专利名称：一种矿井用防水闸门自动控制系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种防水闸门自动控制系统及其控制方法，尤其涉及一种用于矿井中的防水闸门自动控制系统及其控制方法
背景技术：
由于煤矿井下出现透水事故频发，给煤矿带来巨大的灾害，当矿井在地下开采中， 这种类型的液压支架发生水灾后，几乎整个矿井报废，给煤矿带来了巨大的经济损失。为了降低水灾害对整个矿井的危害程度，使用防水闸门抗灾避险，及时关闭防水闸门将矿井损失降低就显得尤为重要。
发明内容
为了实现防水闸门的自动控制，本发明提出一种防水闸门自动控制系统，所述防水闸门自动控制系统具有就地手动控制，就地电液控制，远程控制和自动控制等方式，具体技术方案如下一种矿井用防水闸门自动控制系统，包括防水闸门、液压油缸、隔爆电磁阀、手动阀、泵站、储能器、液压马达、闸门控制器、电磁驱动装置、不间断电源、水位传感器、压力传感器、限位开关、角度传感器、陀螺仪、网络转换器、语音报警器、声光报警器、视频摄像头、 视频监视器和地面监控中心，所述液压油缸连接防水闸门，用于使放水闸门开启或闭合；所述液压马达连接液压油缸，用于驱动所述液压油缸；所述泵站连接所述液压马达，向液压马达提供能源；所述储能器一端连接所述泵站，另一端连接通过所述手动阀连接液压油缸，用于在泵站断电时驱动所述液压油缸；所述闸门控制器为本质安全型的，包括采集电路、数字通信接口和控制台，所述采集电路至少可以采集18路开关信号或模拟信号，所述数字通信接口至少包括CAN接口和 RS232接口，所述控制台至少包括30个操作键，1个急停键和1个闭锁键，所述闸门控制器输出本安信号到电磁驱动装置实现对隔爆电磁阀的控制；所述的电磁驱动装置为本质安全型的，其接收闸门控制器发送来的本安信号，将其转换为驱动信号输出到隔爆电磁阀；所述的隔爆电磁阀控制液压马达的启闭，从而驱动液压油缸进行防水闸门的开启或闭合；所述的压力传感器为本质安全型的，设置在防水闸门的内侧用来监测防水闸门内侧水压；所述的水位传感器为本质安全型的，设置在防水闸门的内侧用来监测防水闸门内侧水位高度，所述压力传感器和所述水位传感器电气连接间门控制器的采集电路；所述限位开关为本质安全型的，设置在防水闸门上用来监测防水闸门开启或关闭的极限位置，所述的倾角传感器和陀螺仪为本质安全型的，设置在防水闸门上用来监测防水闸门的倾斜角度，所述限位开关、所述倾角传感器和所述陀螺仪电气连接闸门控制器的采集电路；所述语音报警器和声光报警器为本质安全型的，用来进行防水闸门动作过程中的报警，所述语音报警器和声光报警器电气连接间门控制器的数字通信接口 ；所述的不间断电源用来在矿井停电时，为自动控制系统供电；所述视频摄像头和视频监视器为本质安全型的，用来监测防水阀门的动作和巷道内的水况；所述地面监控中心通过网络转换器连接所述视频摄像头、视频监视器和间门控制器，接收视频摄像头、视频监视器的视频信息，接收间门控制器的采集电路采集的数据，并能对间门控制器进行控制。优选所述间门控制器包括处理器，所述处理器分别与采集电路、数字通信接口和控制台电气连接。