一种智能型水泵用二回路组合真空磁力启动器的制作方法

本实用新型涉及抽排水领域，特别涉及一种矿用自动化抽排水控制的组合式开关装置。

背景技术：

目前，煤矿井下巷道和工作面的排水工作一般采用人工控制排水的方法，积水较多时，开启抽水泵，抽水完成后，关闭抽水泵；人工控制的方法，需要严格执行相关安全管理规程，否则，可能会因为作业人员的疏忽大意，导致安全事故的发生，如：抽水完成后，忘记关闭抽水泵，使得水泵在抽完水后长时间运转造成水泵损坏、甚至将水泵烧毁；或者水位升高、积水较多时，无法及时开启水泵，导致设备淹没进水，严重时造成机电事故及人身伤害；或者，他们每天重复着定时巡查水位-灌泵-排气-开泵-观察水位-停泵-巡查水位的工作，劳动强度大，又保证不了及时的排水任务的完成。而因操作人员的失误，造成淹泵，淹巷，干转烧泵，粘缸烧电机等事故常有发生，生产效率低下。

因此，具有自动排水功能的控制装置显得尤为重要，对实现智能化矿井具有实际意义。

为了提高生产效率，实现自动化控制，多数企业都采用有各种类型的水泵自动控制装置。但是，目前市场上的所谓水泵自动控制装置，少则几万，多则十几万一台，设备体积大又重，控制复杂故障又多，而且大多只能适用于潜水泵，对于要求灌泵、排气、故障重启、故障切换等控制功能，更是无法实现。这也是他们的最大技术缺陷所在和不被推广使用的主要原因。

技术实现要素：

本实用新型克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种智能型水泵用二回路组合真空磁力启动器。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：智能型水泵用二回路组合真空磁力启动器，包括壳体、主回路、控制回路、水位检测回路和plc控制器模块；

所述主回路中，三相电源经隔离换向开关hgk后，一路经真空接触器1km的主触点1km1和电机智能综合保护器jdb1的电流互感器后与主水泵电机连接，另一路经真空接触器2km的主触点2km1和电机智能综合保护器jdb2的电流互感器后与备用水泵电机连接；

所述控制回路中，变压器bk1的一次侧通过熔断器1rd与隔离换向开关hgk的输出端连接，二次侧分别输出三组控制电源，第一组电源t1输出两路，其中第一支路中，第一电源的一端经熔断器2rd、急停开关ja、电机智能综合保护器jdb1的输出端子、中间继电器1zj、手自动选择开关k1的自动位置、二极管d19、继电器1j的常开触点后与第一支路的另一端连接，急停开关ja的输出端还经中间继电器1zj的常开触点1zj1和真空接触器1km后与第一组电源的另一端连接；第二支路中，第一组电源t1的一端经熔断器3rd、与急停开关ja、电机智能综合保护器jdb2的输出端子、中间继电器2zj、手自动选择开关k1的自动位置、二极管d21、继电器3j的常开触点后与第一组电源t1的的另一端连接，急停开关ja的输出端还经中间继电器2zj的常开触点2zj1和真空接触器2km后与第一组电源的另一端连接；第二组电源作为36v输出的一端经熔断器4rd后，分别经继电器0j的常开触点0j1、0j2和继电器2j的常开触点2j1和2j2后分别与输出端子1、2、3、4连接，输出端子1、2分别用于连接主水泵的灌泵电磁阀和排气电磁阀，输出端子3、4分别用于连接备用水泵的灌泵电磁阀和排气电磁阀，第二组电源的另一端作为0v输出公共端子；第三组电源的两端经熔断器5rd后分别与plc控制器的引脚l和引脚n连接，作为plc控制器的电源；

