一种基于PLC的矿用井下排水装置及控制系统的制作方法

本发明涉及排水系统领域，具体涉及一种基于plc的矿用井下排水装置及控制系统。

背景技术：

在煤矿开采后，留下的采空区容易形成积水池，其内部包括煤渣等大尺寸的颗粒，在对采空区进行排水时，采用抽水泵进行排水，但排水时，大尺寸的颗粒会随着水流一同流入抽水泵中，进而导致抽水泵的损坏。

公开号为cn208280985u的专利文件公开了一种煤矿采空区的排水装置，通过设置收紧板放置在轴承的内部，从而实现收紧板的旋转作用，避免了连接杆拉伸后由于无法转动使得插接杆无法插接至插接孔的内部导致两个排水管无法快速连接，配合滑动槽的顶端延伸出去使得滑动块得以拉出，实现收紧板的旋转。

现有技术对上述问题的解决办法仍需要对排水管道进行快速拆卸并配合除砂设备使用，操作复杂，效率较低，在对管道进行拆卸后，无法继续进行排水，影响排水效率。

公开号为cn204974561u的专利文件公开了一种煤矿用辅助清淤机械。该防堵清淤装置包括：驱动部、圆弧导向滑道、垂直导向滑道、搅拌排沙泵、高压水射流装置、电控系统和控制阀组。驱动部与垂直导向滑道相连，搅拌排沙泵安装在垂直导向滑道上，在千斤顶作用下可沿其上下，垂直导向滑道通过滚子安装在圆弧导向滑道上，在驱动部作用下可绕其正反旋转，从而带动搅拌排沙泵围绕吸水笼头作上下和圆周运动，对其周围的淤泥全方位清理；高压水射流装置可将淤泥冲开稀释便于抽排；电控系统、控制阀组用于系统控制。装置结构紧凑，一次安装后可长期使用，对吸水笼头在线清理，无需人工清淤，减少了工人劳动量和成本，经济、安全、高效。

上述排污系统采用高压水射流装置可将淤泥冲开稀释便于抽排，但对于大颗粒的泥石无法快速的粉碎，冲洗时间较长，且清淤时无法继续排水工作。

技术实现要素：

为了解决上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种基于plc的矿用井下排水装置及控制系统，通过单向板和双向板的配合，物质不会从风机接口以及排污口流出，吸水管、抽水泵进水管、排污连接件构成从左至右的密封且单一的通路，使大尺寸颗粒被留在调节组件的内部。能够有效的避免大颗粒杂物进入抽水泵内，保证抽水泵的使用安全。通过将两个单向板分别与进水口和出水口对齐，同时双向板与风机接口对齐，带动粉碎刀头高速转动，向调节组件内泵气，吸水管、抽水泵进水管、排污连接件构成从上至下的密封且单一的通路，进而使各种杂物从唯一的出口排污口流出，整个排污过程无需拆卸管道，效率高，且操作简单，单人即可轻松完成。

本发明所要解决的技术问题为：

a.如何避免大尺寸的杂质进入抽水泵，导致的抽水泵损坏。

b.如何方便快捷的完成清污工作，且在清污的同时能够继续排水，降低工作强度。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于plc的矿用井下排水装置，包括具有自清洁功能的排污连接件、电子阀门、流速检测模块、抽水泵、三通管；

所述排污连接件有两个，且两个排污连接件的一端各与一个电子阀门的一端固定连接；两个所述电子阀门的另一端固定连接在同一个三通管的两端，且所述三通管的另一端插入待排水池中；两个所述排污连接件的另一端固定连接在另一个三通管的两端，且另一个三通管的剩余一端与流速检测模块的一端固定连接，所述流速检测模块的另一端与抽水泵连接。

进一步的，所述排污连接件包括进水口、与进水口对称设置的出水口以及在内部滑动连接的调节组件，所述进水口与电子阀门通过法兰固定连接，所述出水口与连接流速检测模块的三通管通过法兰固定连接；

所述排污连接件的顶壁还开设有风机接口以及与风机接口对称设置的排污口，所述风机接口与风机的出风管道固定连接，且风机接口和排污口的连线与进水口和出水口的连线垂直设置，所述排污连接件的内腔为圆柱型结构，且排污连接件的内侧壁与排污连接件内腔匹配的调节组件滑动连接，所述调节组件外侧壁中心处固定连接有第二转轴的一端，所述第二转轴的另一端贯穿排污连接件的侧壁到达第二电机仓的内部，并与安装在第二电机仓内的第二电机输出轴固定连接，所述第二电机仓固定连接在排污连接件的外侧壁；

