本发明涉及一种新型电缆工井实时智能监控故障预警装置。
背景技术：
电缆工井清扫、故障修复时的下井接头制作、认线等诸多工作都是电力电缆运检班日常检修工作的一部分，均需要井下作业。但由于电缆工井长期封闭，井下存在大量的有毒、有害、易爆等诸多气体，严重威胁了作业人员的生命安全，因此下井前需要进行长时间的通风处理(直至井下气体符合井下工作安全规程的要求)，然后使用气体检测仪检测井下气体合格后，作业人员方可下井开展作业。
传统作业流程为：作业人员井下作业时，需携带照明灯具，通风系统应保持常开，作业一小时后，需重新测定井下气体合格后，方可继续进行作业。这其中存在的问题是：1)井下工作时，作业人员携带头挂式照明灯具，由于电池容量有限，长时间作业时续航能力弱，并且照明的亮度有时很难满足安全规程要求；2)井下有毒、有害、易爆气体无法进行实时检测，有时作业人员会忽略规程规定的一小时测定一次气体的要求，尤其是在作业点附近有垃圾站、燃气管道等危险源时，无法保证井下气体能长时间满足安全作业要求，严重威胁到了作业人员的生命安全；3)风机的叶片越大，风量越大；风机的转速越快，噪声越大，风量越大，风机在井下作业时是需要保持常开的，但由于鼓风机一般选择的是不可调速的交流电动机，当井下作业人员正在工作，新产生的有毒有害气体突然超标时，无法快速将有毒有害气体排除，以达到最大限度的保证作业人员生命安全。
因此为了解决以上传统作业中遇到的问题，我们群创小组集思广益，共同开发一套“应用于工井内集照明、有毒有害气体实时监测及通风一体化便携式装置”，在解决了以上难题的同时，也增加更多的功能，在保证顺利完成工作的同时，也大大增加了作业人员的安全系数。
技术实现要素：
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种新型电缆工井实时智能监控故障预警装置，实现工井内照明、有毒有害气体实时监测以及通风一体化，在保证顺利完成工作的同时，也大大增加了作业人员的安全系数。
实现上述目的的技术方案是：一种新型电缆工井实时智能监控故障预警装置，包括井下监控装置、轴流风机、调速器和井上接收电脑，其中：
所述井下监控装置包括壳体、单片机、照明灯、气体传感器、温湿度传感器、液晶显示屏、无线模块和声光报警器；所述单片机和无线模块分别安装在所述壳体内；所述照明灯安装在所述壳体的顶端；所述气体传感器、温湿度传感器、液晶显示屏和声光报警器分别嵌入在所述壳体的侧壁上；
所述照明灯、气体传感器、温湿度传感器、液晶显示屏、无线模块和声光报警器分别与所述单片机相连；
所述调速器与所述轴流风机相连；
所述调速器通过所述无线模块与所述单片机进行无线通讯；
所述井上接收电脑通过所述无线模块与所述单片机进行无线通讯。
上述的一种新型电缆工井实时智能监控故障预警装置，其中，所述轴流风机安装在电缆工井的井口的一旁，对井内吹风，将井外新鲜空气与井内有毒有害气体进行交换；
所述井下监控装置放入在电缆工井中，所述气体传感器进行井内气体检测，检查井内有毒有害气体是否超标，并将井内气体检测数据传输给所述单片机；
若井内有毒有害气体含量正常，所述单片机通过所述无线模块将井内气体检测数据实时传输到所述井上接收电脑，便于井上监护人员的查看，所述轴流风机保持正常转速；
若井内有毒有害气体含量超标，所述单片机控制所述声光报警器进行声光报警，且所述单片机通过所述无线模块将井内气体检测数据实时传输到所述井上接收电脑，所述井上接收电脑同时进行声光报警，井上监护人员通过所述井上接收电脑可快速组织井下作业人员快速撤离；同时所述单片机发出增加转速信号，并通过所述无线模块将增加转速信号传输给所述调速器，所述调速器控制所述轴流风机增加转速，将井下有毒有害气体快速排除；
所述温湿度传感器进行井内湿度含量检测，并将井内湿度含量检测数据传输给所述单片机，若井内湿度含量检测数据超标，无法满足电缆接头制作要求时，所述单片机发出增加转速信号，并通过所述无线模块将增加转速信号传输给所述调速器，所述调速器控制所述轴流风机增加转速，加快井下空气流通，降低湿度含量；