所述水位检测回路包括设置在泵体上的温度传感器、设置在出水管上的压力传感器（9）和探头设置在水仓内的水位监测装置；

所述plc控制器模块包括plc控制器，继电器0j~5j、声光报警器jh、时间继电器kt1和时间继电器kt2，所述plc控制器的输入端引脚i0.0与主水泵电机上的温度传感器的输出端连接，引脚i0.1与主水泵电机上的压力传感器的输出端连接，引脚i0.2与时间继电器kt1的常开触点连接，引脚i0.3与真空接触器1km的辅助触点1km3连接，引脚i0.4与备用水泵电机上的温度传感器的输出端连接，引脚i0.5与备用水泵电机上的压力传感器的输出端连接，引脚i0.6与时间继电器kt2的常开触点连接，引脚i0.7与真空接触器2km的辅助触点2km3连接，引脚i1.0与高水位输出连接，引脚i1.1与低水位输出连接，引脚i1.2与复位按钮fa连接，引脚i1.3与停止按钮ta连接，引脚i1.4与瓦斯风电闭锁输出连接；输出端引脚i0.0~引脚i0.5分别与继电器0j~5j连接，引脚i0.1与继电器0j连接，声光报警器jh的一端与plc控制器的端子m连接，另一端分别经继电器4j和5j的常开触点、电机智能综合保护器jdb1和jdb2的接点后与plc控制器的电源端子l+连接，时间继电器kt1和kt2分别与继电器0j和继电器2j的常开触点串联后连接在plc控制器的电源端子l+和端子m之间。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：本实用新型提供了一种智能型水泵用二回路组合真空磁力启动器，可以同时控制2台（主、备用）水泵的运行，其根据水泵压力和温度和水位的检测，可以实现水泵的灌泵、排气、抽水、故障重启、故障报警上传、瓦斯/风电闭锁等功能，并具有故障时主、备水泵自动切换运行等功能，可以实现水泵抽排水自动控制的目的。

附图说明

图1为本实用新型实施例中主回路的电路原理图；

图2为本实用新型实施例中控制回路的部分电路原理图；

图3为本实用新型实施例中plc控制器模块的电路原理图；

图4为本实用新型实施例中水泵的传感器、电磁阀等布置示意图；

图5为本实用新型实施例中壳体外形结构示意图；

图6为本实用新型实施例中接线腔的示意图；

图7为本实用新型实施例中下本体腔内主要元器件的布置图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本实用新型中的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1~7所示，本实用新型实施例提供了一种智能型水泵用二回路组合真空磁力启动器，包括壳体、主回路、控制回路、水位检测回路和plc控制器模块。

如图1所示，所述主回路中，三相电源经隔离换向开关hgk后，一路经真空接触器1km的主触点1km1和电机智能综合保护器jdb1的电流互感器后与主水泵电机连接，另一路经真空接触器2km的主触点2km1和电机智能综合保护器jdb2的电流互感器后与备用水泵电机连接。

阻容过电压吸收装置rc与真空接触器km的输出侧端子相连接。电机智能综合保护器jdb具有漏电闭锁、失压、断相、三相不平衡、过载、短路等保护功能，并有相应的故障报警，是一款技术较成熟功能完善可靠、应用广泛的电动机保护器，每回路个设置一个jdb保护器，用于电机设备故障时能自动保护停机。该保护器的主要功能有：1、设定功能：额定电流、保护电流曲线、启动时间、三相不平衡、堵转倍数、漏电电流值、通讯地址等。2、保护功能：过流、三相不平衡、短路、漏电闭锁、断相。 3、显示功能：通过r485通讯接口连接液晶显示屏d1、d2，可实时显示运行状态、三相电压、电流、漏电值、故障等信息。4、远传功能：具有4-20ma标准电流输出信号。5、通讯功能：通过rs485串行通讯与计算机可构成256台保护器常规控制网络，实现远程数据设定及显示报警、远程启动、停止控制等。其主水泵回路的保护器jdb1的14＃、9＃为保护器36v交流电源，取自继电器回路36v的14-9#线；13＃为保护器输出端子，与中间继电器1zj的吸合线圈的13#线连接；33#为漏电闭锁检测线，经中间继电器1zj的延时闭合接点1zj2和接触器1km3的常闭接点隔离后与d3相电源线连接。备用水泵回路的保护器jdb2的24＃、9＃为保护器36v交流电源，取自继电器回路36v的24-9#线；23＃为保护器输出端子，与中间继电器2zj的吸合线圈的23#线连接；33#为漏电闭锁检测线，经中间继电器2zj的延时闭合接点2zj2和接触器2km3的常闭接点隔离后与d6相电源线连接。显示屏d1、d2分别与jdb1、jdb2的rs485接口相连接，实时显示电机的运行状态。

如图1和2所示，所述控制回路中，变压器bk1的一次侧通过熔断器1rd与隔离换向开关hgk的输出端连接，电源连接有660v、1140v选择端子；二次侧分别输出三组控制电源t1、t2和t3，其电压分别为36v、36v和180v。

