CN106015020A - 一种基于物联网的自调速潜水泵远程调度系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网的自调速潜水泵远程调度系统，包括风动潜水泵、自调速装置、防爆压力传感器、定位仪、调度系统操作平台、移动控制终端、矿井三维虚拟立体模型测试系统、调度部门；所述的风动潜水泵的数量为N个，分别编号为1‑N；所述的风动潜水泵包括底座、出水口、出水管道、进风管道、进风嘴、出风口、连接管道；所述的自调速装置包括前端盖、联动弹簧、缸筒、联动滑块、弹性密封圈、后端盖。本发明的自调速装置能有效实现风动潜水泵的自调速，调度系统操作平台通过物联网技术将风动潜水泵纳入到远程调度系统中，实现风动潜水泵的合理分配和远程调度，实现矿井下潜水泵的自动化监控。

Description

一种基于物联网的自调速潜水泵远程调度系统

技术领域

本发明涉及矿井风动潜水泵远程监控领域，尤其涉及一种将风动潜水泵纳入物联网中并进行定位检测、位置编号和指挥调度的远程调度系统。

背景技术

目前，国内大中小煤矿井下的排水任务普遍采用风动潜水泵，风动潜水泵主要以压缩气体为动力源，具有结构简单，防水防爆等优点，逐渐推广成为一种新型气动排水工具。而由于煤矿井下排水复杂的环境，井下的水通过汇聚形成，排的水时有时无，且需要煤矿工人长期看管潜水泵作业，由于煤矿巷道较长，需要的潜水泵数量较大，这无疑增加了煤矿工人的工作量。同时，若由于缺少井下工人的看管或者看管不及时，风动潜水泵易出现空载时水泵转速过快，引起“飞车”现象，严重影响泵的使用寿命，且造成生产事故。目前，市场上尚未出现在潜水泵空转时，能够有效的防止其“飞车现象”的装置，且现有专利文献中也极少涉及到风动潜水泵的防飞车装置和设备。如申请号为201310282094.1的中国专利公开了一种基于水位检测与气动控制的风动潜水泵自调速装置，在现有风动潜水泵的基础上，通过设计水位检测装置实现机械联动控制风动潜水泵，但是该技术本身结构复杂且定位锚插在淤泥中，导致该技术的风动潜水泵可靠性不高。

在风动潜水泵的水位自动检测和工作状态判断方面，许多发明人也做出了努力和探索。如申请号为201310180670.1的中国专利公开了一种矿用防飞车涡轮气动潜水泵，其通过潜水泵进风嘴处的风压变化，实现对气控阀芯换位，以达到内控式出口节流，该设计对于风压传感器、压力敏感型气控二位三通阀(即气控阀芯)的控制要求较高，在煤矿井下复杂的环境下，不利于稳定、有效的控制。本申请人在论文《基于液压力变化的防“飞车”风动涡轮潜水泵设计》中公开了一种风动涡轮潜水泵和气动控制回路，该技术方案防飞车效果明显，但该技术方案的气动控制系统较复杂。本发明以该论文中的风动潜水泵为原型，借鉴气动换向阀的气动原理，通过对气动换向阀的结构布置和运行方案做出调整，设计了可作为独立部件运行的自调速装置，简化了论文中原有的控制系统，精简了部件和控制流程，并在此基础上提出了风动潜水泵的物联网和远程调度的方案。超出上述专利和论文中所述的技术方案，现有相关文献和资料上均未涉及到风动潜水泵自调速和自检测的方案。

本发明涉及的一种基于物联网的自调速潜水泵远程调度系统，以风动潜水泵为基体，设计了潜水泵自调速装置，并在自调速装置上增设防爆压力传感器，通过物联网技术，将潜水泵纳入到远程调度系统中。远程调度系统能够实现对潜水泵位置的精确定位和有无负载的自动检测。通过对实时测量得到的矿井三维虚拟立体模型来模拟和分析矿井的开采情况，远程调度系统对风动潜水泵的位置进行合理分配和远程调度。本发明能克服现有风动潜水泵的“飞车”现象及风动潜水泵工作需要人工实时看护的技术缺陷。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种集自调速与远程调度功能与一体的自调速潜水泵远程调度系统，不仅能够实现矿井下风动潜水泵的自调速，有效解决风动潜水泵易产生“飞车”现象的技术缺陷，提高潜水泵的工作寿命和可靠性，而且能够实现风动潜水泵的定位检测和远程调度，减少工人工作量的同时，实现潜水泵资源的最大化利用。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现。

