矿井主排水自动控制及远程监控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种矿井主排水自动控制及远程监控系统，采用上位机结合下位机的网络型控制结构，上位机包括工控机，下位机包括主副两台操作台、矿用隔爆兼本质安全型电控箱、执行机构和传感器；上位机与下位机通过以太网实时交换数据，再通过执行机构实现对井下排水设备的控制。本发明专利技术为可实现以信息采集存储、自动化控制、数据处理、网络传输为标志的矿井主排水系统实时监测监控管理系统，可有效改善矿井主排水系统管理模式，提高劳动生产率，实现井下中央泵房的无人化、少人化运行。

【技术实现步骤摘要】
矿井主排水自动控制及远程监控系统
本专利技术涉及一种矿井主排水自动控制及远程监控系统，尤其是一种适用于高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井的主排水自动控制及远程监控系统。
技术介绍
随着煤炭行业高产高效的发展，矿井安全问题己成为制约煤炭生产的关键因素。井下排水系统是煤矿生产中四大系统之一，担负着井下积水排除的重要任务，其能否正常运行直接影响着整个矿井生产的安全性。井下排水系统一旦发生故障，不仅影响井下生产，甚至会使矿井淹没，危及生产工人的生命。 当前，我国井下主排水系统可分为人工就地控制系统与自动控制系统两大类。国内大部分煤矿主排水系统还处于人工就地控制阶段，其存在的问题有如下两点:①该方式以人工手动控制为主，因而水位检测精度不高，操作随意性大，无法实现涌水量的实时监测和排水过程的科学调度。涌水量突然增大时，操作人员若未及时发现和处理，将导致重大安全事故的发生。②人工操作无法避免高强度的工作，尤其是闸阀的操作，劳动量最大。另夕卜，国内少数煤矿采用了自动化排水装置，但其控制功能不健全，系统无法实现井下“无人值守”自动化运行，井上人员也无法实时监测监控井下排水设备；系统可靠性差，当PLC或传感器出现故障时，系统将无法进行排水作业。 本专利技术是根据矿井的实际情况，将计算机技术、自动控制技术融为一体，实现排水系统的中央泵房就地控制、井下值班室监控、地面远程监控三级监控；同时本专利技术配备多种后备保护，大大增强了系统的可靠性。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种矿井主排水自动控制及远程监控系统，用于解决现有煤矿井下主排水系统控制功能不健全、可靠性差、地面无法远程监控井下设备等问题，实现矿井主排水系统的自动化、无人化运行。 本专利技术提供的技术方案为:一种矿井主排水自动控制及远程监控系统，系统采用基于组态王软件的上位机结合基于PLC的下位机的网络型控制结构，其中上位机安装于地面，上位机包括工控机和显示屏，其上安装有操作系统软件、组态软件平台和数据库软件以实现对下位机所采集的系统状态数据的分析、判断和处理；下位机安装于井下，包括主操作台、副操作台、矿用隔爆兼本质安全型电控箱、执行机构和传感器，矿用隔爆兼本质安全型电控箱分别与主操作台、副操作台、执行机构和传感器相连接，其中主操作台和副操作台完成系统信息实时显示、操作命令输入和系统报警等功能，矿用隔爆兼本质安全型电控箱完成逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并通过执行机构控制设备动作实现对井下排水设备的数据采集和实时控制，执行机构实现对井下泵用电机、电动阀门的状态返回、控制和保护，传感器完成系统各参数的采集、转变、传输等功能，实现对井下排水设备状态的在线检测； 上位机通过以太网实现与下位机的矿用隔爆兼本质安全型电控箱的远程通讯，实现对系统的报警限值、运行参数等进行在线修改的功能，还可以在授权情况下远程启、停水泵和开、闭阀门，从而实现对井下排水设备的远程控制。 优选地，主操作台和副操作台均采用本安型操作台本体上安装独立矿用隔爆型腔体的结构，本安型操作台本体内嵌蜂鸣器，隔爆型腔体内部安装隔爆显示屏，其中主操作台的本安型操作台本体还内嵌操作面板。 优选地，主操作台安装于井下中央泵房，副操作台安装于井下值班室，实现井下主排水系统的中央泵房就地控制、井下值班室监控和地面远程监控的三级监控。 优选地，主操作台和副操作台的隔爆显示屏分别与矿用隔爆兼本质安全型电控箱通过RS485实现就地通讯。 优选地，所述执行机构包括矿用隔爆型高压启动器和矿用隔爆型阀门电动装置控制箱。 [0011 ] 优选地，矿用隔爆型高压启动器具有就地电动和远程电动两种控制模式，在下位机出现故障时，启动就地电动控制模式实现井下泵用电机的后备控制。 优选地，所述矿用隔爆型阀门电动装置控制箱具有就地电动和远程电动两种控制模式，在下位机出现故障时，启动就地电动控制模式实现井下电动阀门的后备控制。 优选地，所述传感器包括温度传感器、正压传感器、负压传感器、流量传感器、液位传感器、电压变送器和电流变送器。 优选地，所述液位传感器采用非接触式矿用超声波液位传感器，有效减少水仓中煤泥对测量精度的影响；同时还配备矿用投入式液位传感器作为后备检测装置，增强系统液位检测的可靠性。 本专利技术与现有技术相比，具有如下有益效果:(I)采用上位机结合下位机的网络型控制结构，可实现地面远程控制、现场自动控制、现场手动控制和现场检修控制四种控制方式；既适用于现场控制，又适用远程监控，实现以信息采集存储、自动化控制、数据处理、网络传输为标志的矿井主排水系统实时监测监控管理系统，可有效改善矿井主排水系统管理模式，提高劳动生产率，实现井下中央泵房的无人化、少人化运行。 (2)在现场手动控制模式下，操作人员通过主操作台的操作面板控制水泵及阀门的运行，系统根据实时监测的工况参数和电气参数，当出现错误操作和故障时发出报警信息；在现场自动控制模式下，系统根据设定参数、实际工况及“削峰填谷”原则自动控制水泵及阀门联合运行，既可实现多泵顺序轮流工作，也可在特殊情况下，如因涌水量过大而造成水仓水位居高不下或持续攀升，自动控制两台甚至三台水泵同时运行；现场检修控制模式为短时运行方式，是针对故障阀门检修后用于检验修复效果而设计的，具有故障保护退出功能。 (3)上位机用于远程监控井下下位机，不断采集井下报警信息、设备运行信息、传感器数据等参数，对数据进行记录，并对历史数据进行分析、判断和处理，形成报表和历史曲线，上位机可对下位机的报警限值、运行参数等参数进行在线修改，还可以在地面远程控制模式下对井下设备进行控制，实现远程启、停水泵，开、闭阀门等功能。 (4)由于井下中央泵房噪音嘈杂、环境潮湿，不具备人员长期值守条件，一般将值班室设置在与中央泵房相邻的中央变电所内。因此本专利技术同时配备主副两台操作台，主操作台安装于井下中央泵房，副操作台安装于井下值班室；主操作台配备有操作面板，具有信息实时显示、操作命令输入和系统报警等功能；副操作台未配备操作面板，不具备具有操作命令输入功能，只具有信息实时显示和系统报警等功能；结合地面上位机，本专利技术可实现矿井排水系统的中央泵房就地控制、井下值班室监控、地面远程监控三级监控。 (5)矿用隔爆型高压启动器和矿用隔爆型阀门电动装置控制箱具有就地电动和远程电动两种控制模式，在下位机出现故障时，启动就地电动控制模式可实现后备控制；同时配备非接触式矿用超声波液位传感器和投入式液位传感器两种传感器，增强系统液位检测的可靠性。 【附图说明】 图1为本专利技术的系统结构图；图2为本专利技术的系统原理图；图3为本专利技术的设备布局图。 【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术的【具体实施方式】作出详细说明。 如图1所示，本专利技术提供一种矿井主排水自动控制及远程监控系统，系统采用上位机结合下位机的网络型控制结构，上位机安装于地面，下位机安装于井下；上位机与下位机通过以太网实时交换数据，从而实现对井下排水设备的控制。 上位机包括工控机，其上安装有操作系统软件、组态软件平台和数据库软件，组态软件平台选用组态王6.55监控软件，实现对下位机所采集系统状态数据的分析、判断和处理，下位机包括主操作台、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矿井主排水自动控制及远程监控系统，其特征在于，系统采用基于组态王软件的上位机结合基于PLC的下位机的网络型控制结构，其中上位机安装于地面，上位机包括工控机和显示屏，其上安装有操作系统软件、组态软件平台和数据库软件以实现对下位机所采集的系统状态数据的分析、判断和处理；下位机安装于井下，包括主操作台、副操作台、矿用隔爆兼本质安全型电控箱、执行机构和传感器，矿用隔爆兼本质安全型电控箱分别与主操作台、副操作台、执行机构和传感器相连接，其中主操作台和副操作台完成系统信息实时显示、操作命令输入和系统报警等功能，矿用隔爆兼本质安全型电控箱完成逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并通过执行机构控制设备动作实现对井下排水设备的数据采集和实时控制，执行机构实现对井下泵用电机、电动阀门的状态返回、控制和保护，传感器完成系统各参数的采集、转变、传输等功能，实现对井下排水设备状态的在线检测；上位机通过以太网实现与下位机的矿用隔爆兼本质安全型电控箱的远程通讯，实现对系统的报警限值、运行参数等进行在线修改的功能，还可以在授权情况下远程启、停水泵和开、闭阀门，从而实现对井下排水设备的远程控制。

【技术特征摘要】
1.一种矿井主排水自动控制及远程监控系统，其特征在于，系统采用基于组态王软件的上位机结合基于PLC的下位机的网络型控制结构，其中 上位机安装于地面，上位机包括工控机和显示屏，其上安装有操作系统软件、组态软件平台和数据库软件以实现对下位机所采集的系统状态数据的分析、判断和处理； 下位机安装于井下，包括主操作台、副操作台、矿用隔爆兼本质安全型电控箱、执行机构和传感器，矿用隔爆兼本质安全型电控箱分别与主操作台、副操作台、执行机构和传感器相连接，其中主操作台和副操作台完成系统信息实时显示、操作命令输入和系统报警等功能，矿用隔爆兼本质安全型电控箱完成逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并通过执行机构控制设备动作实现对井下排水设备的数据采集和实时控制，执行机构实现对井下泵用电机、电动阀门的状态返回、控制和保护，传感器完成系统各参数的采集、转变、传输等功能，实现对井下排水设备状态的在线检测； 上位机通过以太网实现与下位机的矿用隔爆兼本质安全型电控箱的远程通讯，实现对系统的报警限值、运行参数等进行在线修改的功能，还可以在授权情况下远程启、停水泵和开、闭阀门，从而实现对井下排水设备的远程控制。2.根据权利要求1所述的矿井主排水自动控制及远程监控系统，其特征在于，主操作台和副操作台均采用本安型操作台本体上安装独立矿用隔爆型腔体的结构，本安型操作台本体内嵌蜂鸣器，隔爆型腔体内部安装隔爆显示屏，其中主操作台的本安型操作台本体还内嵌操作面板。3.根据权利要求2所述的矿井...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋建成，王盛杰，姚宇，许春雨，田慕琴，李泽宇，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14