專利名稱：遠程監控高壓注水系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種高壓注水泵站，適用于煤礦綜合機械化采煤工作面的液壓系 統。
背景技術：
在煤礦綜合機械化采煤過程中，注水泵站是采煤工作面液壓系統中不可缺少的動 力源。注水泵用于采煤工作面，為液壓支架等提供工作液，工作原理靠曲軸的旋轉帶動柱塞 做往復運動，實現吸液和排液。液壓支架用于支撐頂板，為采煤機采煤時提供一定的空間， 防止頂板垮塌。液壓支架靠液壓缸支撐伸縮(與千斤頂原理相同，介質不同)。現有的注水泵站還沒有實現遠程監控，注水泵站還需要人工控制其運行。由于注 水泵站是按安裝在富含瓦斯、粉塵的工作面，從提高安全性、降低工人的勞動強度著眼，需 要一種安全可靠、無人值守、可以遠程監控的注水泵站。
發明內容本實用新型的目的提供一種無人值守、可以遠程監控的自動控制高壓注水系統。本遠程監控高壓注水系統，包括至少2臺注水泵，1臺水箱、控制器和監視系統，水 箱內有回液沉淀腔、供液腔、高壓腔；各個注水泵與高壓腔、回液沉淀腔、供液腔之間分別通 過高壓軟管、回液軟管和吸液軟管連接；各注水泵和水箱上設置有工作狀態傳感器，工作狀 態傳感器的輸出接控制器；控制器連接控制各注水泵；監視系統包括攝像頭、監視器；安裝 在工作面處的對工作面和各注水泵工作情況進行攝像的攝像頭與控制室內的監視器相連。上述的遠程監控高壓注水系統，攝像頭為帶防爆搖臺的紅外線攝像頭或帶防爆射 燈的攝像頭。上述的遠程監控高壓注水系統，工作狀態傳感器包括設置在各注水泵上的潤滑油 溫度傳感器、潤滑油位傳感器和潤滑油壓力傳感器；以及，設置在供液腔內以反映供液腔內 液位高低的液位傳感器、設置在高壓腔內以反映高壓腔內液體壓力的系統壓力傳感器。上述的遠程監控高壓注水系統，在供液腔內設置浮球閥；當供液腔內液面低于正 常高度時，浮球通過自重下沉，浮球閥內的閥芯被打開，此時水可以進入供液腔；當液面達 到正常高度時，浮球通過浮力上浮，將閥芯關閉，使得水源關閉。上述的遠程監控高壓注水系統，注水泵一股為2臺，當然，水箱也可聯接3臺注水泵。上述的遠程監控高壓注水系統，注水泵為由防爆電動機驅動的臥式五柱塞往復泵。有益效果安裝在工作面處的對工作面和各注水泵工作情況進行攝像的攝像頭與 控制室內的監視器相連，實現遠距離操作控制。監視系統中配置的攝像頭安裝在工作面，影像實時傳送到控制室(總控室)，達到 遠程監控工作面和泵站的工作情況，從而提高了安全性，降低工人的勞動強度，做到了泵站運行安全可靠、無人值守。注水泵具有強制潤滑系統，系統中安裝有潤滑油溫度傳感器、潤滑油壓力傳感器、 潤滑油位傳感器，用于對潤滑系統的各種參數進行測量。水箱上的系統(工作液)壓力傳感 器，液位傳感器。控制器設定好壓力段后，注水泵自動啟動停止，壓力低于設定的壓力時增 加注水泵，當壓力高于設定的壓力時減少注水泵，使工作面壓力一直保持在設定的壓力段。 系統壓力傳感器對去工作面的壓力進行測量，控制器據此判斷是否啟動/停止另外一臺注 水泵泵，實現節約能源和自動控制的目的。液位傳感器對水箱中的液位進行測量，對測量的結果送給控制器進行計算，如果 液位降低到設定的最低液位時，控制器啟動自動配液裝置，給水箱中的供液腔補液；當液位 上升到設定的最高液位時，控制器停止進液。本實用新型中，各傳感器均通過信號線與控制 器連接。控制器可選用的種類很多，例如PLC+工控機系統等，不再詳細描述。
圖1是遠程監控高壓注水系統的控制原理圖；圖2是遠程監控高壓注水系統的構造框圖。圖中，注水泵1、2 ；紅外線攝像頭3 ；水箱4 ；控制器5 ；監視器6 ；高壓軟管7、8 ；回 液軟管10、11 ；吸液軟管13、14。