一种基于物联网的自调速潜水泵远程调度系统，包括风动潜水泵、自调速装置、防爆压力传感器、定位仪、调度系统操作平台、移动控制终端、矿井三维虚拟立体模型测试系统、调度部门。所述的风动潜水泵的数量为N个，分别编号为1-N；所述的风动潜水泵包括底座、出水口、出水管道、进风管道、进风嘴、出风口、连接管道；所述的自调速装置包括前端盖、联动弹簧、缸筒、联动滑块、弹性密封圈、后端盖；所述的防爆压力传感器设在自调速装置的前端盖的内部凹槽的端面上，实时测量联动弹簧的压力值；当联动弹簧的压力值超过额定值，表征风动潜水泵正常排水，当联动弹簧的压力值处于较小值，表征风动潜水泵处于空载状态，防爆压力传感器的测量值可以表示风动潜水泵的工作情况。所述的定位仪设在风动潜水泵上，实时监测风动潜水泵的位置坐标。所述的移动控制终端对调度系统操作平台实时操作，所述的移动控制终端为个人电脑、手机和操纵手柄；所述的矿井三维虚拟立体模型测试系统实时测量矿井开采过程中的空间立体信息，并将矿井的实时动态立体模型输入到调度系统操作平台中；所述的风动潜水泵上的定位仪检测风动潜水泵的位置坐标，并输入到调度系统操作平台中，所述的防爆压力传感器检测风动潜水泵是否有负载，并将风动潜水泵的工作状态信息输入到调度系统操作平台中；所述的调度系统操作平台中接收到风动潜水泵的位置信息和工作状态后，对风动潜水泵进行编号，组构成井下潜水泵分布系统，并将风动潜水泵的位置坐标输入到矿井三维虚拟立体模型中；随着井下开采的加深，井下待抽水的方位一直变化，调度系统操作平台综合矿井三维虚拟立体模型和风动潜水泵的分布、工作状态信息，制定风动潜水泵的分配和调度策略，将一些不需要工作的风动潜水泵进行转移至一线工作区域，实现风动潜水泵的最佳分配和利用。调度系统操作平台将调度指令发给调度部门，调度部门在接收到调度信息后，通过调度工作人员或者专用的调度机器对风动潜水泵进行调度。

所述风动潜水泵的底座放置在抽水处，且具有过滤泥沙的作用；所述出水口与出水管道相连，所述的进风管道连接进风嘴将高压气体传送到风动潜水泵的腔体内，从而带动叶轮的旋转；所述自调速装置的缸筒焊接固定在风动潜水泵的上端面，且所述风动潜水泵的出风口与自调速装置的缸筒相连；所示自调速装置的缸筒设有小出气孔、大出气孔以及进气口，且所述缸筒的小出气孔直径为φ5,所述缸筒的大出气孔直径为φ20，所述缸筒的进气口与风动潜水泵的出风口通过密封连接，且缸筒的进气口设置为密布排列的小孔洞，便于将风动潜水泵的高压气体排出；所述的前端盖通过管螺纹密封固定在缸筒的左端，且前端盖内部设有凹槽，用于固定安装防爆压力传感器和联动弹簧；所述的联动弹簧一端固定安装在前端盖的凹槽内的防爆压力传感器上，另一端固定安装在联动滑块的凹槽内；所述的联动滑块的圆柱面为平滑光面，且通过弹性密封圈密封安装在缸筒的内腔，且联动滑块在缸筒的内腔滑动；所述的连接管道一端连接有出水管道，另一端与自调速装置的后端盖相连；所述的后端盖设有通孔，与连接管道相连后，将风动潜水泵抽出的水传送到缸筒的内腔。

本发明的有益效果是：(1)本发明通过定位仪实时精确监测风动潜水泵位置坐标，并且对风动潜水泵进行编号，构成矿井下潜水泵分布网络；通过防爆压力传感器实时监测风动潜水泵的工作状态；(2)本发明通过定位仪和防爆压力传感器实现了“风动潜水泵联网”，并结合实时测量得到的矿井三维虚拟立体模型，模拟和分析矿井的开采情况，从而得到风动潜水泵的合理分配策略和远程调度方案；(3)传统的井下风动潜水泵在空载时易出现转速过快的现象，不仅影响泵的使用寿命，而且易造成生产事故，本发明通过设计自调速装置，当风动潜水泵出现空载时，风动潜水泵的输出水压开始下降，此时与联动弹簧的平衡开始打破，会导致联动滑块向右滑动，此时自调速装置的出气孔变小，导致风动潜水泵腔内的气压变大，从而实现风动潜水泵飞轮转速的下降，最终实现自调速的功能。