使用上述防水闸门自动控制系统的防水闸门控制方法，包括就地控制、远程控制和自动控制三种控制方式，所述就地控制包括在没有电的情况下，操作手动阀联通储能器和液压油缸，靠储能器提供能量通过液压油缸驱动防水闸门动作；在有电的情况下，使用闸门控制器的控制台输入防水阀门的动作命令，通过闸门控制器的数字通信接口将控制信号发送给电磁驱动装置，再由电磁驱动装置控制隔爆电磁阀通过液压马达推动液压油缸动作，控制防水闸门的关闭与开启；所述远程控制包括在地面监控中心向外发送防水阀门的动作命令，通过网络转换器将动作命令发送到间门控制器上，再由间门控制器通过间门控制器的数字通信接口将控制信号发送给电磁驱动装置，再由电磁驱动装置控制隔爆电磁阀通过液压马达推动液压油缸动作，控制防水闸门的关闭与开启，远程控制过程中，整个防水闸门的动作过程通过视频摄像头和视频监视器进行监测；所述自动控制包括在间门控制器上设置水压阀值和水位阀值，通过压力传感器和水位传感器监测防水闸门内侧的水压信息和水位信息，并将水位信息和水压信息实时传送给间门控制器，当水压值和水位值分别超过水压阀值和水位阀值时，间门控制器自动关闭防水闸门。所述防水闸门自动控制系统中，就地控制、远程控制和自动控制三种控制方式既可以单独实施，也可以是其中任意两种控制方式或三种控制方式组合实施。本发明具有纯液压系统手动控制、电控系统手动控制和自动程序控制、远程控制和自动控制等多种操作模式，实现了多级的安全策略，保证了闸门控制系统的可靠性。
附图1为根据本发明所述防水闸门自动控制系统的结构简图。附图标记如下1-防水闸门；2-液压油缸；3-泵站；4-液压马达；5-储能器；6_手动阀 ’7_闸门控制器；8-视频摄像头和视频监视器；9-压力传感器和水位传感器；10-限位开关、倾角传感器和陀螺仪；11-地面监控中心；12-电磁驱动装置和隔爆电磁阀。
具体实施例方式参见附图1，一种矿井用防水闸门自动控制系统，包括防水闸门、液压油缸、隔爆电磁阀、手动阀、泵站、储能器、液压马达、闸门控制器、电磁驱动装置、不间断电源、水位传感器、压力传感器、限位开关、角度传感器、陀螺仪、网络转换器、语音报警器、声光报警器、视频摄像头、视频监视器和地面监控中心；液压油缸连接防水间门，通过活塞杆的运动直接驱动防水间门以使防水间门开启或闭合；所述泵站连接液压马达，向液压马达提供能源，液压马达连接液压油缸，是液压油缸的动力源，用于驱动所述液压油缸；为防备停电时防水闸门失灵造成事故，系统还设置有储能器，其一端连接泵站，另一端通过手动阀连接液压油缸， 在正常供电时，手动阀关闭，泵站向储能器充能，在泵站断电时，手动打开手动阀，联通储能器和液压油缸，以通过储能器驱动液压油缸；闸门控制器是自动控制系统的核心部件，其为本质安全型的，包括采集电路、数字通信接口和控制台，优选还包括处理器，处理器分别与采集电路、数字通信接口和控制台电气连接，采集电路至少可以采集18路信号，18路信号可以是开关信号，也可以是模拟信号， 优选其可以通过设置的方式调整其采集的信号模式以适应井下的需要，数字通信接口至少要包括CAN接口和RS232接口，由于通信和向外输出控制信号，控制台至少包括30个操作键，1个急停键和1个闭锁键，用于输入控制命令，优选可以通过控制台编制组合程序，是闸门控制器可以根据组合程序顺次控制防水闸门的动作控制，闸门控制器对防水闸门的控制是通过输出本安信号到电磁驱动装置实现对隔爆电磁阀的控制来实现的；电磁驱动装置为本质安全型的，其接收闸门控制器发送来的本安信号，将其转换为驱动信号输出到隔爆电磁阀；隔爆电磁阀控制液压马达的启闭，从而驱动液压油缸进行防水闸门的开启或闭合；压力传感器为本质安全型的，设置在防水闸门的内侧用来监测防水闸门内侧水压；水位传感器为本质安全型的，设置在防水闸门的内侧用来监测防水闸门内侧水位高度， 压力传感器和水位传感器电气连接间门控制器的采集电路，已将水压水位信息传送给闸门控制器；限位开关为本质安全型的，设置在防水闸门上用来监测防水闸门开启或关闭的极限位置，倾角传感器和陀螺仪为本质安全型的，设置在防水闸门上用来监测防水闸门的倾斜角度，限位开关、倾角传感器和陀螺仪电气连接闸门控制器的采集电路，用于将防水闸门的位置信息传送给间门控制器；语音报警器和声光报警器(未示出)为本质安全型的，用来进行防水间门动作过程中的报警，语音报警器和声光报警器电气连接间门控制器的数字通信接口，当防水闸门动作时，根据需要由闸门控制器控制其发出报警信号；不间断电源(未示出)连接各传感器、闸门控制器等电气部件，用来在矿井停电时，为自动控制系统供电； 