所述调节组件为中空结构，且调节组件的侧壁开设有四个呈矩阵分布的安装孔，其中靠近抽水泵进水管的一个安装孔固定连接有双向板，所述双向板上开设有均匀分布的过滤孔，靠近风机接口以及排污口的两个安装孔均固定连接有只允许物质流向调节组件内部的单向板，所述单向板上开设有均匀分布的单向通孔，所述调节组件远离第二电机仓的侧壁开设有插孔，所述插孔转动插接有第一转轴，所述第一转轴的一端位于调节组件的内部并固定连接有粉碎刀头，且第一转轴的一端贯穿排污连接件侧壁到达第一电机仓的内部，并与安装在第一电机仓内的第一电机的输出端固定连接，所述第一电机仓固定连接在排污连接件的外侧壁。

进一步的，所述单向通孔包括在单向板一侧开设的导气槽以及与导气槽相邻且平行的滑动槽，所述滑动槽和导气槽均与同一个在单向板另一侧开设的密封槽贯通连接，所述滑动槽的内壁固定连接有密封套环，所述密封套环活动插接有连接杆，所述连接杆的一端固定连接有匹配滑动槽的活塞块，所述连接杆的另一端固定连接有匹配密封槽的密封板，所述活塞块在滑动槽内滑动，且活塞块与密封套环通过套设在连接杆的弹簧连接，所述密封板在密封槽滑动。

进一步的，所述粉碎刀头远离中心的端面开设有收纳槽，所述收纳槽的内壁固定连接有电动推杆的一端，所述电动推杆的另一端贯穿固定连接在收纳槽内壁的密封板后固定连接有安装柱，所述安装柱的两端部转动套设有通过发条弹簧连接的转动套筒，且两个转动套筒的转动方向相反，所述转动套筒的外侧壁固定连接有弹性条形板，所述弹性条形板的外侧壁固定连接有刷毛。

进一步的，所述调节组件与排污连接件的内壁接触的侧壁铺设有密封层。

一种基于plc的矿用井下排水控制系统，包括plc控制模块，该系统还包括均与plc控制模块通信连接的具有自清洁功能的两个排污连接件、两个用于切换水流方向的电子阀门、流速检测模块和抽水泵；

其中，所述排污连接件包括用于驱动粉碎刀头的第一电机、用于实现功能切换的第二电机、用于加压的风机以及用于推动弹性条形板的电动推杆。

进一步的，所述该系统的控制步骤如下：

s1、plc控制模块打开任意一个电子阀门，并启动流速检测模块和抽水泵；

s2、当流速检测模块检测到流速小于阈值a时，plc控制模块控制排污连接件中的电动推杆伸长，将弹性条形板推出排污连接件的收纳槽，使刷毛与调节组件的内侧壁抵触，并启动第一电机以转速v1驱动粉碎刀头转动；

s3、当流速检测模块检测到流速小于阈值b时，plc控制模块控制关闭该通路对应的电子阀门，排污连接件中的电动推杆回收，将弹性条形板收入收纳槽，并启动第二电机将调节组件中的双向板与风机接口对齐；再启动第一电机以转速v2驱动粉碎刀头转动；经过固定时间后，启动风机向调节组件内加压；

s4、执行s3的同时，plc控制模块控制打开另一个通路的电子阀门。

本发明的有益效果：

(1)通过将吸水管、抽水泵进水管、排污连接件、调节组件、单向板、双向板停在初始位置，可将大颗粒留在调节组件内，进而避免了杂质进入抽水泵，有效的保护了抽水泵，延长了使用寿命。

(2)通过第二电机对调节组件的调节，进而实现单向板、双向板的位置调节，配合第一电机驱动粉碎刀头将大颗粒杂质粉碎，配合风机，将调节组件内的杂质从排污口排出，完成整个排污过程，无需拆卸管道，操作简单快捷。

(3)通过三通管配合两个排污连接件，实现两路的水流通路，配合plc控制模块以及粉碎刀头对单向板、双向板的清扫功能，实现不更换水流通路的初步清污，在初步清污无效时，plc控制模块还可根据各个排污连接件的工作状态来确定是否进行水流通路的智能切换，实现在执行彻底的清污工作时，可继续排水工作，提高效率。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明的排污连接件的内部结构示意图；

