井下小水仓水泵智能监测与控制方法及系统与流程

1.本发明涉及煤矿生产技术领域，尤其涉及一种井下小水仓水泵智能监测与控制方法及系统。


背景技术：

2.煤矿井下的涌水由井下各个岩层渗出水组成，涌水沿各巷道排水沟流入水仓积存，井下排水系统是煤炭矿井的关键系统之一。
3.在煤矿企业实际生产过程中，传统的顺槽小水仓多选用水位控制排水系统，此运行方式采用现场控制，需要在每个点都配置巡检工，所有设备均在现场操作，工作量大且劳动生产率低，加之小水仓排水设备多且分布较分散、相距较远，每个岗位都设置岗位工不现实，只能依靠巡检。
4.然而，巡查人员需要在数千米巷道内来回巡查，不能不间断监视每一处排水点，如果仅靠人工巡检发现问题则会导致故障检测不及时，工作人员无法及时获取系统运行状况及设备状况。往往是一旦设备出现问题(如水泵出现卡堵或管路跑水时)，巡查人员发现故障时已经造成巷道淹没或水泵、开关等设备损坏的问题，只能临时通知维修人员到现场判断故障点，故障恢复时间较长，对生产和安全的影响较大。


技术实现要素：

5.鉴于现有技术存在的不足，本发明提供了一种井下小水仓水泵智能监测与控制方法及系统，可以显著提高设备的安全可靠性，实现设备集中监控，及时发现问题，减少操作人员并提高设备运行效率，达到真正提高企业经济效益的目标。
6.为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：
7.一种井下小水仓水泵智能监测与控制方法，包括：
8.获取抽水池的水位；
9.当抽水池的水位高于最低水位值时，启动水泵；
10.获取水泵的出水管上的排水压力；
11.当所述排水压力不大于最低压力值时，停止水泵的运行。
12.作为其中一种实施方式，所述水泵、所述抽水池均为多个，每个所述抽水池均对应设有一个所述水泵，所有水泵的出水管分别连接至总出水管路；
13.在启动水泵前，井下小水仓水泵智能监测与控制方法还包括：
14.分别检测各水泵的出水管的流量；
15.当各水泵的出水管的流量不同时，停止水泵的运行。
16.作为其中一种实施方式，在启动水泵前，井下小水仓水泵智能监测与控制方法还包括：
17.当各水泵的出水管的流量相同时，检测水泵是否存在故障。
18.作为其中一种实施方式，当所述排水压力大于最低压力值后，所述井下小水仓水
泵智能监测与控制方法还包括：
19.检测每台水泵出水管的出水闸阀是否打开到位；
20.当每台水泵出水管的出水闸阀打开到位后，检测各水泵的出水管的流量；
21.当某一水泵的出水管的流量小于最低流量值时，停止该水泵的运行。
22.作为其中一种实施方式，每台所述水泵旁连接有一个控制箱，每个所述控制箱上均设有用于控制与其连接的水泵的启停的开关；
23.井下小水仓水泵智能监测与控制方法还包括：通过控制各水泵旁的控制箱的开关，改变对应水泵的启停状态。
24.作为其中一种实施方式，所述井下小水仓水泵智能监测与控制方法还包括通过同时连接所有的所述控制箱的控制台改变对应水泵的启停状态。
25.作为其中一种实施方式，所述井下小水仓水泵智能监测与控制方法还包括：当检测到的参数不符合要求而无法启动水泵或停止水泵的运行时，将检测到的不符合要求的参数发送给所述控制箱和/或所述控制台，并发出警报信息。
26.本发明的另一目的在于提供一种井下小水仓水泵智能监测与控制系统，小水仓包括抽水池和沉淀池，水泵的进水管连接所述抽水池；
27.所述井下小水仓水泵智能监测与控制系统包括：
28.液位计，设于所述抽水池内，用于测量所述抽水池的水位；
29.压力表，连接在所述水泵的出水管上，用于测量排水压力；
30.控制箱，设于所述水泵旁并同时连接所述水泵、所述液位计、所述压力表，用于在所述抽水池的水位高于最低水位值时控制所述水泵启动，在所述水泵启动后判断所述排水压力是否大于最低压力值，并在所述排水压力不大于最低压力值时控制所述水泵停止运行。
31.作为其中一种实施方式，所述井下小水仓水泵智能监测与控制系统还包括超声波泥水界面仪，所述超声波泥水界面仪设于所述沉淀池内，用于测量池底污泥的厚度，所述控制箱还用于在所述污泥的厚度超过最大厚度值时控制所述水泵停止工作。
32.作为其中一种实施方式，所述井下小水仓水泵智能监测与控制系统还包括控制台，所述水泵、所述抽水池均为多个，每个所述抽水池均对应设有一个所述水泵、一个所述液位计、一个所述压力表和一个所述控制箱，所有水泵的出水管分别连接至总出水管路，所述控制台同时连接所有的所述控制箱。
