本发明属于气体监测，具体涉及一种有限空间作业气体自动监测报警系统及方法。
背景技术：
1、有限空间是指封闭或部分封闭，进出口较为狭窄有限，未被设计为固定场所，自然通风不良，易造成有毒有害、易燃易爆物质积聚或氧含量不足的空间。在电力有限空间作业中，主要存在中毒危害、缺氧危害、燃爆危害等几种危害类型。为有效控制事故的发生，减少事故带来的人员伤亡、财产损失等负面影响，有必要在作业前辨识危险源，采取相应的控制措施，严格按照安全操作规程进行作业。因此，在电力有限空间作业时如何准确高效监测气体含量，不能错检也不能漏检是当前亟待解决的问题。
2、目前对有限空间气体的监测主要采用安装监测装置进行自动监测或者搭建监测平台实施远程监测。存在体积大，不易携带，便捷性较低，且灵敏度和准确性较低，难以实现实时在线感知。而便携式气体检测报警仪的电源为电池，没有稳定的电源供电，嘈杂环境中难以辨别报警声音，存在操作人员安全风险隐患，前后端协同联动较差。根据有限空间气体监测内容和需求，当前应满足实时动态监测、智能化监测，提高数据采集、数据存储、数据分析等数据处理效率。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种有限空间作业气体自动监测报警系统及方法，以解决目前对有限空间气体的监测装置难以实现实时在线感知，前后端协同联动较差，存在操作人员安全风险隐患的问题。
2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
3、本发明第一方面，提供了一种有限空间作业气体自动监测报警系统，包括：气体声光报警监测控制器、四合一监测探头、高分贝声光报警器和风机；
4、气体声光报警监测控制器设置在地面，有限空间以外；四合一监测探头设置有多个，竖井内中部和底部各设置有一个四合一监测探头，隧道内间隔均匀距离依次设置有多个四合一监测探头；气体声光报警监测控制器与四合一监测探头相连；
5、风机设置在地面，有限空间以外；气体声光报警监测控制器还与高分贝声光报警器和风机的一端相连；
6、风机的另一端与对应的风管连接，风管设置在竖井以及隧道内部。
7、进一步的，所述四合一监测探头为气体监测探头，采用数显声光款，监测氧气、硫化氢、一氧化碳和可燃气体四种气体含量。
8、进一步的，所述气体声光报警监测控制器上设置有第一接口，第一接口为高分贝声光报警器接口，用于与高分贝声光报警器相连。
9、进一步的，所述气体声光报警监测控制器上还设置有多个第二接口，第二接口为风机接口，用于与风机的一端相连。
10、进一步的，所述气体声光报警监测控制器与四合一监测探头间通过铜芯屏蔽线连接。
11、本发明第二方面，提供了一种有限空间作业气体自动监测报警方法，基于上述中任一项所述的一种有限空间作业气体自动监测报警系统，包括：
12、确定通风方案，设计风机、风管的选型及布置；
13、设置四合一监测探头，连接气体声光报警监测控制器，通过四合一监测探头实时监测气体含量；
14、四合一监测探头将监测到的实时气体含量发送至气体声光报警监测控制器，通过高分贝声光报警器进行报警，四合一监测探头和气体声光报警监测控制器进行声光示警。
15、进一步的，所述设计风机、风管的选型及布置具体包括：
16、对通风风量和漏风系数进行计算；
17、根据下式按有限空间内同时工作的最多人数计算风量：
18、q1＝q×m×k
19、式中，q1为按有限空间内同时工作的最多人数计算得到的通风风量；q为每人每分钟呼吸所需要的新鲜空气量；m为洞内同时工作的最多人数；k为风量备用系数；
20、根据下式按允许最低风速计算风量：
21、q2＝60×v×a
22、式中，q2为按允许最低风速计算得到的通风风量；v为工作面最小风速；a为掘进面积；
23、对q1和q2计算结果取最大值，得到通风风量q；
24、同时考虑漏风因素，根据下式计算漏风系数p：
25、
26、式中，l为通风距离；p100为百米漏风率；
27、从而，计算得到p＝1.02，则风机供应量最小为：
28、qmin＝q×p＝69×1.02＝70.38m3/min
29、实际风机供应量应大于qmin；
30、通过计算动压和静压，得到系统所需供风压；
31、根据下式计算动压：
32、
33、式中，γ为空气密度，v为末端管口风速，按控制设计通风量计算：
34、
35、计算静压的流程如下：
36、根据下式计算沿程摩擦阻力：
37、
38、
39、式中，λ为管道摩阻系数；为管道内平均风速；d为风管直径；l为通风距离；γ为空气密度，q为根据q1和q2计算结果取最大值得到的，qmin为风机应提供的最小风量；
40、根据以下两种情况计算局部阻力：
41、当无拐角情况时，h局≈0.1h摩
42、当有拐角情况时，
43、式中，∑ξ为根据风管拐角角度表查到的系数；为管道内平均风速；