如图2所示，第一组电源t1输出两路，其中第一支路中，第一电源的一端经熔断器2rd、急停开关ja、电机智能综合保护器jdb1的输出端子、中间继电器1zj、手自动选择开关k1的自动位置、二极管d19、继电器1j的常开触点后与第一支路的另一端连接，急停开关ja的输出端还经中间继电器1zj的常开触点1zj1和真空接触器1km后与第一组电源的另一端连接。

第二支路中，第一组电源t1的一端经熔断器3rd、与急停开关ja、电机智能综合保护器jdb2的输出端子、中间继电器2zj、手自动选择开关k1的自动位置、二极管d21、继电器3j的常开触点后与第一组电源t1的的另一端连接。急停开关ja的输出端还经中间继电器2zj的常开触点2zj1和真空接触器2km后与第一组电源的另一端连接。

其中，如图2所示，控制回路还包括停止按钮1ta、停止按钮2ta、启动按钮1qa、启动按钮2qa和远近控选择开关k2；所述继电器1zj的输出端经手自动选择开关k1的手动位置、停止按钮1ta、远近控选择开关k2的近控位置、启动按钮1qa后与输出端子2k连接，真空接触器1km的辅助触点1km2并联连接在远近控选择开关k2和启动按钮1qa两端，输出端子2k通过远近控选择开关k2的近控位置与第一组电源的另一端连接，停止按钮1ta还通过远近控选择开关k2的远控位置与输出端子1k连接，继电器1j的常开触点还通过远近控选择开关k2的远控位置与输出端子3k连接；所述继电器2zj的输出端经手自动选择开关k1的手动位置、停止按钮2ta、远近控选择开关k2的近控位置、启动按钮2qa后与输出端子5k连接，真空接触器2km的辅助触点2km2并联连接在远近控选择开关k2和启动按钮2qa两端，输出端子5k通过远近控选择开关k2的近控位置与第一组电源的另一端连接，停止按钮1ta还通过远近控选择开关k2的远控位置与输出端子41k连接，继电器1j的常开触点还通过远近控选择开关k2的远控位置与输出端子6k连接；

输出端子1k、2k、3k和输出端子4k、5k、6k用于连接远方操作双按钮。

其中，如图2所示，控制回路还包括发光二极管d20、发光二极管d22，二极管d23、二极管d24，电容c1和电容c2，所述电容c1并联连接在中间继电器1zj两端，所述二极管d23反向并联在中间继电器1zj两端，输出端子2k通过发光二极管d20和远近控选择开关k2的近控位置与第一组电源的另一端连接；所述电容c2并联连接在中间继电器2zj两端，所述二极管d24反向并联在中间继电器2zj两端，输出端子5k通过发光二极管d22和远近控选择开关k2的近控位置与第一组电源的另一端连接。与中间继电器1zj相并联的电容c123和二极管d1的作用是防止继电器1zj误动作。与中间继电器2zj相并联的电容c2和二极管d24的作用是防止继电器2zj误动作。

如图2所示，第二组电源t2作为36v输出的一端经熔断器4rd后，分别经继电器0j的常开触点0j1、0j2和继电器2j的常开触点2j1和2j2后分别与输出端子1、2、3、4连接，输出端子1、2分别用于连接主水泵的灌泵电磁阀和排气电磁阀，输出端子3、4分别用于连接备用水泵的灌泵电磁阀和排气电磁阀，第二组电源的另一端作为36v输出公共端子；

此外，如图2所示，第三组电源180v经熔断器5rd后还连接隔离变压器bk2的一次侧，隔离变压器bk2的二次侧经本安电源ibd后输出24v到输出端子24v、gnd。此外，第三组电源的两端熔断器5rd后还分别与plc控制器的引脚l和引脚n连接，作为plc控制器的电源。