所述单片机将接收的井内气体检测数据和井内湿度含量检测数据传输给所述液晶显示屏进行显示。
上述的一种新型电缆工井实时智能监控故障预警装置，其中，所述照明灯采用免维护防爆灯；所述无线模块采用fsk数字调频技术。
上述的一种新型电缆工井实时智能监控故障预警装置，其中，所述气体传感器包括o2检测模块、h2s检测模块、co检测模块和ch4检测模块，所述o2检测模块实时检测井内的o2浓度；所述h2s检测模块实时检测井内的h2s浓度；所述co检测模块实时检测井内的co浓度；所述ch4检测模块实时检测井内的ch4浓度。
上述的一种新型电缆工井实时智能监控故障预警装置，其中，所述温湿度传感器进行井内温度检测，并将井内温度检测数据传输给所述单片机，所述单片机将接收的井内温度检测数据传输给所述液晶显示屏进行显示，且所述单片机通过所述无线模块将井内温度检测数据实时传输到所述井上接收电脑。
本发明的新型电缆工井实时智能监控故障预警装置，实现了工井下照明、有毒有害气体的实时智能监测以及通风一体化的设计；采用直流12v电压供电，保证了照明的持续性和亮度要求；实现了井下有毒有害气体的实时智能监测，同时将监测的数据实时发送到地面，便于工作负责人的查看与监护；通风系统的一体化设计，实现了鼓风机的自动智能调速，可最短时间内完成有毒有害气体的排除，保证作业人员的安全。
附图说明
图1为本发明的新型电缆工井实时智能监控故障预警装置的结构框图；
图2为本发明的新型电缆工井实时智能监控故障预警装置的使用状态图；
图3为本发明的新型电缆工井实时智能监控故障预警装置的逻辑流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的技术人员能更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对其具体实施方式进行详细地说明：
请参阅图1和图2，本发明的最佳实施例，一种新型电缆工井实时智能监控故障预警装置，包括井下监控装置1、轴流风机2、调速器3和井上接收电脑4。
井下监控装置1包括壳体10、单片机11、照明灯12、气体传感器13、温湿度传感器14、液晶显示屏15、无线模块16和声光报警器17；单片机11和无线模块16分别安装在壳体10内；照明灯12安装在壳体10的顶端；气体传感器13、温湿度传感器14、液晶显示屏15和声光报警器17分别嵌入在壳体10的侧壁。照明灯12、气体传感器13、温湿度传感器14、液晶显示屏15、无线模块16和声光报警器17分别与单片机11相连。
调速器3与轴流风机2相连；调速器3通过无线模块16与单片机11进行无线通讯；井上接收电脑4通过无线模块16与单片机11进行无线通讯。
照明灯12采用免维护防爆灯，采用直流12v电压供电，保证了照明的持续性和亮度要求。
无线模块16采用fsk数字调频技术，选用的型号为e50-ttl-500，是一款170mhz直插型无线串口模块(uart)，半双工，收发一体，透明传输方式，发射功率500mw，工作在148～173.5mhz频段(默认170mhz)，ttl电平输出，兼容3.3v与5v的io口电压，具有空中唤醒功能(超低功耗)。具有数据加密和压缩功能，在空中传输的数据，具有随机性，通过严密的加解密算法，使得数据截获失去意义，而数据压缩功能有概率减小传输时间，减小受干扰的概率，提高可靠性和传输效率。
气体传感器13包括o2检测模块、h2s检测模块、co检测模块和ch4检测模块，o2检测模块实时检测井内的o2浓度；h2s检测模块实时检测井内的h2s浓度；co检测模块实时检测井内的co浓度；ch4检测模块实时检测井内的ch4浓度。o2检测模块、h2s检测模块和co检测模块选用郑州炜盛公司型号为zeo3系列产品，该电化学模组zeo3是高性能的、通用的电化学系列模组，它采用三电极电化学气体传感器和高性能微处理器，搭载不同的气体传感器就可以测量对应的气体，内置温度传感器进行温度补偿，可精确的测量环境中的气体浓度，同时具有数字输出与模拟电压输出，方便用户使用和调试，大大缩短了用户的设计开发周期，它将电化学传感器和电路完美结合，满足客户对不同气体探测场合的需求。
