煤矿井下智能排水控制系统[实用新型专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)实用新型专利
(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202020380948.5
(22)申请日 2020.03.24
(73)专利权人 开滦（集团）有限责任公司电信分
公司
地址 063018 河北省唐山市路南区新华东
道70号
(72)发明人 龙大鹏　袁志金　杨青山　曹庆钰　
李桂敏　李泽利　王满福　陈子春　
胡雪松　齐立勋　夏文洲　马龙　
闫萍　王艳　石云东　王保德　
张玉昆　刘薇　周永刚　于川　
董辉　苗祥　张天华　
(74)专利代理机构 唐山永和专利商标事务所
13103
代理人 张云和
(51)Int.Cl.E21F 16/00(2006.01)E21F 17/18(2006.01)E21F 17/00(2006.01)
(54)实用新型名称煤矿井下智能排水控制系统(57)摘要本实用新型涉及一种煤矿井下智能排水控制系统，包括控制主站、控制分站、就地操作面板，控制主站、控制分站和就地操作面板三者之间通过屏蔽网线连接，传输数据；控制主站、控制分站的控制单元为单片机，单片机内部固化有智能逻辑控制程序，控制主站、控制分站设有人机交互触摸屏；控制主站并联连接多个控制分站，并通过自带的网络接口一路接入工业环网实现远程集中监控，一路接入井下工控机实现就地集中监控。

本实用新型实现了功能模块化、系统装置化、控制智能化、组装标准化、连接网口化，从根本解决了硬接线线路结构复杂、编程繁琐、组装费时等技术问题，提高了设备运行的可靠性，降低了运行设备故障率，
降低了设备运行成本。

权利要求书1页 说明书4页 附图8页CN 211737210 U 2020.10.23
C N 211737210
U
1.一种煤矿井下智能排水控制系统，包括控制主站、控制分站、就地操作面板，其特征在于：控制主站、控制分站和就地操作面板三者之间通过屏蔽网线连接，传输数据；控制主站、控制分站的控制单元为STM32F103单片机，STM32F103单片机内部固化有智能逻辑控制程序，控制主站、控制分站设有人机交互触摸屏；控制主站并联连接多个控制分站，并通过自带的网络接口一路接入工业环网实现远程集中监控，一路接入井下工控机实现就地集中监控。

2.根据权利要求1所述的煤矿井下智能排水控制系统，其特征在于：控制主站、控制分站和就地操作面板分别为箱体式集成安装结构，其中，控制主站、控制分站通过其箱体上的导轨卡槽设置于金属卡轨上，进出端子为插接式；就地操作面板安装在现场就地控制箱上。

权　利　要　求　书1/1页CN 211737210 U
煤矿井下智能排水控制系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及智能排水控制系统，具体是一种煤矿井下智能排水控制系统。

背景技术
[0002]煤矿井下水泵房是煤矿六大系统之一，其主要作用是将井下水仓积水输送至地面处理，是煤矿开采重要的安全保障。

目前排水控制方式有两种，一种是传统的手动控制排水方式，主要通过人力控制操作完成排水需求，无论排水量、排水速度、操作速度等均已难以适应现代煤矿自动排水需求；另一种是PLC自动控制，此排水控制方式虽然实现了自动控制，但其前期的设计、组装以及投入使用后的日常维护、检修和故障排除，非常繁琐并且需要专业的技术人员来维护，也因井下环境工况的复杂性，大多数都存在或多或少的技术难题，致使PLC自动运转时存在隐患乃至不能自动化运转。

基于此，需对现有排水系统进行改造，引进智能排水系统，提高煤矿井下水泵房排水效率的同时提高安全性。

实用新型内容
[0003]本实用新型要解决的技术问题是提供一种煤矿井下智能排水控制系统，监控单元采用网线连接结构，解决了硬接线结构线路复杂、组装繁琐的问题，实现装配标准化、控制模块化、操作程序化、故障排除简易化。

[0004]本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：
[0005]一种煤矿井下智能排水控制系统，包括控制主站、控制分站、就地操作面板，控制主站、控制分站和就地操作面板三者之间通过屏蔽网线连接，传输数据；控制主站、控制分站的控制单元为STM32F103单片机，STM32F103单片机内部固化有智能逻辑控制程序，控制主站、控制分站设有人机交互触摸屏；控制主站并联连接多个控制分站，并通过自带的网络接口一路接入工业环网实现远程集中监控，一路接入井下工控机实现就地集中监控。