44、系统静压为h静＝h摩+h局；
45、得到系统所需供风压为h＝h动+h静。
46、进一步的，所述实时监测气体含量具体包括：
47、气体声光报警监测控制器布置在地面，四合一监测探头设置在竖井和隧道内，气体声光报警监测控制器与四合一监测探头采用铜芯屏蔽线连接，四合一监测探头间为并联关系；
48、在原有风机数量的基础上，增加一台或多台风机；气体声光报警监测控制器上设置有多路风机接口，每一路风机接口均连接一个风机；
49、气体声光报警监测控制器还设置一路高分贝声光报警器接口，连接高分贝声光报警器。
50、进一步的，所述四合一监测探头将监测到的实时气体含量发送至气体声光报警监测控制器，通过高分贝声光报警器进行报警，四合一监测探头和气体声光报警监测控制器进行声光示警具体包括：
51、当监测气体值或探头与气体声光报警监测控制器通讯正常时，四合一监测探头在工作面实时监测气体数据，将实时监测数据发送至气体声光报警监测控制器；
52、当监测气体值或探头与气体声光报警监测控制器通讯异常时，四合一监测探头声光警示，发生低报、高报；触发气体声光报警监测控制器声光警示，总线主机启动风机和高分贝声光警示器。
53、进一步的，所述四合一监测探头采用数显声光款，监测氧气、硫化氢、一氧化碳和可燃气体四种气体含量。
54、本发明的有益效果如下：
55、1、本发明首先确定通风方案，设计风机、风管的选型及布置；设置四合一监测探头，连接气体声光报警监测控制器，通过四合一监测探头实时监测气体含量；四合一监测探头将监测到的实时气体含量发送至气体声光报警监测控制器，通过高分贝声光报警器进行报警，四合一监测探头和气体声光报警监测控制器进行声光示警；共同实现对现场作业环境的实时监测，有效保障作业人员的生命安全，随时随地对人员本身以及有限空间的作业的环境进行监测与报警提示，降低人员作业风险，提高电网作业安全风险管控水平。
56、2、本发明通过四合一监测探头实现了同时监测4种气体浓度的功能，实时性高，测量精度高，在保障有限空间作业人员的安全的同时，具有一定的经济性；通过四合一监测探头可以同时监测洞内多点位气体数值；四合一监测探头收集的有限空间内气体数据通过四芯屏蔽线传送到总线主机，人员不需要进入隧道有限空间内，在有限空间外就能24小时不间断监测有限空间内的气体数值，实时性高。
57、3、本发明增加的外置高分贝声光报警器在嘈杂的环境中警示声音大，能够保证作业人员在嘈杂环境中辨别报警声音；在有限空间内气体含量低于或高于规定预警值时，能够自动开启风机，提高高风险作业的安全性和稳定性；风机和气体声光报警系统采用独立的稳定供电系统，不需要充电，保证不间断通风和不间断监测有限空间内气体值；从而保障作业人员生命和工地财产安全。
58、4、本发明系统可以连接4g模块，将采集到的数据传至后台服务器，实现远端查看数据，实时了解各点位情况，建立线上加线下监测模式，能够安全、快速地进行气体监测，提升作业效率和质量，可扩展性高；实现电网有限空间作业平台化、网络化、智能化。
1.一种有限空间作业气体自动监测报警系统，其特征在于，包括：气体声光报警监测控制器、四合一监测探头、高分贝声光报警器和风机；
2.根据权利要求1所述的一种有限空间作业气体自动监测报警系统，其特征在于，所述四合一监测探头为气体监测探头，采用数显声光款，监测氧气、硫化氢、一氧化碳和可燃气体四种气体含量。
3.根据权利要求1所述的一种有限空间作业气体自动监测报警系统，其特征在于，所述气体声光报警监测控制器上设置有第一接口，第一接口为高分贝声光报警器接口，用于与高分贝声光报警器相连。
4.根据权利要求3所述的一种有限空间作业气体自动监测报警系统，其特征在于，所述气体声光报警监测控制器上还设置有多个第二接口，第二接口为风机接口，用于与风机的一端相连。
5.根据权利要求1所述的一种有限空间作业气体自动监测报警系统，其特征在于，所述气体声光报警监测控制器与四合一监测探头间通过铜芯屏蔽线连接。
6.一种有限空间作业气体自动监测报警方法，其特征在于，基于权利要求1-5中任一项所述的一种有限空间作业气体自动监测报警系统，包括：
7.根据权利要求6所述的一种有限空间作业气体自动监测报警方法，其特征在于，所述设计风机、风管的选型及布置具体包括：
8.根据权利要求6所述的一种有限空间作业气体自动监测报警方法，其特征在于，所述实时监测气体含量具体包括：
9.根据权利要求6所述的一种有限空间作业气体自动监测报警方法，其特征在于，所述四合一监测探头将监测到的实时气体含量发送至气体声光报警监测控制器，通过高分贝声光报警器进行报警，四合一监测探头和气体声光报警监测控制器进行声光示警具体包括：
10.根据权利要求6所述的一种有限空间作业气体自动监测报警方法，其特征在于，所述四合一监测探头采用数显声光款，监测氧气、硫化氢、一氧化碳和可燃气体四种气体含量。
