一种煤矿井下自动排水控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明属于煤矿井下自动排水控制系统的技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种自动化程度较高的煤矿井下自动排水控制系统；采用的技术方案为：一种煤矿井下自动排水控制系统，包括设置在井下的可编程控制箱和设置在地面的远程监控终端，所述可编程控制箱通过网络交换机与远程监控终端进行连接；所述控制系统还包括：阀门控制箱、排水阀、射流阀Z5、排空阀Z4和传感器，所述阀门控制箱、排水阀、射流阀Z5、排空阀Z4和每个传感器的信号输出端分别与所述可编程控制箱连接，所述排水阀、射流阀Z5、排空阀Z4分别与阀门控制箱的电源端相连，所述可编程控制箱通过高压起动器与排水泵相连；适用于煤矿系统。
【专利说明】
一种煤矿井下自动排水控制系统
技术领域
[0001 ]本发明属于煤矿井下自动排水控制系统的技术领域。
【背景技术】
[0002]—般地，在煤炭开采过程中，由于地层结构被破坏，使得采区与储水层连通，地下水会流入巷道和工作面，容易发生突水事故，导致井下的生产受到阻碍、施工安全性能降低，严重时可能会造成重大事故，不仅给井下作业人员的生命安全带来巨大威胁，还会给企业造成严重的经济损失，因此，需要及时把流入井下煤矿巷道中的矿井积水排至地表，确保煤矿的安全生产。
[0003]目前，煤矿井下主排水栗房(或称中央栗房)的的排水工作一般采用人工控制的方法，典型的结构如附图1所示，其中:Z1-Z5均为手动闸阀，这种人工控制的方法需要严格按照相关安全管理规范进行;从附图1可以看出，液位传感器LT检测水仓的水位数据并将数据送至控制箱KZ，井下工作人员通过控制箱KZ随时监测水仓水位，当水位上升到要求值时，工作人员应立即按照流程:开启水射流阀Z5—开启排空阀Z4—观察负压表M2—关闭水射流阀Z5—关闭排空阀Z4—起动高压起动器QJGZ(进而起动矿用耐磨离心栗)—观察负压表M2—开启栗出口阀Z3—开启管路选择阀Zl(或管路选择阀Z2)进行操作；当监测到水位下降到要求值时，工作人员应立即按照流程:关闭栗出口阀Z3—停止高压起动器(进而使矿用耐磨离心栗停止工作)进行操作。
[0004]从上述操作流程看出，传统的煤矿井下排水系统的工作完全靠人工监视、判断、操作，水栗的启停及排水管路的切换均由人工完成，完全依赖于工人的责任心，无法预测水位的增长速度，做不到根据水位和其他参数自动启停水栗，导致安全事故的发生，因此，具有自动排水功能的控制系统显得尤为重要。
【发明内容】
[0005]本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为:提供一种自动化程度较高的煤矿井下自动排水控制系统。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为:一种煤矿井下自动排水控制系统，包括设置在井下的可编程控制箱和设置在地面的远程监控终端，所述可编程控制箱通过网络交换机与远程监控终端进行连接;所述控制系统还包括:阀门控制箱、排水阀、射流阀Z5、排空阀Z4和传感器，所述阀门控制箱、排水阀、射流阀Z5、排空阀Z4和传感器的信号输出端分别与所述可编程控制箱的信号输入端连接，所述排水阀、射流阀Z5、排空阀Z4分别与阀门控制箱的电源端相连，所述可编程控制箱通过高压起动器与排水栗相连。
[0007]优选地，所述传感器包括:流量传感器S、正压传感器S3、负压传感器S4、液位传感器S5和多个温度传感器S6，所述流量传感器S、正压传感器S3、负压传感器S4、液位传感器S5和每个温度传感器S6信号输出端分别与所述可编程控制箱相连。