[0006]控制分站是煤矿井下智能排水控制系统中的核心单元，它可以脱离控制主站通过预置程序完成泵房排水的单机自动控制和手动控制，现场每台排水泵的传感器如液位传感器、流量传感器、出口压力传感器、电机电流传感器、轴承温度传感器、阀门开度传感器等全部直接接入控制分站相应的开关量或模块接输入端子；控制分站将采集到的传感器信号，进行分析、判断后将控制指令通过输出端子去控制排水泵电机的启停、阀门的打开或关闭和射流泵的启停等设备。

[0007]就地操作面板可完成水泵的现场手动启动或停止以及一键智能自动控制，并在面板液晶屏上实时显示相关设备的动行状态、故障信息等技术信息。

[0008]控制主站是将所有控制分站联合起来并协同作业的指挥中心，通过控制主站实现泵房排水远程集中控制、现场集中控制和无人值守智能控制等要求，虽然没有主站指挥，分站照样能独立单独运行，但是没有主站不能实现数台分机联合协同工作，不能实现联机智能控制等，更不能实现集程或就地集中控制。

[0009]综上所述，采用上述技术方案的本实用新型，与现有技术相比，其突出的有益效果
是：实现了功能模块化、系统装置化、控制智能化、组装标准化、连接网口化，从根本解决了硬接线线路结构复杂、编程繁琐、组装费时等技术问题，提高了设备运行的可靠性，降低了运行设备故障率，降低了设备运行成本。

[0010]进一步的，本实用新型优选方案是：
[0011]控制主站、控制分站和就地操作面板分别为箱体式集成安装结构，其中，控制主站、控制分站通过其箱体上的导轨卡槽设置于金属卡轨上，进出端子为插接式；就地操作面板安装在现场就地控制箱上。

附图说明
[0012]图1是本实用新型的系统结构示意图；
[0013]图2是控制分站水泵启动程序流程示意图；
[0014]图3是控制主站外观结构示意图；
[0015]图4是控制主站主视图；
[0016]图5是控制分站外观结构示意图；
[0017]图6是控制分站主视图；
[0018]图7是就地操作面板结构示意图；
[0019]图8是控制主站和控制分站并机结构示意图；
[0020]图中：1-控制主站；101-主站人机交互触摸屏；102-主站接口单元；103- C45导轨卡槽；104- AC220电源接入端子；105-分站网络接口；106- DC24V直流电源输出；107-远程网络接口；2-控制分站；201-分站人机交互触摸屏；202-分站接口单元；203-功能切换开关；204- C45导轨卡槽；205-直流接线端子；206-分站网络接口；207-端子；3-就地操作面板；301-面板液晶屏。

具体实施方式
[0021]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

[0022]参见图1，一种煤矿井下智能排水控制系统，由控制主站1、控制分站2、就地操作面板3三部份构成，控制主站1、控制分站2和就地控制面板3三者之间的数据传输路径全部通过网络接口及屏蔽网线进行硬件连接；控制主站1、控制分站2的控制单元为STM32F103单片机，STM32F103单片机内部固化有智能逻辑控制程序，控制主站1、控制分站2设有人机交互触摸屏；控制主站1并联连接多个控制分站2，并通过自带的网络接口一路接入工业环网实现远程集中监控，一路接入井下工控机实现就地集中监控。

[0023]参见图3、图4、图5、图6、图8，控制主站1是所有控制分站2的指挥中杻，控制主站1、控制分站2分别为箱体式集成安装结构，控制主站1通过其箱体上的C45导轨卡槽103安装在现场集中控制柜内标准的国标C45金属导轨最左端，控制主站1右端依次排列安装多个控制分站2，每个控制分站2也通过其箱体上的C45导轨卡槽204安装在现场集中控制柜内标准的国标C45金属导轨上，控制主站1、控制分站2进出端子为插接式；一个控制主站1可以同时控制18个控制分站2并为全部分站提供DC24V直流电源，分站与主站数据传输采用标准网线连接，安装、检修、维护便捷。