具體實施方式
參見圖1，本遠程監控高壓注水系統包括2臺注水泵、1臺水箱、控制器和監視系 統。各個注水泵與水箱之間分別通過高壓軟管、回液軟管和吸液軟管連接。水箱內有回液 沉淀腔、供液腔、高壓腔。注水泵和水箱上設有工作狀態傳感器在各個注水泵上都設有的潤滑油溫度傳感 器、潤滑油油位傳感器和潤滑油壓力傳感器。潤滑油溫度傳感器和潤滑油壓力傳感器水平 安裝；潤滑油位傳感器垂直安裝。液位傳感器設置在供液腔內以反映供液腔內液位高低，系 統壓力傳感器設置在高壓腔內以反映高壓腔內液體壓力。Y型過濾器與供液腔相通，用于過 濾向供液腔內輸送的液體。控制器連接所述工作狀態傳感器；控制器連接控制各個泵及自動配液裝置。在供 液腔內設置浮球閥；當供液腔內液面低于正常高度時，浮球通過自重下沉，浮球閥內的閥芯 被打開，此時水可以進入供液腔；當液面達到正常高度時，浮球通過浮力上浮，將閥芯關閉， 使得水源關閉。監視系統包括紅外線攝像頭3、監視器6。攝像頭安裝在工作面處，以對工作面和 各注水泵工作情況的進行攝像；攝像頭與控制室內的監視器相連。顯示屏與控制器相連。該系統除能夠就地對每臺注水泵進行監測和控制、實現聯動外，還能將泵站主要 數據通過ModbusRTU (Slave)通信協議遠距離傳送，實現集中控制。該泵站系統可安裝在富含瓦斯、粉塵工作面，從提高安全性、降低工人的勞動強度 著眼，設計安全可靠、無人值守、遠程監控。遠程監控系統配置的紅外線攝像頭安裝在工作 面，影像實時傳送到總控室，達到遠程監控工作面和泵站的工作情況。[0025]注水泵系臥式五柱塞往復泵，由三相交流臥式四極防爆電動機驅動，經聯軸器和 一對斜齒圓柱齒輪減速，帶動五曲拐曲軸旋轉，再經連桿滑塊(十字頭)帶動柱塞作往復運 動，使工作液體經吸、排液閥吸入和排出，從而使電能轉換成液壓能，輸出高壓液體。泵的高 壓排液出口處裝有調整好的高壓安全閥，從而保證了液壓系統工作的可靠性。安全閥為小 行程彈簧加載安全閥，用于防止液壓系統過載。水箱是遠程監控高壓注水系統工作介質的存貯器，起著回收系統溢流回液和沉 淀、過濾、向泵站提供潔凈工作液的作用。水箱的結構分回液沉淀腔、供液腔、高壓腔。水源 經過Y型過濾器和進液浮球閥進入水箱內，進入回液沉淀腔，沉淀下細微雜質并隔住懸浮 物，再經插板式過濾器濾掉纖維狀及非金屬微粒，最后潔凈的工作液進入供液腔，通過供液 閥門，供各泵吸入使用。浮球閥的作用當液面低于正常高度時，浮球通過自重下沉，閥內的 閥芯被向右拉開，此時水可以進入水箱；當液面達到正常高度時，浮球通過浮力上浮，將閥 芯關閉，使得水源關閉，從而達到水箱內液面高度的目的。控制器的使用可大幅度提高泵站的可靠性及使用效率，使泵站節能35%左右，并 給泵站提供了低油位、油溫過高、吸空保護、二機以上聯動、工作面用液自動開機、工作面不 用液自動停機、系統爆管自動停機、故障顯示并由幫助欄提供故障排除方法等功能，實現了 泵站運行的自動控制。系統中工作壓力的設置，根據各礦的實際情況來定，但不得超過泵站的設計工作 壓力。系統極限壓力是對泵站安全閥故障后的保護，最大設置數值是略大于設計工作壓力。按動顯示器控制面板上的‘程序’按鈕，可以調整泵站工作狀態，每觸動一次變化 一次，顯示順序為“單機”、“1#主機”、“2#主機”、“手動”。手動狀態時按控制面板上的“1#主機”，注水泵1啟動，再按一次注水泵1按鈕，注 水泵1停止，顯示畫面會做相應的開停機顯示。同理可啟動或停止注水泵2。注水泵1發生故障時系統自動診斷出故障原因，并在顯示屏上以滾動字幕的形 式，將發生的故障加以說明。