33.本发明可以根据抽水池的水位自动控制水泵启动和停止，又能在水泵启动后根据水泵出水管上的排水压力异常时停止水泵的运行，实现小水仓排水的自动化。同时，本发明还可在系统参数不符合要求，如顶流、水泵故障、水位过低、排水压力过低、污泥过多、出水闸阀未打开到位、水泵出水流量过低等情况发生时，自动发出警报，以便操作人员及时知晓并做出相应的处理，实现了设备的集中监控，减少了操作人员并提高了设备运行效率和可靠性，达到了真正提高企业经济效益的目标。
附图说明
34.图1为本发明实施例的一种井下小水仓水泵智能监测与控制系统的结构示意图；
35.图2为本发明实施例的一种井下小水仓水泵智能监测与控制方法示意图；
36.图3为本发明实施例的又一种井下小水仓水泵智能监测与控制方法示意图。
具体实施方式
37.在本发明中，术语“设置”、“设有”、“连接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
38.术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
39.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
40.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。
41.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
42.参阅图1，本发明实施例提供了一种井下小水仓水泵智能监测与控制系统，小水仓包括抽水池1和沉淀池2，水泵的进水管连接抽水池1。煤矿井下的涌水进入小水仓积存，沉淀池2内的淤泥沉积于其底部，抽水池1则存储经过沉积后的清水。这里，水泵优选为潜水泵，抽水池1和沉淀池2成对出现，优选二者均具有多个，每个抽水池1连接一个水泵(如图1的1#、2#，
……
，n#)，所有水泵的出水管连接同一个总出水管路10。
43.例如，水仓尺寸为3m
×
3m，包含沉淀池、抽水池2个水池，水深约1.5米，流量大约为100m3/h。
44.本实施例的井下小水仓水泵智能监测与控制系统主要包括：液位计4、压力表5、控制箱6，其中，液位计4设于抽水池1内，用于测量抽水池1的水位；压力表5连接在水泵的出水管上，用于测量排水压力，水泵的出水管上还安装有出水闸阀k，用于正常排水；控制箱6设于水泵旁并同时连接水泵、液位计4、压力表5，用于在抽水池1的水位高于最低水位值时控制水泵启动，在水泵启动后判断排水压力是否大于最低压力值，并在排水压力不大于最低压力值时控制水泵停止运行。同时，控制箱6在抽水池1的水位低于最低水位值时，也可自动控制水泵停止运行，还可以在参数不符合要求而无法启动水泵或停止水泵的运行时，发出警报信息(警报信号，如蜂鸣、弹窗显示)，并将检测到的不符合要求的参数记录或上传给控制台7，与此同时，控制台7也可以发出警报信息(警报信号，如蜂鸣、弹窗显示)。
45.为了避免抽水池、沉淀池的污泥太多，导致水泵启停频繁或者发生堵塞，本实施例
的井下小水仓水泵智能监测与控制系统还包括超声波泥水界面仪3。该超声波泥水界面仪3设于沉淀池2内，用于实时测量池底污泥的厚度，当超声波泥水界面仪3检测到污泥的厚度超过最大厚度值时，则控制箱6控制水泵停止工作。
46.超声波泥水界面仪3的工作原理是利用换能器在水中发出超声波，超声波发射一束波，碰到泥水分层时会返回一束波，反射回换能器，根据声波往返的时间和所测水域中声波传播的速度，就可以求得障碍物与换能器之间的距离d。在已知水池高度h时，可以计算出污泥到池底的高度h。通过测量发射与接收的时间差，根据声波的传播速度，计算出测量距离。其测量公式如下：d＝v*t/2，h＝h
‑
d，其中，d为测量距离，v为声波在液体传播的速度，t为声波在液体中传播的时间，h为预先设定的换能器表面到池底的距离，h为污泥到池底的高度。液位计4也可以采用超声波液位计，其测量原理同超声波泥水界面仪3。
47.为了检测各水泵的出水管的流量，本实施例还在每个水泵的出水管处安装有超声波流量计t，当检测到各水泵的出水管的流量不同时，则说明各水泵功率不一致，则控制箱6停止流量不一致的水泵的运行，避免发生顶流。
48.井下小水仓水泵智能监测与控制系统还包括控制台7，区别于控制箱6，控制箱6是位于地下的水泵旁，而控制台7则远离水泵，可位于地面，作为远程的集控台，分别控制各个水泵的工作状态。这里，水泵、抽水池1均为多个，每个抽水池1均对应设有一个水泵、一个液位计4、一个压力表5和一个控制箱6，所有水泵的出水管分别连接至总出水管路10，控制台7同时连接所有的控制箱6。
