同樣的，控制系統(tǒng)允許通過到PLC的USB密鑰連接的自動的代碼升級。

根據(jù)一個實施例，控制系統(tǒng)是具有預(yù)接線連接的快速部署和裝配。各種通信選項諸如有線以太網(wǎng)、光纖以太網(wǎng)、Wifi和漏饋、到控制表面軟件的接口。到控制系統(tǒng)或第三方Scada或PLC系統(tǒng)的Modbus RTU(RS-485)或TCP接口對于用戶也是可用的。

根據(jù)一個實施例，控制系統(tǒng)允許在控制或顯示接口不需要編程的情況下監(jiān)測和控制。在典型的實施例中，只需要通過用戶接口的配置處理。這樣，系統(tǒng)的配置可典型地僅僅由通過用戶接口的參數(shù)值的輸入來實現(xiàn)?？刂葡到y(tǒng)測量溫度、濕度和流速?？刂葡到y(tǒng)可以用4-20mA輸入連接器從其它控制或監(jiān)測單元接受最多達兩個的流速測量。傳感器也可以分開設(shè)置。這樣，控制系統(tǒng)可以用4-20mA輸入連接器接受最多達兩個的風(fēng)機靜態(tài)壓力測量。此外，控制系統(tǒng)可在單元上局部地測量最多達三種的氣體。通過附加的連接，附加的遠程氣體測量也是可能的。控制系統(tǒng)可由用于遠程I/O的許多附加和用于氣體傳感的附加的遠程附件來補充。同樣的，在優(yōu)選實施例中，傳感器和控制不需要場線終止。傳感器和控制用到單元的線纜和連接器接口到控制系統(tǒng)。單元也可以是準(zhǔn)備好具有Modbus TCP通信容量的以太網(wǎng)?？刂葡到y(tǒng)的用戶可以經(jīng)由彩色觸屏或經(jīng)由通過以太網(wǎng)的網(wǎng)頁訪問來接口單元。每個控制系統(tǒng)都可包括CANopen(M12連接器)、24VDC(M8連接器)和信號線纜(M8連接器)，其中信號線纜以特定的長度預(yù)制造，有連接器在兩個端部。信號線纜也可以以指定的長度預(yù)制造，有M8連接器在兩個端部。

根據(jù)一個實施例，控制系統(tǒng)可具有預(yù)編程的VFD、減震器、門和調(diào)節(jié)器控制以及相關(guān)的HMI。相應(yīng)地，控制系統(tǒng)可允許手動控制、[0-100]％速度或開口、運行者的設(shè)置點、調(diào)度或低、中、和高的預(yù)編程的速度。其它控制功能包括定時器控制、調(diào)度(即，每個控制器、模式和設(shè)置點、每天10次改變)以及流量和氣體控制，諸如運行者或調(diào)度的流量設(shè)置點。這樣的控制功能進一步集成有高警報(high alarm)和高高警報，伴隨對振動、風(fēng)機馬達溫度、風(fēng)機停止檢測的配置行動?？刂葡到y(tǒng)可根據(jù)一個實施例控制最多達9種氣體。也可以通過運動檢測使風(fēng)機起動器或調(diào)節(jié)器控制行動。

根據(jù)一個實施例，控制系統(tǒng)可具有開關(guān)風(fēng)機控制和相關(guān)的HMI。相應(yīng)地，控制系統(tǒng)可允許手動控制、“開始-停止”、運行者或調(diào)度的設(shè)置點、時間控制、調(diào)度(即每個控制器每天10次改變)，進一步集成有高警報和高高警報，伴隨對振動、風(fēng)機馬達溫度、風(fēng)機停止檢測和氣體閾值開始風(fēng)機的配置行動。

根據(jù)示例性實施例，控制系統(tǒng)的通信可以通過：

·站上的三個有線以太網(wǎng)端口(到PLC或SCADA的LAN連接或Modbus TCP協(xié)議)

·可選擇的光纖光以太網(wǎng)連接

·兩個RS-485端口(Modbus RTU協(xié)議)

·用于速度或流量測量的4-20mA輸出

·漏饋選項

·控制系統(tǒng)表面軟件連接選項

根據(jù)示例性實施例，連接到控制系統(tǒng)的測量可以是：

·干球溫度

·相對濕度

·計算的濕球溫度

·計算的露點溫度

·兩個流速傳感器連接(傳感器可選)

i.渦流型

ii.“飛行時間”型

iii.第三方空氣流速傳感器

·兩個風(fēng)機靜態(tài)壓力傳感器連接(傳感器可選)