[0008]优选地，所述控制系统还包括井下监控终端，所述井下监控终端与所述可编程控制箱相连。
[0009]优选地，所述排水阀包括:管路选择阀Z、栗出口阀Z3;所述管路选择阀Z、栗出口阀Z3分别与所述阀门控制箱的电源端相连，所述管路选择阀Z、栗出口阀Z3分别与所述可编程控制箱的控制端相连。
[0010]优选地，所述温度传感器S6的数量为3个，且分别用于监测排水栗的电机绕组温度、电机轴温度和栗轴温度。
[0011]优选地，所述可编程控制箱的型号为S7-1200。
[0012]本发明与现有技术相比具有以下有益效果:
1、本发明包括可编程控制箱、阀门控制箱、排水控制阀和传感器，无需人工干预，本发明在起动排水过程中，可自动实现:开启射流阀Z5—开启排空阀Z4—真空度监测—关闭射流Z5阀—关闭排空阀Z4—起动排水栗—打开排水阀的操作，本发明在停止排水过程中，可自动实现关闭排水阀—停止排水栗的操作，本发明全过程无需人工干预，就可实现根据水位自动启停排水栗，并自动实现水栗的轮换工作、做出合理调度、自动化程度高，具有极强的实用性。
[0013]2、本发明通过可编程控制箱与阀门控制箱、高压起动器、排水阀、射流阀Z5、排空阀Z4和传感器均相连，使得远程监控终端或井下监控终端可实时监测阀门控制箱和高压起动器的工作参数以及所有传感器的数据并进行逻辑判断，一旦监测到任一点的异常，可编程控制箱就会控制排水系统停止工作同时报警，并指示用户按照所报故障点进行检修，安全性尚O
【附图说明】
[0014]下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
[0015]图1为现有煤矿井下排水装置结构示意图；
图2为本发明的电路结构示意图；
图3为本实施例的结构示意图；
图中:I为可编程控制箱，2为远程监控终端，3为网络交换机，4为阀门控制箱，5为排水阀，6为传感器，7为高压起动器，8为排水栗，9为井下监控终端。
【具体实施方式】
[0016]如图2至图3所示，一种煤矿井下自动排水控制系统，包括设置在井下的可编程控制箱I和设置在地面的远程监控终端2，所述可编程控制箱I通过网络交换机3与远程监控终端2进行连接;所述控制系统还包括:阀门控制箱4、排水阀5、射流阀Z5、排空阀Z4和传感器6，所述阀门控制箱4、排水阀5、射流阀Z5、排空阀和每个传感器6的信号输出端分别与所述可编程控制箱I的信号输入端连接，所述排水阀5、射流阀Z5、排空阀Z4分别与阀门控制箱4的电源端相连，所述可编程控制箱I通过高压起动器7与排水栗8相连，所述可编程控制箱I的型号为S7-1200。
[0017]具体地，所述传感器6包括:流量传感器S、正压传感器S3、负压传感器S4、液位传感器S5和多个温度传感器S6，所述流量传感器S、正压传感器S3、负压传感器S4、液位传感器S5和每个温度传感器S6信号输出端分别与所述可编程控制箱I相连;所述温度传感器S6的数量为3个，且分别用于监测排水栗8的电机绕组温度、电机轴温度和栗轴温度;所述排水阀5包括:管路选择阀Z和栗出口阀Z3;所述管路选择阀Z和栗出口阀Z3分别与所述阀门控制箱4的电源端相连，所述管路选择阀Z和栗出口阀Z3分别与所述可编程控制箱I的信号输入端相连。
[0018]进一步地，所述控制系统还包括井下监控终端9，所述井下监控终端9与所述可编程控制箱I相连。
[0019]由于煤矿井下排水系统中，一般需配置两路排水管路，且至少需配置三套排水栗以便于达到一用一备一检修的标准，本实施例仅以2个排水管路、一个排水栗为例对本发明的工作过程进行说明。