49.各控制箱6获取的水泵运行状态和小水仓的参数都可以通过控制台7直接获取，控制台7则可以根据获取的参数分别控制各个水泵。控制台7可以包括可编程控制器(plc)、计算机，plc用于采集各种信号，计算机用于根据plc的采集信号控制水泵的启动、停止以及显示各种参数和运行信息(例如，水泵的工作状态、水仓水位、水泵的流量、电机的工作电流等参数)。控制箱6可以具有触摸屏。触摸屏可以作为手动控制指令输入方式之一，可以替换为键盘输入，也可以为键盘与触摸屏相结合的输入方式，在控制箱6的触摸屏或小水仓现场的仪表上能够显示：水泵运行状态、电机电流、水泵流量、水仓水位、污泥厚度。
50.另外，本实施例的井下小水仓水泵智能监测与控制系统还可以包括矿用摄像仪8，通过将矿用摄像仪8安装在水泵附近，通过光缆传输到矿用隔爆显示器进行显示，在硐室即可对水泵的运行过程进行实时图像监视。
51.通过以上设置，本实施例实现了就地/远程、自动/手动、正常/检修相组合的多种模式的控制方式，具体模式的运行方式如下：
52.就地/远程模式：就地模式，即在本地的控制箱6上操作设备，远程模式，即在地面的控制台7控制所有设备。
53.自动/手动模式：自动模式下，控制台7控制所有设备，并显示水泵的工作状况和各种故障，而在此过程中，plc采集各种信号，控制台7按照工艺流程及plc闭锁程序顺序控制水泵的开启，由液位计4连续检测水仓水位，根据水位及其他因素，合理调度自动开停水泵，当水泵出现故障时，控制台7还能够及时发出警报；手动模式下，操作工人根据水仓显示的水位人工开停水泵，水泵电机的开、停则由plc自动执行。系统运行的主要参数可以通过设备所在地的局域网络上传到远程的集团公司和矿调度室。
54.检修模式：检修模式下，不可操作水泵电机，只用于设备检修。
55.如图2所示，本实施例还提供了一种井下小水仓水泵智能监测与控制方法，主要包括：
56.s01、获取抽水池1的水位；
57.s02、当抽水池1的水位高于最低水位值时，启动水泵；
58.s03、获取水泵的出水管上的排水压力；
59.s04、当排水压力不大于最低压力值时，停止水泵的运行。
60.具体地，水泵、抽水池1均为多个，每个抽水池1均对应设有一个水泵，所有水泵的出水管分别连接至总出水管路10。结合图2所示，在启动水泵前，还需要实现检查水泵是否具备运行条件。例如，在s02步骤中启动水泵前，井下小水仓水泵智能监测与控制方法还包括：分别检测各水泵的出水管的流量(如图2所示的步骤s001)；当各水泵的出水管的流量不同时，则各水泵功率不一致而发生顶流，停止水泵的运行。又例如，在s02步骤中启动水泵前，井下小水仓水泵智能监测与控制方法还包括：当检测到各水泵的出水管的流量相同时，再检测水泵是否存在故障(如图2所示的步骤s002)，如水泵存在故障，则发出警报，水泵不开启，如无故障，则继续下一步骤s02。
61.作为其中一种实施方式，当s03步骤中检测到的排水压力大于最低压力值后，井下小水仓水泵智能监测与控制方法还包括：
62.s05、检测每台水泵出水管的出水闸阀是否打开到位；
63.s06、当每台水泵出水管的出水闸阀打开到位后，检测各水泵的出水管的流量；
64.s07、当某一水泵的出水管的流量小于最低流量值时，停止该水泵的运行。
65.由于每台水泵旁连接有一个控制箱6，每个控制箱6上均设有用于控制与其连接的水泵的启停的开关，井下小水仓水泵智能监测与控制方法还包括手动模式：通过控制各水泵旁的控制箱6的开关，改变对应水泵的启停状态。井下小水仓水泵智能监测与控制方法还包括自动模式，通过同时连接所有的控制箱6的控制台7改变对应水泵的启停状态。水泵自动停止，则为启动复位状态；当收到停止水泵的命令后，则首先检查出水闸阀是否关到位，然后在停止水泵。
66.井下小水仓水泵智能监测与控制方法还包括：当检测到的参数不符合要求而无法启动水泵或停止水泵的运行时，将检测到的不符合要求的参数(例如，水泵的工作状态、水仓水位、水泵的流量、电机的工作电流等参数)发送给控制箱6和/或控制台7，并发出警报信息。
67.综上所述，本发明可以根据抽水池的水位自动控制水泵启动和停止，又能在水泵启动后根据水泵出水管上的排水压力异常时停止水泵的运行，实现小水仓排水的自动化。同时，本发明还可在系统参数不符合要求，如顶流、水泵故障、水位过低、排水压力过低、污泥过多、出水闸阀未打开到位、水泵出水流量过低等情况发生时，自动发出警报，以便操作人员及时知晓并做出相应的处理，实现了设备的集中监控，减少了操作人员并提高了设备运行效率和可靠性，达到了真正提高企业经济效益的目标。
68.以上所述仅是本技术的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。