视频摄像头和视频监视器为本质安全型的，用来监测防水阀门的动作和巷道内的水况；地面监控中心通过网络转换器(未示出)连接所述视频摄像头、视频监视器和间门控制器，接收视频摄像头、视频监视器的视频信息，接收间门控制器的采集电路采集的数据，并能对闸门控制器进行控制。使用上述防水闸门自动控制系统可以采用多种控制方式，至少包括就地控制、远程控制和自动控制三种，就地控制即为在防水闸门附近的控制方式，例如在没有电的情况下，操作手动阀联通储能器和液压油缸，靠储能器提供能量通过液压油缸驱动防水间门动作；在有电的情况下，使用闸门控制器的控制台输入防水阀门的动作命令，通过闸门控制器的数字通信接口将控制信号发送给电磁驱动装置，再由电磁驱动装置控制隔爆电磁阀通过液压马达推动液压油缸动作，控制防水闸门的关闭与开启；远程控制即为在远程(例如地面)控制防水闸门，例如在地面监控中心向外发送防水阀门的动作命令，通过网络转换器将动作命令发送到闸门控制器上，再由闸门控制器通过间门控制器的数字通信接口将控制信号发送给电磁驱动装置，再由电磁驱动装置控制隔爆电磁阀通过液压马达推动液压油缸动作，控制防水闸门的关闭与开启，远程控制过程中，整个防水闸门的动作过程通过视频摄像头和视频监视器进行监测，以防止防水闸门动作失控或超出所需的范围；自动控制即为根据水位水压情况自动调节防水闸门，例如在闸门控制器上设置水压阀值和水位阀值，通过压力传感器和水位传感器监测防水间门内侧的水压信息和水位信息，并将水位信息和水压信息实时传送给闸门控制器，当水压值超过水压阀值且水位值超过水位阀值时，即意味着巷道内有水害发生，此时闸门控制器自动关闭防水闸门。在自动控制系统中，就地控制、远程控制和自动控制三种控制方式既可以单独实施，也可以是其中任意两种控制方式或三种控制方式组合实施。例如，在正常情况下，使用就地控制，同时在间门传感器上设置相应阀值，防止水灾突然发生时人员来不及操作，一旦发现有水害发生或者有水害的苗头(此时可能还未达到设定的阀值)，则人员迅速撤离灾害地点，通过远程控制驱动防水闸门。以上所述，仅为本发明专利较佳的具体实施方式
，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明专利的保护范围之内。
权利要求
1.一种矿井用防水闸门自动控制系统，包括防水闸门、液压油缸、隔爆电磁阀、手动阀、 泵站、储能器、液压马达、间门控制器、电磁驱动装置、不间断电源、水位传感器、压力传感器、限位开关、角度传感器、陀螺仪、网络转换器、语音报警器、声光报警器、视频摄像头、视频监视器和地面监控中心，其特征在于所述液压油缸连接防水闸门，用于使防水闸门开启或闭合； 所述液压马达连接液压油缸，用于驱动所述液压油缸； 所述泵站连接所述液压马达，向液压马达提供能源；所述储能器一端连接所述泵站，另一端通过所述手动阀连接液压油缸，用于在泵站断电时驱动所述液压油缸；所述间门控制器为本质安全型的，包括采集电路、数字通信接口和控制台，所述采集电路至少可以采集18路开关信号或模拟信号，所述数字通信接口至少包括CAN接口和RS232 