图2是本发明的调节组件的立体图；

图3是本发明排污连接件的左视图；

图4是本发明的单向板上的单向通孔的结构示意图；

图5是本发明的粉碎刀头的内部结构示意图；

图6是本发明的系统框图。

图中：电子阀门1、抽水泵进水管2、排污连接件3、调节组件4、单向板5、双向板6、粉碎刀头7、电动推杆701、安装柱702、转动套筒703、密封板704、弹性条形板705、刷毛706、第一电机仓8、第二电机仓9、风机排风管10、导气槽11、滑动槽12、密封槽13、密封套环14、连接杆15、活塞块16、密封板17。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6所示，本实施例提供了一种基于plc的矿用井下排水装置，包括具有自清洁功能的排污连接件3、电子阀门1、流速检测模块、抽水泵、三通管；

所述排污连接件3有两个，且两个排污连接件3的一端各与一个电子阀门1的一端固定连接；两个所述电子阀门1的另一端固定连接在同一个三通管的两端，且所述三通管的另一端插入待排水池中；两个所述排污连接件3的另一端固定连接在另一个三通管2的两端，且另一个三通管2的剩余一端与流速检测模块的一端固定连接，所述流速检测模块的另一端与抽水泵连接。

启动抽水泵后，通过控制两个电子阀门1的开关，可实现排水通路的切换，进而实现在其中一个通路进行清污工作时，不会影响到排水工作的继续进行，有效的提高了排水效率。

所述排污连接件3包括进水口、与进水口对称设置的出水口以及在内部滑动连接的调节组件4，所述进水口与电子阀门1通过法兰固定连接，所述出水口与连接流速检测模块的三通管2通过法兰固定连接；

所述排污连接件3的顶壁还开设有风机接口以及与风机接口对称设置的排污口，所述风机接口与风机的出风管道固定连接，且风机接口和排污口的连线与进水口和出水口的连线垂直设置，整体呈十字型结构，所述排污连接件3的内腔为圆柱型结构，且排污连接件3的内侧壁与排污连接件3内腔匹配的调节组件4滑动连接，所述调节组件4外侧壁中心处固定连接有第二转轴的一端，所述第二转轴的另一端贯穿排污连接件3的侧壁到达第二电机仓9的内部，并与安装在第二电机仓9内的第二电机输出轴固定连接，第二转轴与排污连接件3的侧壁密封设置，如在第二转轴的外侧壁铺设有密封层，所述第二电机仓9固定连接在排污连接件3的外侧壁；第二电机采用由plc控制的步进电机，以实现精准的角度转动。排污连接件3、调节组件4可采用透明材质制作，方便观察内部情况。

所述调节组件4为中空结构，且调节组件4的侧壁开设有四个呈矩阵分布的安装孔，调节组件4除安装孔所在侧壁，其他侧壁均与排污连接件3的内壁相接触，所述调节组件4与排污连接件3的内壁接触的侧壁铺设有密封层，保证物质不会进入排污连接件3与调节组件4的间隙中。其中靠近抽水泵进水管2的一个安装孔固定连接有双向板6，所述双向板6上开设有均匀分布的过滤孔，即物质可双向通过，例如金属网板，靠近风机接口以及排污口的两个安装孔均固定连接有只允许物质流向调节组件4内部的单向板5，所述单向板5上开设有均匀分布的单向通孔，两个单向板5呈镜像设置，所述调节组件4远离第二电机仓9的侧壁开设有插孔，所述插孔转动插接有第一转轴，所述第一转轴的一端位于调节组件4的内部并固定连接有粉碎刀头7，且第一转轴的一端贯穿排污连接件3侧壁到达第一电机仓8的内部，并与安装在第一电机仓8内的第一电机的输出端固定连接，第一转轴与插孔、排污连接件3侧壁均密封设置，如第一转轴的外侧壁也铺设有密封层，所述第一电机仓8固定连接在排污连接件3的外侧壁。第一电机采用可调转速电机，使粉碎刀头7可以高低两档速度转动。

所述单向通孔包括在单向板5一侧开设的导气槽11以及与导气槽11相邻且平行的滑动槽12，所述滑动槽12和导气槽11均与同一个在单向板5另一侧开设的密封槽13贯通连接，所述滑动槽12的内壁固定连接有密封套环14，所述密封套环14活动插接有连接杆15，所述连接杆15的一端固定连接有匹配滑动槽12的活塞块16，所述连接杆15的另一端固定连接有匹配密封槽13的密封板17，所述活塞块16在滑动槽12内滑动，且活塞块16与密封套环14通过套设在连接杆15的弹簧连接，用于使活塞块16与密封套环14相远离，所述密封板17在密封槽13滑动。滑动槽12和导气槽11设置在靠近调节组件4外部的一侧，密封槽13设置在靠近调节组件4内部的一侧；在来自调节组件4外部的压力推动下，导气槽11区域的密封板17和活塞块16受压力作用发生运动，进而使密封板17脱离密封槽13，实现物质的通过，与之相反，在来自调节组件4内部的压力推动下，只有密封板17的外侧受力，因此密封板17与密封槽13保持密封，进而可防止物质通过，整体实现单向性。