[0024]参见图3、图4，控制主站1面板上有主站人机交互触摸屏101，用于数据参数的设
置、数据查询、实时显示等功能，面板上还设有功能切换开关，用于远程或就地控制方式的切换；控制主站1下端设有主站接口单元102，主站接口单元102设有AC220电源接入端子104、分站网络接口105、远程网络接口107、DC24V直流电源输出106，分站网络接口105是连接控制分站2的数据接口，负责所有数据的传输交换，DC24V直流电源输出106为控制分站2提供直流工作电压和传感器供电电压；远程网络接口107中的一个端通过工业环网交换机接入远程集中控心，通过集控中心对井下泵房设备进行远程控制或数据采集，另一个可以连接井下泵房一台工控机对现场设备实现就地集中监控.
[0025]控制主站1具有自动、手动和检修三种工作方式。

自动联动状态时，由浮球液位开关和超声波液位检测传感器实现检测水位，同时压力检测及相关数据信号传入主站CPU，自动完成各水泵组联动运行，整个排水过程中所有水泵的启动或停止不需人工参与完；手动工作方式时，由工作人员选择某台或几台泵组投入，主站提示操作人员完成已选泵组的启停和监控工作；检修方式为故障检修及试车时使用，在自动联控状态时当某台水泵发生故障时，该水泵将自动退出运行并发出声光报警；设备检修时，现场操作箱和组态画面均有检修按钮，可防止其他人员误操作，以保证系统安全可靠。

[0026]因为井下排水负荷容量一般比较大，用电量占整个矿上用电的15%-40%，因此在控制主站1联合智能控制模式下结合不同的用电费率段，达到省电节能目的，控制主站1协调水泵在用电的“谷段”和“平段”时间段工作，尽量避免在“峰段”和“尖段”启动，通过数据模式计算后需协同联合调度各台水泵在用电的“谷段”和“平段”时间段将水仓的水位排至最低液位，以将水仓腾出尽可能大的容积，使其在“峰段”和“尖段”容纳更多的矿井涌水而不用启动水泵，在特殊情况下所有控制必须以安全为第一位的，如果“峰段”和“尖段”涌水比较大，液位到达安全警界液位时还是需要同时开启多台水泵将水位在最短时间内控制在安全高度。

[0027]为了保证各台泵的运行时间基本一致，主站CPU自动累计水泵运行时间，在设备投入联合自动情况下，控制主站1每次都会自动投入使用时间最少的水泵，为了更好的分析设备使用效率，系统自动累计流量值和电机的功率输出。

[0028]参见图5、图6，控制分站2面板上设有分站人机交互触摸屏201，也通过触摸屏对所有数据参数的进行设置、数据查询、实时显示等功能，面板上还设有功能切换开关203，用于远程或就地控制方式的切换；控制分站2下端设有分站接口单元202，分站接口单元202设有直流接线端子205、端子207、分站网络接口206，其中分站网络接口206，一个接入主站网口来实现主站对分站的集中控制，另一个网口与就地控制面板3的网络接口相接；控制分站2可通过自动或手动方式来单独控制各自水泵的启动或停止，但不能实现多台水泵联合运行，所有设备的信息通过分站人机交互触摸屏201进行实时数据显示，所有开关量或模拟传感器接入其相应的端子207，将采集到的数据送入STM32F103单片机内部进行分析、判断等处理后，再将输出指令通过端子207的输出口来控制水泵、抽空泵、电磁阀和闸阀完成相应动作，所有动作流程按预先设定好的程序如图2所示，根据不同工况情况而自动完成相应动作；面板上的手动按钮用于设备检修、调试和应用处理时使用，所有设备在正常状态下应用切换到自动模式下运行；
[0029]参见图7，就地操作面板3安装在现场就地控制箱上，它与控制分站2只通过一根网线联接，面板上的按钮也是在设备调试、检测和应急处理时用，正常运行为自动控制模式。

其安装极为方便，只通过其箱体后面的锁母固定在就地控制箱面板上，安装和更换非常便捷。

[0030]以上所述仅为本实用新型较佳可行的实施例而已，并非因此局限本实用新型的权利范围，凡运用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本实用新型的权利范围之内。

图1
图2
图3
图4
图5
图6
图7
图8。