基于自愈环网的矿井排水控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及排水控制领域，尤其涉及矿井排水自动控制装置。
【背景技术】
[0002]在矿山地下开采过程中，往往伴随着不确定涌水状况，一旦涌水不能及时排除，透水事故时有发生，不仅影响矿山的正常开采，如果水量过大还会有淹没矿井的危险，甚至会危及井下作业人员的生命安全。矿井井下栗房担负着排除矿山积水的重任，矿山井下主排水系统高效、可靠、节能、安全地运行对于矿井的安全生产意义重大。矿山井下主排水系统是综合自动化控制系统的子系统之一，传统的控制系统采用人工操作、继电器控制方式，存在操作复杂、故障率高等问题；而近年来开发使用的排水自动化控制系统，多为单PLC控制结构，为集中式控制方式，即使在多PLC的控制下，控制子系统和主系统之间的通讯方式多为总线式或星型结构，存在可靠性差的缺点，一旦正在工作的某一子系统掉电或通讯线路发生故障，数据可能出现阻塞现象，使系统运行参数和设备状态信息无法上传，控制命令无法下达，系统运行具有安全隐患。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型要解决的技术问题是现有的用于矿井排水系统的自动化控制系统采用PLC或继电器控制，可靠性差，系统运行具有安全隐患，为此提供一种基于自愈环网的矿井排水控制装置。
[0004]本实用新型的技术方案是:基于自愈环网的矿井排水控制装置，它包括控制主站和若干控制子站，所述控制子站与基于PLC控制的自动排水系统信号连接，所述控制主站和控制子站内的交换机为具有自愈功能的环网交换机，控制主站与控制子站环形连接形成自愈式环网。
[0005]上述方案中所述基于PLC控制的自动排水系统有4个，供电方式为单母线分段接线。
[0006]本实用新型的有益效果是与传统的专用纤芯相比，自愈环网传输保护信号具有以下几点优越性:
[0007]①利用传输通信业务的系统进行传输，不占用光纤资源，也不需要额外投资；
[0008]②自愈环网为双向传输，并且具有自愈功能，任何一个方向发生故障不影响保护信号的传输；
[0009]③专用纤芯通道无法进行远程监测，需要值班人员经常巡视，自愈环网能够实现远程监控，可以及时地发现通道的异常状况。
【附图说明】
[0010]图1是本实用新型组成框图。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图对本实用新型做进一步说明。
[0012]如图1所示，本实用新型包括控制主站和若干控制子站，所述控制子站与基于PLC控制的自动排水系统信号连接，所述控制主站和控制子站内的交换机为具有自愈功能的环网交换机，控制主站与控制子站环形连接形成自愈式环网。
[0013]自动排水系统可以包括水栗控制、闸阀控制、射流系统和系统状态4个模块，本实用新型的一个优选例是这样的自动排水系统有4个，其中2个使用I个备用另外一个检修，这4个自动排水系统分别有4个控制子站控制。遵循“均匀磨损”轮时原则，即正在运行的栗组在设定时间内停止运行(休息)，避免长时间运行疲劳，而停运的栗组立即运行，满足井下排水需要，避免长时间停止而出现锈蛀；“避峰填谷”原则，节约电费；“侦听”原则，4台控制子站全天候侦听主站的调度信息以及主站侦听4台控制子站的反馈信息。4台控制子站的运行完全由控制主站根据控制程序的设定目的、控制子站的反馈信息、井下水仓水位、井下水位的上升快慢以及检修信息等来调度栗组的投运及投运台数(水位上升缓慢时可减少投运台数，上升快速时可增加投运台数)，因此，主站与控制子站的信息交换、控制命令传达、调度显得尤为重要，设置自愈环网的目的便是增加主站同子站之间的信息交换的可靠性和鲁棒性。
[0014]为了提高运行的可靠性，这4个自动排水系统可以两两一组分为两组，采用单母线分段接线式供电，每段母线分别对2个自动排水系统供电，当一段母线中断供电时，另一段母线自动投入供电。自动排水系统基于可编程序控制器PLC控制技术，实现参数自动采集、程序运算处理、设备自动控制、参数动态显示及故障记录报警等功能，另外通过工业以太网将井下主排水自动化系统与矿井综合自动化控制网络互联，将系统参数上传至地面调度室，实现井下主排水系统的远程监控和无人值守功能。
[0015]为了增加系统的可靠性和鲁棒性，各控制子站可独立操作和自动控制，控制主站负责集中控制、调度及水位的采集，设置双水位传感器，进行综合判断。控制主站和4个控制子站可编程序控制器均采用双机热备工作方式。