附图说明

图1为本发明的系统控制流程图；

图2为本发明的风动潜水泵与自调速装置的连接示意图；

图3为本发明的自调速装置在有负载时的工作状态图；

图4为本发明的自调速装置在无负载时的工作状态图。

具体实施方式

为了使本发明所实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和图示，进一步阐述本发明。

如图1、图2、图3、图4所示，一种基于物联网的自调速潜水泵远程调度系统，包括风动潜水泵1、自调速装置2、防爆压力传感器3、定位仪4、调度系统操作平台5、移动控制终端6、矿井三维虚拟立体模型测试系统7、调度部门8。所述的风动潜水泵的数量为N个，分别编号为1-N；所述的风动潜水泵1包括底座101、出水口102、出水管道103、进风管道104、进风嘴105、出风口106、连接管道107；所述的自调速装置2包括前端盖201、联动弹簧202、缸筒203、联动滑块204、弹性密封圈205、后端盖206；所述的防爆压力传感器3设在自调速装置2的前端盖201的内部凹槽的端面上，实时测量联动弹簧202的压力值；当联动弹簧202的压力值超过额定值，表征风动潜水泵1正常排水，当联动弹簧202的压力值处于较小值，表征风动潜水泵1处于空载状态，防爆压力传感器3的测量值可以表示风动潜水泵1的工作情况。所述的定位仪4设在风动潜水泵1上，实时监测风动潜水泵1的位置坐标。所述的移动控制终端6对调度系统操作平台5实时操作，所述的移动控制终端6为个人电脑、手机和操纵手柄；所述的矿井三维虚拟立体模型测试系统7实时测量矿井开采过程中的空间立体信息，并将矿井的实时动态立体模型输入到调度系统操作平台5中；所述的风动潜水泵1上的定位仪4检测风动潜水泵1的位置坐标，并输入到调度系统操作平台5中，所述的防爆压力传感器3检测风动潜水泵1是否有负载，并将风动潜水泵1的工作状态信息输入到调度系统操作平台5中；所述的调度系统操作平台5中接收到风动潜水泵1的位置信息和工作状态后，对风动潜水泵1进行编号，组构成井下潜水泵分布系统，并将风动潜水泵1的位置坐标输入到矿井三维虚拟立体模型中；随着井下开采的加深，井下待抽水的方位一直变化，调度系统操作平台5综合矿井三维虚拟立体模型和风动潜水泵1的分布、工作状态信息，制定风动潜水泵1的分配和调度策略，将一些不需要工作的风动潜水泵1进行转移至一线工作区域，实现风动潜水泵1的最佳分配和利用。调度系统操作平台5将调度指令发给调度部门8，调度部门8在接收到调度信息后，通过调度工作人员或者专用的调度机器对风动潜水泵1进行调度。

如图2、图3、图4所示，所述风动潜水泵1的底座101放置在抽水处，且具有过滤泥沙的作用；所述出水口102与出水管道103相连，所述的进风管道104连接进风嘴105将高压气体传送到风动潜水泵1的腔体内，从而带动叶轮的旋转；所述自调速装置2的缸筒203焊接固定在风动潜水泵1的上端面，且所述风动潜水泵1的出风口106与自调速装置2的缸筒203相连；所示自调速装置2的缸筒203设有小出气孔、大出气孔以及进气口，且所述缸筒203的小出气孔直径为φ5,所述缸筒203的大出气孔直径为φ20，所述缸筒203的进气口与风动潜水泵的出风口106通过密封连接，且缸筒203的进气口设置为密布排列的小孔洞，便于将风动潜水泵1的高压气体排出；所述的前端盖201通过管螺纹密封固定在缸筒203的左端，且前端盖201内部设有凹槽，用于固定安装防爆压力传感器3和联动弹簧202；所述的联动弹簧202一端固定安装在前端盖201的凹槽内的防爆压力传感器3上，另一端固定安装在联动滑块204的凹槽内；所述的联动滑块204的圆柱面为平滑光面，且通过弹性密封圈205密封安装在缸筒203的内腔，且联动滑块204在缸筒203的内腔滑动；所述的连接管道107一端连接有出水管道103，另一端与自调速装置的后端盖206相连；所述的后端盖206设有通孔，与连接管道107相连后，将风动潜水泵1抽出的水传送到缸筒203的内腔。