所述粉碎刀头7远离中心的端面开设有收纳槽，所述收纳槽的内壁固定连接有电动推杆701的一端，所述电动推杆701的另一端贯穿固定连接在收纳槽内壁的密封板704后固定连接有安装柱702，所述安装柱702的两端部转动套设有通过发条弹簧连接的转动套筒703，且两个转动套筒703的转动方向相反，所述转动套筒703的外侧壁固定连接有弹性条形板705，所述弹性条形板705的外侧壁固定连接有刷毛706。

本实施例的具体工作过程如下：

1)排水时，启动抽水泵，此时单向板5、双向板6的位置如图1所示，水流依次流经电子阀门1、调节组件4、靠近抽水泵的三通管2，大尺寸的颗粒被双向板6拦截，由于单向板的作用，物质不会从风机接口以及排污口流出，吸水管1、抽水泵进水管2、排污连接件3构成从左至右的密封且单一的通路，使大尺寸颗粒被留在调节组件4的内部。能够有效的避免大颗粒杂物进入抽水泵内，保证抽水泵的使用安全。

2)当调节组件4内部的杂物较多时，停止抽水泵，并控制第二电机逆时针转动90°，使两个单向板5分别与进水口和出水口对齐，同时双向板6与风机接口对齐，此时启动第一电机，带动粉碎刀头7高速转动，将调节组件4内部的大尺寸颗粒打碎至小于排污口的尺寸，再启动风机，向调节组件4内泵气，吸水管1、抽水泵进水管2、排污连接件3构成从上至下的密封且单一的通路，进而使各种杂物从唯一的出口排污口流出，排污完毕后，将单向板5、双向板6恢复至图1的位置即可。整个排污过程无需拆卸管道，效率高，且操作简单，单人即可轻松完成。

3)电动推杆701伸长，将安装柱702和弹性条形板705推出收纳槽，此时两个转动套筒703在发条弹簧的作用下，向相反方向转动，使刷毛706与调节组件4的内壁抵触，在粉碎刀头7低速转动时，能够对单向板5和双向板6进行刷洗，避免颗粒在其表面附着，导致流速降低。需要实现粉碎功能时，只需将电动推杆701收回，弹性条形板705受到收纳槽端口的约束，克服发条弹簧的弹力将弹性条形板705整体收入收纳槽内，此时粉碎刀头7高速转动，实现对大颗粒的粉碎。

如图6所示，一种基于plc的矿用井下排水控制系统，包括plc控制模块，该系统还包括均与plc控制模块通信连接的具有自清洁功能的两个排污连接件3、两个用于切换水流方向的电子阀门1、流速检测模块和抽水泵；

其中，所述排污连接件3包括用于驱动粉碎刀头7的第一电机、用于实现功能切换的第二电机、用于加压的风机以及用于推动弹性条形板705的电动推杆701。

所述该系统的控制步骤如下：

s1、plc控制模块打开任意一个电子阀门1，并启动流速检测模块和抽水泵；

s2、当流速检测模块检测到流速小于阈值a时，流速减小，说明双向板6的通孔被堵住，可先通过使用刷毛706进行刷洗，使双向板6重新疏通，无需切换水流通路，此时plc控制模块控制排污连接件3中的电动推杆701伸长，将弹性条形板705推出排污连接件3的收纳槽，使刷毛706与调节组件4的内侧壁抵触，并启动第一电机以转速v1驱动粉碎刀头7转动；

s3、当流速检测模块检测到流速小于阈值b时，且b＜a，说明使用刷毛706已无法解决流速过小的问题，需要进行更彻底的清污工作，此时plc控制模块控制关闭该通路对应的电子阀门1，排污连接件3中的电动推杆701回收，将弹性条形板705收入收纳槽，并启动第二电机将调节组件4中的双向板6与风机接口对齐；再启动第一电机以转速v2，且v2＞v1，驱动粉碎刀头7转动；经过固定时间后，大颗粒被粉碎成小颗粒，再配合启动风机向调节组件4内加压；将杂质从排污口挤出。

s4、执行s3的同时，plc控制模块控制打开另一个通路的电子阀门。由于在执行清污工作时，该水流通路无法工作，因此需要切换至另一个水流通路，继续进行排水工作。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。