[0020]如图3所示，本实施例中包含2个排水管路，分别为1#排水支管和2#排水支管，所述的流量传感器为2个，分别为流量传感器SI和流量传感器S2，且流量传感器S1、流量传感器S2分别设置在1#排水支管、2#排水支管上;所述的管路选择阀Z为2个，分别为管路选择阀Zl和管路选择阀Z2，且管路选择阀Zl设置在主排水管路和1#排水支管之间，管路选择阀Z2设置在主排水管路和2#排水支管之间；本实施例中，所述的正压传感器S3设置在主排水管路上，所述的负压传感器S4和排空阀Z4设置在主排水管路和放水管路之间，所述的液位传感器S5设置在水仓内；所述的射流阀Z5设置在射流管路上，所述栗出口阀Z3设置在主排水管路上，此外，本实施例中的主排水管路上还设置有逆止阀H。
[0021]所述阀门控制箱4和高压起动器7通过信号控制电缆和可编程控制箱I连接，由可编程控制箱I控制阀门控制箱4、高压起动器7的起动或停止，进而达到控制所有的阀门和排水栗8的起动、停止的目的；具体地，所述的流量传感器S1、流量传感器S2、正压传感器S3、负压传感器S4、液位传感器S5和多个温度传感器S6的信号输出端分别通过信号线缆与可编程控制箱I相连；同时，管路选择阀Z1、栗出口阀Z3、射流阀Z5、排空阀Z4均通过信号电缆和可编程控制箱I连接，上述的各类传感器和阀体将其各自的状态信号反馈给可编程控制箱I，作为可编程控制箱I进行逻辑控制的依据;此外，管路选择阀Z1、、栗出口阀Z3、射流阀Z5、排空阀Z4还均通过供电电缆和阀门控制箱4连接，由阀门控制箱4提供工作电源;进一步地，所述的阀门控制箱4、高压起动器7还通过与可编程控制箱I的连接，将其自身的工作参数(如电压、电流、绝缘值等)，以及故障信息传送给可编程控制箱I用于监测；同时，为便于数据的有效传输，所述的网络交换机3设置有2部，分别为设置在井下的交换机PBX2和设置在地面的交换机PBXl，所述可编程控制箱I通过网线和屏蔽双绞信号电缆与所述的交换机PBX2以及井下监控终端9相连，所述的交换机PBX2通过光纤与交换机PBXl相连，所述的交换机PBXl通过网线与远程监控终端2相连。
[0022]本发明的工作原理为:
排水系统起动过程:液位传感器S5监测水仓水位数据并反馈给可编程控制箱I，可编程控制箱I根据实时的数据计算水位在单位时间内的增长速度并作出判断，若达不到起动值则继续监测，若达到设备的起动条件，则按照既定的工艺流程起动设备:可编程控制箱I控制阀门控制箱4打开射流阀Z5—打开排空阀Z4—可编程控制箱I监视负压传感器S4的负压值，当负压值达到要求—可编程控制箱I控制阀门控制箱4关闭射流阀Z5—关闭排空阀Z4—可编程控制箱I控制高压起动器7起动排水栗8—可编程控制箱I监视正压传感器S3的正压值，达到要求—可编程控制箱I控制阀门控制箱4开启栗出口阀Z3—开始管路选择阀Z(管路选择阀Zl和管路选择阀Z2)，至此，整个排水系统起动过程完成开始正常工作。
[0023]排水系统停止过程:排水系统起动后，可编程控制箱I实时监控液位传感器S5的水位数据，当水位下降到设定值后，系统则需要停止工作，此时可编程控制箱I则按照既定的工艺流程停止设备:可编程控制箱I控制阀门控制箱4关闭栗出口阀Z3—可编程控制箱I控制高压起动器7停止排水栗8。
[0024]报警过程:本发明中的可编程控制箱I在整个过程中，均实时监测阀门控制箱4和高压起动器7的工作参数以及所有传感器的数据并进行逻辑判断;如:通过监测多个温度传感器S6的数据判断电机温度或栗轴温度是否超温，通过监测正压传感器S3、负压传感器S4的数据判断压力是否正常或阀门是否正常，通过监测阀门控制箱4和高压起动器7的电压、电流、绝缘值等参数判断设备是否过欠压、过载、漏电等故障;一旦监测的任一点有异常，可编程控制箱I就会控制系统停止工作同时报警，并指示用户按照所报故障点进行检修。