[0016]光纤通信系统的类型主要有SDH(Synchronous Digital Hierarchy)和PDH(Ples1chronous Digital Hierarchy)光纤通信系统。网络的拓扑结构主要有星型结构、环型结构、总线结构、分布式结构、树型结构、网状结构、蜂窝状结构等。由环型结构通过环网交换机等网络设备及相应的设置便组成SDH自愈环网。SDH自愈环网在网络发生故障时，无需人为干预，网络自动地在极短的时间内，使业务自动从故障中恢复传输。目前，应用比较广泛的自愈环网主要有二纤单向通道保护环和二纤双向复用段保护环。二纤单向通道保护环的保护方式为通道保护，基于“并发优收”的原则，而二纤双向复用段保护环是将每根光纤的前一半时隙传送主用业务，后一半时隙传送额外业务，即一根光纤的保护时隙用来保护另一根光纤上的主用业务。在二纤双向复用段保护环上无专门的主、备用光纤，每一条光纤的前一半容量时隙是主用信道，后一半容量时隙是备用信道，两根光纤上业务流相反。
[0017]当然本实用新型也可以有2个、3个或5个、6个自动排水系统，自动排水系统的数目根据需要增设或减少，相应的控制子站也增设或减少。
[0018]系统软件完全是根据井下自动排水的相关功能和目标而设计，需要对排水所涉及的各种设备进行全面的监测和控制，能实时地对水仓水位高度、真空度、水栗启动过程、运行状态、停止过程、故障诊断和警报处理等一系列过程进行有效的监测，同时需要对电动机和电动闸阀机的控制。需要实现的功能如下:
[0019]系统监控参数及界面:以模拟图的方式显示主排水系统运行界面、水栗供电系统界面、水栗操作界面、水栗运行曲线、自动化控制系统结构图等。在界面中以文本或静态/动态图形的方式来显示主排水栗、真空栗的运行状态，电动球阀和电动闸阀的运行状态及开闭位置；以趋势图或数字形式动态显示水仓水位、主排水栗出口压力、排水管路流量、主电机绕组及轴承温度、主排水栗轴承温度、配电装置电力参数等实时值。参数动态显示的同时，设定报警限值，采用改变图形颜色、闪烁等方式进行报警，自动记录故障时间、类型等数据，为故障处理、运行决策提供支持。
[0020]根据水仓水位上升率，自动控制主排水栗的起停、投入水栗台数和选择排水管路，实现主排水系统的最优控制；
[0021]结合水仓水位信号的同时根据矿井井下电网实时用电负荷量的大小及供电部门规定的平段、谷段、峰段供电电价时间段，以“避峰填谷”的原则确定开、停水栗时间，合理使用水栗，节约电费；
[0022]根据采集的设备故障信号，及时报警并切换故障设备，投入备用设备，保证主排水系统的安全可靠运行；
[0023]根据设备“均匀磨损”的原则，控制器对设备起停次数、运行时间和管路使用次数等自动累计，合理调度工作设备与备用设备；
[0024]基于PLC控制的矿山井下自动排水系统对系统主水栗组的控制是以水仓水位作为水栗的启停基本条件。井下水仓水位根据水仓涌水量由深到浅划分为四个水位段:超限水位H1、报警水位H2、启栗水位H3、停栗水位H4 (水位下限)。同时也要考虑到井下电网用电量的峰谷阶段，优化调控水栗的启停与运行台数。当探测器检测到的水仓水位值为H4时，表示水仓水位在低限水位以下，此时水栗机组并不投入运行；当某一时段的水仓水位达到启栗水位时，首先通过真空度探测器检测栗内真空度，真空度达到开启要求时即可启栗。当水位上升至报警水位H3时，再对井下用电量的负荷高低值进行检测和判断。若用电负荷处于低谷阶段时，说明此时电网的负荷不大，可以立即启栗；若处于用电高峰时，则暂缓启动；但是若水位继续上升，达到Hl水位时或水位继续上升且速率高于设定值时，那么不论电网负荷高低如何，必须立即启动水栗进行排水；同时本排水系统还会根据水仓涌水量的多少来控制水栗开启的台数。如果己经开启若干台水栗进行排水，但是水位还是继续上升，则表明此时所开启水栗的排水量己不足以将超限水位降至安全水位以下，这时自动控制系统会自动调整开启水栗的台数，以相当的排水能力来排除矿井涌水，必须使水仓水位下降到水位下限H4。当检测单元检测水位己经达到安全水位后，水栗机组方能停栗。
【主权项】
1.基于自愈环网的矿井排水控制装置，其特征是它包括控制主站和若干控制子站，所述控制子站与基于PLC控制的自动排水系统信号连接，所述控制主站和控制子站内的交换机为具有自愈功能的环网交换机，控制主站与控制子站环形连接形成自愈式环网。2.如权利要求1所述的基于自愈环网的矿井排水控制装置，其特征是所述基于PLC控制的自动排水系统有4个，供电方式为单母分段接线。
【专利摘要】本实用新型公开了基于自愈环网的矿井排水控制装置,它包括控制主站和若干控制子站，控制子站与基于PLC控制的自动排水系统信号连接，控制主站和控制子站内的交换机为具有自愈功能的环网交换机，控制主站与控制子站环形连接形成自愈式环网。本实用新型的有益效果是利用自愈环网具有双向传输、自愈功能（任何一个方向发生故障不影响保护信号的传输）来提高井下排水各个控制系统数据交换的可靠性。
【IPC分类】E21F17/18, E21F16/00
【公开号】CN204827522
【申请号】CN201520554125
【发明人】卜玉明, 胡头根
【申请人】铜陵有色设计研究院
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年7月29日