如图2、图3、图4所示，在风动潜水泵和自调速装置联合使用时，风动潜水泵1正常运行工作，风动潜水泵1输出的水压力作用在联动滑块204上，推动联动滑块204左移，实现风动潜水泵1输出的水压力与联动弹簧202的弹簧力相平衡，此时与出风口106相连的自调速装置2的出气孔为最大，如图1所示，此时风动潜水泵1的气动系统能够正常排气，实现风动潜水泵1正常工作；而当风动潜水泵1出现空载时，风动潜水泵1输出的水压力开始减少，此时风动潜水泵1输出的水压力与联动弹簧202的平衡开始打破，会导致联动滑块204向右滑动，此时自调速装置2的出气孔开始变小，如图3所示，直接导致风动潜水泵1腔内的气压变大，从而实现风动潜水泵1飞轮转速的下降，实现自调速的功能。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种基于物联网的自调速潜水泵远程调度系统，其特征在于：包括风动潜水泵、自调速装置、防爆压力传感器、定位仪、调度系统操作平台、移动控制终端、矿井三维虚拟立体模型测试系统、调度部门；所述的风动潜水泵的数量为N个，分别编号为1-N；所述的风动潜水泵包括底座、出水口、出水管道、进风管道、进风嘴、出风口、连接管道；所述的自调速装置包括前端盖、联动弹簧、缸筒、联动滑块、弹性密封圈、后端盖；所述的防爆压力传感器设在自调速装置的前端盖的内部凹槽的端面上，实时测量联动弹簧的压力值；所述的定位仪设在风动潜水泵上，实时监测风动潜水泵的位置坐标；所述的移动控制终端对调度系统操作平台实时操作，所述的移动控制终端为个人电脑、手机和操纵手柄；所述的矿井三维虚拟立体模型测试系统实时测量矿井开采过程中的空间立体信息，并将矿井的实时动态立体模型输入到调度系统操作平台中；所述的风动潜水泵上的定位仪检测风动潜水泵的位置坐标，并输入到调度系统操作平台中，所述的防爆压力传感器检测风动潜水泵是否有负载，并将风动潜水泵的工作状态信息输入到调度系统操作平台中；所述的调度系统操作平台中接收到风动潜水泵的位置信息和工作状态后，对风动潜水泵进行编号，组构成井下潜水泵分布系统，并将风动潜水泵的位置坐标输入到矿井三维虚拟立体模型中；调度系统操作平台综合矿井三维虚拟立体模型和风动潜水泵的分布、工作状态信息，制定风动潜水泵的分配和调度策略，将一些不需要工作的风动潜水泵转移至一线工作区域；调度系统操作平台将调度指令发给调度部门，调度部门在接收到调度信息后，通过调度工作人员或者专用的调度机器对风动潜水泵进行调度。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的自调速潜水泵远程调度系统的风动潜水泵和自调速装置，其特征在于：所述风动潜水泵的底座放置在抽水处；所述出水口与出水管道相连，所述的进风管道连接进风嘴将高压气体传送到风动潜水泵的腔体内，带动叶轮旋转；所述自调速装置的缸筒焊接固定在风动潜水泵的上端面，且所述风动潜水泵的出风口与自调速装置的缸筒相连；所示自调速装置的缸筒设有小出气孔、大出气孔以及进气口，且所述缸筒的小出气孔直径为φ5,所述缸筒的大出气孔直径为φ20，所述缸筒的进气口与风动潜水泵的出风口通过密封连接，且缸筒的进气口设置为密布排列的小孔洞；所述的前端盖通过管螺纹密封固定在缸筒的左端，且前端盖内部设有凹槽，用于固定安装防爆压力传感器和联动弹簧；所述的联动弹簧一端固定安装在前端盖的凹槽内的防爆压力传感器上，另一端固定安装在联动滑块的凹槽内；所述的联动滑块通过弹性密封圈密封安装在缸筒的内腔，且联动滑块在缸筒的内腔滑动；所述的连接管道一端连接有出水管道，另一端与自调速装置的后端盖相连；所述的后端盖设有通孔，与连接管道相连后，将风动潜水泵抽出的水传送到缸筒的内腔。