[0025]在井下排水系统工作工程中，可编程控制箱I与井下监控终端9通讯，将排水系统数据和状态(水位、阀门状态、设备的电压电流等)以及故障信息直观的显示出来方便用户参考，同时通过操作井下监控终端9，用户也能对整个排水系统进行手动的操作;在井下排水系统工作过程中，可编程控制箱I与井下以太网交换机PBX2通讯，然后通过PBXl接入矿井的环网系统，从而和地面的远程监控终端2进行数据交换和共享，地面的远程监控终端2也能通过访问可编程控制箱I实现对井下排水系统的远程控制。
[0026]本发明中的可编程控制箱I内设置有:远程控制模块、本地控制模块和自动控制模块，远程控制模块、本地控制模块和自动控制模块均分别与所述的阀门控制箱4、高压起动器7相连，所述的远程控制模块通过网络交换机3与远程监控终端2相连，所述的本地控制模块与井下监控终端9相连;本实施例中煤矿井下自动排水控制系统的控制方式有三种，第一种为远程控制，即地面的调度人员通过地面的远程监控终端2实现对该排水系统中个设备的控制;第二种为近端控制，即井下栗房工作人员通过井下监控终端9对排水系统中各设备进行控制;第三种为自动控制即可编程控制箱I根据预设的逻辑关系自动对该系统中的各设备进行控制。
[0027]本实施例中，所述的液位传感器S5为投入式液位传感器，所述的流量传感器S1、S2均为超声波流量传感器。
[0028]综上，本发明具有突出的实质性特点和显著的进步，上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
【主权项】
1.一种煤矿井下自动排水控制系统，包括设置在井下的可编程控制箱(I)和设置在地面的远程监控终端(2)，所述可编程控制箱(I)通过网络交换机(3)与远程监控终端(2)进行连接； 其特征在于:所述控制系统还包括:阀门控制箱(4)、排水阀(5)、射流阀Z5、排空阀Z4和传感器(6)，所述阀门控制箱(4)、排水阀(5)、射流阀Z5、排空阀Z4和传感器(6)的信号输出端分别与所述可编程控制箱(I)的信号输入端连接，所述排水阀(5)、射流阀Z5、排空阀Z4分别与阀门控制箱(4)的电源端相连，所述可编程控制箱(I)通过高压起动器(7)与排水栗(8)相连。2.根据权利要求1所述的一种煤矿井下自动排水控制系统，其特征在于:所述传感器(6)包括:流量传感器S、正压传感器S3、负压传感器S4、液位传感器S5和多个温度传感器S6，所述流量传感器S、正压传感器S3、负压传感器S4、液位传感器S5和每个温度传感器S6信号输出端分别与所述可编程控制箱(I)相连。3.根据权利要求1所述的一种煤矿井下自动排水控制系统，，其特征在于:所述控制系统还包括井下监控终端(9)，所述井下监控终端(9)与所述可编程控制箱(I)相连。4.根据权利要求1所述的一种煤矿井下自动排水控制系统，其特征在于:所述排水阀(5)包括:管路选择阀Z、栗出口阀Z3;所述管路选择阀Z、栗出口阀Z3分别与所述阀门控制箱(4)的电源端相连，所述管路选择阀Z、栗出口阀Z3分别与所述可编程控制箱(I)的控制端相连。5.根据权利要求2所述的一种煤矿井下自动排水控制系统，其特征在于:所述温度传感器S6的数量为3个，且分别用于监测排水栗(8)的电机绕组温度、电机轴温度和栗轴温度。6.根据权利要求1所述的一种煤矿井下自动排水控制系统，其特征在于:所述可编程控制箱(I)的型号为S7-1200。
【文档编号】G05B19/04GK105843100SQ201610253597
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月22日
【发明人】申化波, 赵旭亮, 范素芳, 魏保玉, 陈达
【申请人】山西际安电气有限公司