接口，所述控制台至少包括30个操作键，1个急停键和1个闭锁键，所述闸门控制器输出本安信号到电磁驱动装置实现对隔爆电磁阀的控制；所述的电磁驱动装置为本质安全型的，其接收间门控制器发送来的本安信号，将其转换为驱动信号输出到隔爆电磁阀；所述的隔爆电磁阀控制液压马达的启闭，从而驱动液压油缸进行防水闸门的开启或闭合；所述的压力传感器为本质安全型的，设置在防水闸门的内侧用来监测防水闸门内侧水压；所述的水位传感器为本质安全型的，设置在防水闸门的内侧用来监测防水闸门内侧水位高度，所述压力传感器和所述水位传感器电气连接间门控制器的采集电路；所述限位开关为本质安全型的，设置在防水闸门上用来监测防水闸门开启或关闭的极限位置，所述的倾角传感器和陀螺仪为本质安全型的，设置在防水闸门上用来监测防水闸门的倾斜角度，所述限位开关、所述倾角传感器和所述陀螺仪电气连接闸门控制器的采集电路；所述语音报警器和声光报警器为本质安全型的，用来进行防水间门动作过程中的报警，所述语音报警器和声光报警器电气连接间门控制器的数字通信接口 ； 所述的不间断电源用来在矿井停电时，为自动控制系统供电； 所述视频摄像头和视频监视器为本质安全型的，用来监测防水阀门的动作和巷道内的水况；所述地面监控中心通过网络转换器连接所述视频摄像头、视频监视器和间门控制器， 接收视频摄像头、视频监视器的视频信息，接收间门控制器的采集电路采集的数据，并能对闸门控制器进行控制。
2.根据权利要求1所述的防水闸门自动控制系统，其特征在于所述闸门控制器包括处理器，所述处理器分别与采集电路、数字通信接口和控制台电气连接。
3.使用如权利要求2所述的防水闸门自动控制系统的防水闸门控制方法，其特征在于包括就地控制、远程控制和自动控制三种控制方式，所述就地控制包括在没有电的情况下，操作手动阀联通储能器和液压油缸，靠储能器提供能量通过液压油缸驱动防水闸门动作；在有电的情况下，使用闸门控制器的控制台输入防水阀门的动作命令，通过间门控制器的数字通信接口将控制信号发送给电磁驱动装置，再由电磁驱动装置控制隔爆电磁阀通过液压马达推动液压油缸动作，控制防水闸门的关闭与开启；所述远程控制包括在地面监控中心向外发送防水阀门的动作命令，通过网络转换器将动作命令发送到间门控制器上，再由间门控制器通过间门控制器的数字通信接口将控制信号发送给电磁驱动装置，再由电磁驱动装置控制隔爆电磁阀通过液压马达推动液压油缸动作，控制防水闸门的关闭与开启，远程控制过程中，整个防水闸门的动作过程通过视频摄像头和视频监视器进行监测；所述自动控制包括在间门控制器上设置水压阀值和水位阀值，通过压力传感器和水位传感器监测防水闸门内侧的水压信息和水位信息，并将水位信息和水压信息实时传送给闸门控制器，当水压值和水位值分别超过水压阀值和水位阀值时，闸门控制器自动关闭防水闸门。
4.如权利要求3所述的防水闸门控制方法，其特征在于，所述防水闸门自动控制系统中，就地控制、远程控制和自动控制三种控制方式既可以单独实施，也可以是其中任意两种控制方式或三种控制方式组合实施。
全文摘要
一种矿井用防水闸门自动控制系统及其控制方法，包括防水闸门、液压油缸、隔爆电磁阀、手动阀、泵站、储能器、液压马达、闸门控制器、电磁驱动装置、不间断电源、水位传感器、压力传感器、限位开关、角度传感器、陀螺仪、网络转换器、语音报警器、声光报警器、视频摄像头、视频监视器和地面监控中心。本自动控制系统具有纯液压系统手动控制、电控系统手动控制和自动程序控制、远程控制和自动控制等多种操作模式，实现了多级的安全策略，保证了闸门控制系统的可靠性。
文档编号F15B21/08GK102493843SQ20111038873
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月30日 优先权日2011年11月30日
发明者牛剑峰, 王巍, 邱程鹏, 郭卓越 申请人:北京天地玛珂电液控制系统有限公司