·在控制系統(tǒng)的位置處的可選的氣體測量(最多達3個傳感器)

根據(jù)示例性實施例，遠程I/O選項可包括：

·使用遠程附件的遠程氣體測量(最多達

·用于調(diào)節(jié)器、減震器或門控制的遠程I/O模塊(最多達2個)

·用于開關(guān)起動器的遠程I/O模塊(最多達3個)

·遠程風(fēng)機模擬和數(shù)字I/O模塊(最多達2個)

根據(jù)實施例，用很少的技術(shù)知識實現(xiàn)系統(tǒng)的安裝。使用緊固件將系統(tǒng)部件固定到壁或者安裝在復(fù)雜環(huán)境的建筑支撐上。然后用兩個端部都有識別的預(yù)識別且預(yù)測量的導(dǎo)線連接部件。部件上的連接也用與導(dǎo)線連接器相同的識別碼來識別，簡化作為整體的系統(tǒng)的連接。另外聲明的是，裝配者一般只需要基本技巧而不需要電或計算機技巧。在用于復(fù)雜環(huán)境中的裝配的預(yù)先布置的計劃中示出部件和導(dǎo)線以允許運行者用“即插即用”的方式安裝控制系統(tǒng)。連接器將只是控制系統(tǒng)機柜上它們的指定連接器的補充，因此使錯連接的可能性最小化。一旦所有部件、模塊和傳感器互連(有線或無線)，運行者在控制系統(tǒng)顯示面板上輸入需要的參數(shù)?？商鎿Q地，參數(shù)可使用控制系統(tǒng)機柜主IP地址通過網(wǎng)絡(luò)遠程地通信。在控制系統(tǒng)的運行期間，可使用手動、調(diào)度或遠程控制之一來改變或維護參數(shù)。此外，控制系統(tǒng)可以包括一個或多個廣告牌用于向工作者顯示信息。廣告牌也可用來顯示緊急訊息。

現(xiàn)在參考圖7，示出了根據(jù)本發(fā)明的原理的控制系統(tǒng)的實施例的示例性裝配的示意圖?？刂葡到y(tǒng)10連接到與開關(guān)風(fēng)機起動器530、532和534連接的風(fēng)機數(shù)字遠程I/O 520、522和524。風(fēng)機起動器530、532和534分別地連接到位于平硐(drift)部分內(nèi)側(cè)的風(fēng)機540、542和544。風(fēng)機540、542和544根據(jù)輸入?yún)?shù)和傳感器572的各種讀取將氣流(560到569)導(dǎo)向到它們各自的采礦區(qū)550、552和554，其中輸入?yún)?shù)在控制系統(tǒng)10中輸入，傳感器572連接到與控制系統(tǒng)10連接(有線或無線)的氣體遠程部件570自身。除了氣體傳感器572，空氣速度和流量傳感器580也用在參數(shù)中，用于確定為維護期望水平所需要的風(fēng)機540、542和544的活動水平?？刂葡到y(tǒng)10也運行地連接到控制平硐中的氣流的遠程調(diào)節(jié)器590。此外，控制系統(tǒng)10連接到表面通信裝置510，該表面通信裝置510鏈接控制系統(tǒng)10和復(fù)雜裝配的控制中心。該連接可以是有線以太網(wǎng)、光纖或漏饋。

現(xiàn)在參考圖8，圖8是示出了具有變頻驅(qū)動(VFD)的控制系統(tǒng)的實施例的示例性裝配的示意圖?？刂葡到y(tǒng)10連接到風(fēng)機模擬數(shù)字遠程I/O 610、612，各自連接到風(fēng)機620、622?？刂葡到y(tǒng)10運行地連接到VFD 650、652，VFD 650、652連接到分別地位于進氣豎井(shaft)680和排氣豎井670中的風(fēng)機1 660、662。使用控制系統(tǒng)中的輸入?yún)?shù)以及空氣速度和流量傳感器640、642和風(fēng)機靜態(tài)壓力傳感器630、632的監(jiān)測值來致動VFD 650和652并且VFD 650和652運行地連接到控制系統(tǒng)10，其中空氣速度和流量傳感器640、642分別地位于進氣豎井680和排氣豎井670中，風(fēng)機靜態(tài)壓力傳感器630、632也分別地位于進氣豎井680和排氣豎井670中。

盡管上文中已詳細描述了本發(fā)名的例示性和目前地優(yōu)選實施例，應(yīng)理解的是發(fā)明構(gòu)思可以其它方式不同地體現(xiàn)和部署，并且所附權(quán)利要求旨在被解釋為包括這樣的變化，除了受限于現(xiàn)有技術(shù)。