如图3所示，第三组电源的两端分别与plc控制器的引脚l和引脚n连接，作为plc控制器的电源。其中，如图4所示，所述plc控制器模块包括plc控制器，继电器0j~5j、声光报警器jh、时间继电器kt1和时间继电器kt2，所述plc控制器的输入端引脚i0.0与主水泵电机上的温度传感器的输出端连接，引脚i0.1与主水泵电机上的压力传感器的输出端连接，引脚i0.2与时间继电器kt1的常开触点连接，引脚i0.3与真空接触器1km的辅助触点1km3连接，引脚i0.4与备用水泵电机上的温度传感器的输出端连接，引脚i0.5与备用水泵电机上的压力传感器的输出端连接，引脚i0.6与时间继电器kt2的常开触点连接，引脚i0.7与真空接触器2km的辅助触点2km3连接，引脚i1.0与高水位输出连接，引脚i1.1与低水位输出连接，引脚i1.2与复位按钮fa连接，引脚i1.3与停止按钮ta连接，引脚i1.4与瓦斯风电闭锁输出连接；输出端引脚i0.0~引脚i0.5分别与继电器0j~5j连接，引脚i0.1与继电器0j连接，声光报警器jh的一端与plc控制器的端子m连接，另一端分别经继电器4j和5j的常开触点、电机智能综合保护器jdb1和jdb2的接点后与plc控制器的电源端子l+连接，时间继电器kt1和kt2分别与继电器0j和继电器2j的常开触点串联后连接在plc控制器的电源端子l+和端子m之间。

此外，如图3所示，所述plc控制器模块还包括发光二极管d1~d18，发光二极管d1~d8分别串接在plc控制器的输入端引脚i0.0~i0.7上，发光二极管d9串接在plc控制器的输入端引脚i1.4上，发光二极管d10~d14分别串接在plc控制器的输出端引脚q1.4~q0.2上，发光二极管d15~d18分别串联在声光报警器jh与继电器4j和5j的常开触点、电机智能综合保护器jdb1和jdb2的接点之间。其中，发光二极管d1--d9为输入信号指示灯。l+经“手动/自动”选择开关k的“自动”档，输出24v给传感器和继电器、水位指示器等提供电源。发光二极管d15-d18用于故障报警的故障指示。发光二极管d10-d14用于plc控制器的输出继电器吸合指示灯。plc的24v输出公共端m经“手动/自动”选择开关k后与1l、2l相连接。

其中，plc控制器采用西门子s7-200工业计算机用可编程控制器，以及与其匹配的td200显示器，文本显示器td200通过td/cpu电缆与plc的rs-485通讯接口连接，可实时显示1#水泵回路和2#水泵回路的运行状态、jdb工作状态、水泵的泵体温度、出水压力、各电磁阀工作状态、水仓水位、瓦斯/风电闭锁状态等信息。plc控制器的另一个rs-485通讯接口与输出端子rs连接，用于与调度值班室的通信。

此外，虚线框hlw内表示水位监测装置示意图，赤、橙、黄、绿、青、蓝、红等颜色的led指示灯亮依次表示水位由浅到深，其中l为水泵控制的低水位点，h为水泵控制的高水位点，红色表示超限警告水位。水位指示灯的亮灭由其中的水位监测装置内的干簧管控制，干簧管的动作由水仓中的水位浮子随水位的高低位置控制。

如图4所示，为本实用新型中水泵上的传感器、电磁阀等布置示意图。本实用新型可同时控制两台水泵排水，水泵分为1#水泵（主水泵），和2#水泵（备水泵），其中1为水泵电动机m，2为水泵泵体，3为水泵底阀，4为出水管，5为单向闸阀，灌泵电磁阀6分别连接与单向闸阀的两端，排气电磁阀7连接与泵体的排气孔，出水压力传感器8安装在出水管4的上面，泵体温度继电器9紧贴泵体2安装固定，水位监测装置10的水位探头深入水仓适当深度，其接线盒通过线路与水位指示灯连接。其中，设置在泵体2上的温度传感器8、设置在出水管4上的压力传感器9和探头设置在水仓内的水位监测装置10构成了水位检测回路，其通过传感器将水泵的相关参数反馈给plc控制器，实现水泵的自动控制。

如图5和图6所示，为本实用新型的壳体外形结构示意图和接线腔示意图，启动器由装在撬形底架上的方形隔爆外壳，本体装配（包括可拆装的控制板装配），前门及电器件装配等部分组成。壳体是由钢板焊接而成的具有隔爆性能的防爆壳体，其内设置有位于上方的上接线腔和位于下方的下本体腔，上接线腔分为电源接线腔a、负荷接线腔b、接线腔c三个互不相通的腔体。所述壳体为防爆壳体，所述上接线腔包括互不相通的电源接线腔a、负荷接线腔b和接线腔c，其中电源接线腔a内设置有三个通向下本体腔的电源接线柱x1、x2、x3和接地接线柱，电源接线腔a通过进线装置22与外接电源连接，负荷接线腔b腔体内设置有用于控制两个回路负载的接线柱d1、d2、d3、d4、d5、d6以及接地接线柱，接线柱d1、d2、d3和接线柱d4、d5、d6分别通过进线装置22与外部主水泵电机和备用水泵电机连接；接线腔c内设置有用于连接外部传感器和电磁阀的接线端子排13和与下本体腔相连接的九芯接线座12。