同理注水泵2發生故障時都會出現上述顯示，排除故障后，重 啟一下機器，畫面會顯示初始畫面。如果兩臺泵同時顯示故障，這時是系統故障，如吸空保 護、爆管保護。此時會出現報警文字，根據報警文字的提示，排除故障后重啟一下機器畫面 回到初始畫面。單機時，注水泵1、注水泵2均單機運行，配液自動進行。配液電機按鈕、配液電磁 閥按鈕都不起作用。當畫面的左上角出現‘1#主機’時，注水泵1為主機，注水泵2為從機。主機開機后 在設定的延時時間內系統壓力達不到額定值時，自動啟動注水泵2，這時兩臺泵同時運行。 當系統壓力達到額定值時，自動先切除注水泵2，最后切除主機。配液系統自動運行。同理 可分別設置注水泵2為主機，工作原理同上所述。通過顯示屏還可以設置系統極限壓力、配液濃度設置、潤滑油溫度范圍、潤滑油壓 力范圍、單機停機延時等參數。當注水泵主機開機后壓力在設定的時間內(時間可在4000s 內設置)達不到上限值，自動啟動第二臺注水泵。當系統壓力達到上限值后經過一定時間 的延時(時間可在4000s內設置)，可自動關閉第二臺泵直至主機。當泵開機后60s內系統壓力達到或超過所設置的爆管壓力，則畫面顯示“系統無 爆管”。當泵開機后60s內系統壓力達不到所設置的爆管壓力，則畫面顯示“系統有爆管”。當爆管發生后所有的注水泵都不能起動，配液電機，配液電磁閥可以啟動停止。當水箱供液腔的液位高于所設定的位置時，系統顯示“系統無吸空”；當供液腔的 液位低于所設定的位置時，系統顯示“系統有吸空”，此時所有注水泵都不能啟動，但配液電 機，配液電磁閥可以啟動，停止。注水泵1潤滑油在不缺油時顯示油位正常，如果潤滑油位下降到所檢測位的4mm 以上，則顯示“注水泵1油位故障”。這時注水泵1自動停機，不能啟動。但注水泵2可以啟 動、停止。同理注水泵2油位低于檢測位時均能如上述做出顯示。配液電機，配液電磁閥可 以啟動、停止。注水泵1潤滑油溫在不超過所設定的油溫上限時顯示“注水泵1油溫正常”，如果 潤滑油溫超過設定的油溫上限5s后，則顯示“注水泵1油溫故障”。這時注水泵1自動停 機、不能啟動，但注水泵2可以啟動、停止。同理注水泵2油溫高于設定值時均能如上述做 出顯示。配液電機，配液電磁閥可以啟動、停止。注水泵1啟動后5s潤滑油壓超過所設定的油壓下限時顯示“注水泵1油壓正常”， 如果潤滑油壓不超過設定的油壓下限，則顯示“注水泵1油壓故障”，這時注水泵1自動停 機，不能啟動。但注水泵2可以啟動、停止。同理注水泵2油壓低于設定值時均能如上述做 出顯示。配液電機，配液電磁閥可以啟動、停止。配置的3只紅外線攝像頭安裝在工作面，2只通過固定支架安裝，手動調整監視方 向；1只紅外線攝像頭安裝在防爆搖臺上，控制器也與帶動防爆搖臺轉動的電機相連，可遠 程控制其360°回轉。3只紅外線攝像頭均帶有帶防爆射燈。3只紅外線攝像頭拍攝的影像 實時傳送到總控室，達到遠程監控工作面和泵站的工作情況。該系統除能夠就地對每臺注 水泵進行監測和控制、實現聯動外，還能將泵站主要數據通過ModbusRTU(Slave)通信協議 遠距離傳送，實現集中控制。控制器對供液腔的液位進行監控，如果供液腔內工作液降低于設定的最低液位 時，控制器啟動自動配液裝置，給水箱補液；當工作液上升到設定的最高液位時，控制器停 止自動配液裝置。自動配液裝置根據控制器給的啟動信號，啟動配液電磁閥，當有水流時， 對水流量進行計算，根據計算結果啟動乳化油泵。水流大時，乳化油泵的電機轉速高，水流 小時，乳化油泵的電機轉速低，可以根據設定的比例進行自動調節濃度。當控制器給出停止 信號時，配液電磁閥停止工作，水管沒有水流時，即無水狀態，則停止自動配液裝置工作。