温湿度传感器14，采用来自siliconlab的高品质si7021温湿度传感器，应用了专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性，采用uart接口，温湿度传感器14可直接通过串口获取温湿度数据，使用简单方便，而且模块地址和输出时间可以设置，方便多点采集。
单片机11选用stm32单片机，功能较多，功耗较小，运行速度较快。
液晶显示屏15选用型号为ktm043al01的液晶显示屏。
调速器3选用dfl-hj02型变频器，电源电压220v，频率50hz，额定功率1.5kw，调频范围为0.01-400hz，采用空间电压矢量svpwm控制方式，可实现任意v/f控制。控制com和fwd端口的接通和关断可实现风机的启动和停止；将fv和acm端口外接单片机11控制da模块给出的模拟电压，可实现v/f控制，实现轴流风机2的调速。
再请参阅图2和图3，本发明的新型电缆工井实时智能监控故障预警装置，使用时：
(1)轴流风机2安装在电缆工井300的井口的一旁，在开启工井井盖后，对井内吹风，将井外新鲜空气与井内有毒有害气体进行交换；
(2)井下监控装置1放入在电缆工井中，气体传感器13进行井内气体检测，检查井内有毒有害气体是否超标，并将井内气体检测数据传输给单片机11；
(3)若井内有毒有害气体含量正常，单片机11通过无线模块16将井内气体检测数据实时传输到井上接收电脑4，便于井上监护人员100的查看，轴流风机保持正常转速；
(4)若井内有毒有害气体含量超标，单片机11控制声光报警器17进行声光报警，且单片机11通过无线模块16将井内气体检测数据实时传输到井上接收电脑4，井上接收电脑4同时进行声光报警，井上监护人员100通过井上接收电脑4可快速组织井下作业人员200快速撤离；同时单片机11发出增加转速信号，并通过无线模块16将增加转速信号传输给调速器3，调速器3控制轴流风机2增加转速，将井下有毒有害气体快速排除；
(5)井下对电缆400进行接头制作时，温湿度传感器15进行井内湿度含量检测，并将井内湿度含量检测数据传输给单片机11，若井内湿度含量检测数据超标，无法满足电缆接头制作要求时，单片机11发出增加转速信号，并通过无线模块16将增加转速信号传输给调速器3，调速器3控制轴流风机2增加转速，加快井下空气流通，降低湿度含量；
(6)单片机11将接收的井内气体检测数据和井内湿度含量检测数据传输给液晶显示屏15进行显示，方便井下作业人员200查看；
(7)温湿度传感器14进行井内温度检测，并将井内温度检测数据传输给单片机11，单片机11将接收的井内温度检测数据传输给液晶显示屏15进行显示，方便井下作业人员200查看；且单片机11通过无线模块16将井内温度检测数据实时传输到井上接收电脑4，方便井上监护人员100查看。
本发明的新型电缆工井实时智能监控故障预警装置，可实现多种工况下的调速功能；有毒有害气体、温度、湿度的实时检测，保证了作业人员的生命安全，同时也为环境条件是否满足作业要求提供了数据支撑。
本发明的新型电缆工井实时智能监控故障预警装置，可满足井下的长时间充足照明要求，监控装置实现在井下作业安全事故出现前或作业环境危险时，监控系统控制风机以相应合适的通风量和通风方式进行通风解除危险，并发出声光预警，其特点是反应灵敏、自动化和智能化程度较高、无漏报误报现象。同时其便捷及多功能的特点能够满足各种工况的需求。明显提高了井下作业的安全条件和可靠性，能够有效的预防安全事故的发生，为电缆工井作业提供保障和便利。
综上所述，本发明的新型电缆工井实时智能监控故障预警装置，实现了照明续航能力的持续化，有毒有害气体监测的实时化、智能化，鼓风机调速的自动化，井上井下报警系统的同时化以及为电缆接头制作提供湿度判断的标准化。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。