所述接线腔c的腔体前面观察窗20内还设置有td200型液晶显示屏11，液晶显示屏11通过数据线与plc相连接，观察窗下方设置有按钮21，所述按钮21包括复位按钮fa、停止按钮ta、手自选择开关k1，所述接线腔c的腔体后侧外部设置有8个进线装置14。

所述下本体腔前方设置有两扇法兰快开门，所述两扇法兰快开门之间设置有闭锁装置16，门上设置有状态显示窗15，状态显示窗15内分别安装有显示屏d1和显示屏d2，显示屏d1和显示屏d2分别与电机智能综合保护器jdb1和电机智能综合保护器jdb2的输出端连接；本体腔右侧设置有及急停按钮ja和电源隔离开关手柄18，并与前门具有相互锁的机械连接，所述下本体腔用于设置电路元器件，所有主回路和控制回路的线路及控制元件全部设置在本体腔内部。

本实用新型工作过程如下：

1、正常情况下，“手动/自动”选择开关k1打在“自动”位置，plc控制器根据各传感器的信号进行抽排水工作。即当水位达到上限h时，plc控制器通过引脚q0.0控制继电器0j吸合，使主水泵的灌泵电磁阀6和排气电磁阀7得电打开，开始给水泵灌泵。灌泵时间到泵体内充满水后，继电器0j释放，电磁阀关闭，继电器1j吸合，中间继电器1zj吸合，真空接触器1km得电吸合，电机1m得电启动运转，1#（主）水泵开始抽水。直到水位下降到水位下限l时，水泵自动停止运转，结束排水作业。如果1#水泵运转3分钟后，出水管出水不足，压力低于传感器8的设定压力，或者水泵泵体的温升高于温度继电器9设定的温度时，则plc控制器通过输出端引脚q0.1控制继电器1j，可以停止1#水泵电机的运转，并通过输出端引脚q0.0控制继电器0j，可以重新执行灌泵--排气--启动的程序，直到水泵抽排水运转正常。

2、在主水泵出现故障的情况下，例如，如果经15分钟内或者5次重复灌泵--排气--启动过程，1#（主）水泵仍然不能满载运转工作，则plc控制器将工作水泵切换至2#（备用）水泵，按照灌泵、排气、启动的程序继续进行抽排水作业，直到水位下降到下限l时，水泵自动停止运转，结束排水作业。同时，继电器4j吸合，发出30秒的声光报警，并通过通讯电缆将1#水泵的故障信号上传至调度值班室。如果是电机或电路故障，则电机智能综合保护器jdb1会立即动作，并接通声光报警器jh发出报警，提醒值班人员通知维修人员检查处理故障水泵。同时自动切换至2#水泵进行排水。

如果备用水泵也不能满载运转工作，那么，plc控制器停止2#水泵的启动，结束自动抽排水程序。同时，继电器5j吸合，发出声光报警，并通过通讯电缆将1#水泵的故障信号上传至调度值班室。如果是电机或电路故障，则电机智能综合保护器jdb2会立即动作，并接通声光报警器jh发出报警。直到维修人员到达现场，手动复位，才停止报警。

3维修人员到达现场后，为防止水位超限或水淹水泵设备等事故发生，可暂时将“手动/自动”选择开关k1打在“手动”位置，“远/近控”开关k2打在“远控”位置，利用本地按钮起停水泵，灌泵排气同样依靠手动的传统方式进行操作。待水泵检修完毕后，再将水泵恢复到自动控制方式。

本实用新型采用可编程控制器plc做控制核心，线路简洁，抗干扰能力强，稳定性高，可靠性好，故障率低，体积小，重量轻，结构紧凑，设计合理，功能齐全，保护完善，安装方便，维护简单，实用可靠，使抽排水作业完全实现了自动化控制的目的，消除了安全隐患，提高了经济效益，减轻了工人的劳动强度，保证了工人的身体健康和人身安全；有效防止过流、过热、干抽、烧缸等事故，或者瓦斯等其他事故的发生，极大地提高了生产效率，促进了安全生产。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。