注水泵的進液口分別通過吸液軟管與供液腔相連；出液口通過高壓軟管與高壓腔 相連，通過高壓過濾器后，在去工作面使用，去工作面的高壓工作液為清潔的工作液。注水 泵卸載閥的卸載回路有卸載管路(即回液軟管)回到水箱內。注水泵上的潤滑油油位傳感 器、潤滑油油溫度傳感器和潤滑油油壓傳感器通過總線電纜與控制器連接。水箱上的液位 傳感器、系統壓力傳感器通過電纜與控制器連接。控制器對各傳感器的信號進行分解、比 較、計算并把結果傳輸到上位機。當注水泵工作時，通過吸液管將工作液從水箱中吸出，經 壓力調節后再經高壓出液口和高壓軟管連接到水箱；水箱上安裝有高壓過濾器、蓄能器，高 壓液體經過濾穩壓后供工作面使用。工作面上使用的高壓液體是清潔的，純凈的，對保護綜 采支柱有較好的效果。本遠程監控高壓注水系統具有多機聯動、工作面用液自動開機、工作面不用液自 動停機的功能，大幅度提高了泵站的使用效率，使泵站節能約35%左右。并具有故障診斷、數據傳輸、水箱吸空保護、系統爆管自動停機、泵潤滑油油位和油壓及油溫保護等功能。顯 示屏能夠實時顯示泵站工況和自動診斷出的故障點，并能夠提供排除故障的方法等，為泵 站的使用和維護提供了極大的便利。實現了泵站運行的自動控制、安全可靠、無人值守、遠 程監控，為煤礦現代化采煤工藝提供了有力保障。
權利要求遠程監控高壓注水系統，其特征是它包括至少2臺注水泵，1臺水箱、控制器和監視系統，水箱內有回液沉淀腔、供液腔、高壓腔；各個注水泵與高壓腔、回液沉淀腔、供液腔之間分別通過高壓軟管、回液軟管和吸液軟管連接；各注水泵和水箱上設置有工作狀態傳感器，工作狀態傳感器的輸出接控制器；控制器連接控制各注水泵；監視系統包括攝像頭、監視器；安裝在工作面處的對工作面和各注水泵工作情況進行攝像的攝像頭與控制室內的監視器相連。
2.如權利要求1所述的遠程監控高壓注水系統，其特征是攝像頭為帶防爆搖臺的紅 外線攝像頭或帶防爆射燈的攝像頭。
3.如權利要求1所述的遠程監控高壓注水系統，其特征是工作狀態傳感器包括設置 在各注水泵上的潤滑油溫度傳感器、潤滑油位傳感器和潤滑油壓力傳感器；以及，設置在供 液腔內以反映供液腔內液位高低的液位傳感器、設置在高壓腔內以反映高壓腔內液體壓力 的系統壓力傳感器。
4.如權利要求1所述的遠程監控高壓注水系統，其特征是在供液腔內設置浮球閥；當 供液腔內液面低于正常高度時，浮球通過自重下沉，浮球閥內的閥芯被打開，此時水可以進 入供液腔；當液面達到正常高度時，浮球通過浮力上浮，將閥芯關閉，使得水源關閉。
5.如權利要求1所述的遠程監控高壓注水系統，其特征是注水泵為3臺。
6.如權利要求1所述的遠程監控高壓注水系統，其特征是注水泵為由防爆電動機驅 動的臥式五柱塞往復泵。
專利摘要本實用新型提供一種無人值守的遠程監控高壓注水系統。它包括至少2臺注水泵，1臺水箱、控制器和監視系統，水箱內有回液沉淀腔、供液腔、高壓腔；各個注水泵與高壓腔、回液沉淀腔、供液腔之間分別通過高壓軟管、回液軟管和吸液軟管連接；各注水泵和水箱上設置有工作狀態傳感器，工作狀態傳感器的輸出接控制器；控制器連接控制各注水泵；監視系統包括攝像頭、監視器；安裝在工作面處的對工作面和各注水泵工作情況進行攝像的攝像頭與控制室內的監視器相連。
文檔編號E21D23/16GK201771520SQ20102053143
公開日2011年3月23日 申請日期2010年9月15日 優先權日2010年9月15日
發明者于聚旺, 仝礦偉, 兀帥東, 李國旗, 李莉, 武予魯, 王英璞, 田富軍, 翟源濤, 鄭企 申請人:義馬煤業集團股份有限公司