CN109505651A - 一种监控式全自动正负压放水器 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种监控式全自动正负压放水器，包括储水箱、过滤器、进水电动球阀、控制器、与控制器连接的排水电动球阀和电动二位三通阀；所述控制器包括单片机、显示屏、I/O驱动电路、光电隔离整形电路、红外遥控接收器、声光报警器、频率输出驱动电路、RS485通信模块、开关量输出驱动电路和电源变换模块；控制器接收水位传感器信号或者计算机通信数据，通过综合判断，输出信号，控制储水箱上的各种阀门动作，实现现场正负压管道的自动放水功能，设备具有自诊断功能，现场故障报警功能，同时还实现了远程控制及监测、监控功能，方便及时进行维修管理以及测试，可靠性高，放水器工作效率高。可见，监控式全自动正负压放水器中的“监控”包含两层意思，一方面是放水功能是通过对水位传感器的监测实现控制功能，另一方面也可以通过网络实现远程计算机的监控功能。
Description
技术领域
本发明涉及放水器领域，具体涉及一种监控式全自动正负压放水器。
背景技术
煤矿瓦斯抽放管道积水会造成管路堵塞，压力损失大，抽放效果差，抽采达标时间延长，抽放泵耗电增加，给煤矿造成不必要的损失，因此在抽放管路上设置放水器，传统的放水器一般采用浮子式机械放水器，虽然也能够正常放水，由于浮子占用的空间较大，导致内腔狭小，储水量小，放水效果差，动作频繁时易发生故障。同时，由于抽放管路排除的水含有煤泥，颗粒状煤渣等，容易导致放水器故障或者损坏，除不能正常放水以外，还会有安全隐患。假如放水器安装在井下负压端，还会泄露空气进入抽放管道，稀释甲烷浓度，使得瓦斯的后续利用气源浓度降低；假如在抽放泵站后的正压管道上安装放水器，则管道内的气体会泄漏到空气中，由于甲烷是可燃气体，会影响泵站的安全性能；因为没有实时监控，放水器处于何种故障状态无法实时掌握，传统方式只能依靠人为巡查，耗时耗力，另一方面，因为放水器是密封的设备，巡查也无从知晓放水器的状态，给巡查工作带来困难。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题，提供一种监控式全自动正负压放水器，既能实现正压放水又能负压放水，可实现放水的压力范围更大，放水效率更高，又能将实时信号传输给分站和计算机，当放水器发生故障时更容易找出故障发生的原因，方便及时维修。
为此，本发明提供了一种监控式全自动正负压放水器，包括储水箱、过滤器、进水电动球阀、控制器、与控制器连接的排水电动球阀和电动二位三通阀；所述储水箱内设有与控制器连接的低水位传感器和高水位传感器，储水箱上端设有密封垫、法兰、电动二位三通阀和控制器，储水箱底部设有可调节支撑座；所述过滤器通过进水管与瓦斯管道连通，与控制器连接的进水电动球阀设置在进水管上，所述排水电动球阀设在储水箱下端，控制器用于根据低水位传感器和高水位传感器的反馈信息控制各阀门的开启或关闭；电动二位三通阀的公共端与储水箱连通，常开端通过进气管与瓦斯管道连通，常闭端与大气连通。
进一步，所述高水位传感器设置的位置高于低水位传感器设置的位置。
进一步，所述进气管上设有进气手动球阀。
进一步，所述控制器包括单片机、显示屏、I/O驱动电路、光电隔离整形电路、红外遥控接收器、声光报警器、频率输出驱动电路、RS485通信模块、开关量输出驱动电路和电源变换模块；所述单片机连接显示屏，所述I/O驱动电路包括I/O驱动电路1、I/O驱动电路2、I/O驱动电路3和驱动电路4，并且每个I/O驱动电路依次和单片机单独连接，所述I/O驱动电路1连接有声光报警器，I/O驱动电路2连接有进水电动球阀，所述I/O驱动电路3连接有排水电动球阀，所述I/O驱动电路4连接有电动二位三通阀；所述光电隔离整形电路包括光电隔离整形电路1、光电隔离整形电路2和光电隔离整形电路3，并且每个光电隔离整形电路依次单片机连接，光电隔离整形电路1连接有高水位传感器，光电隔离整形电路2连接有低水位传感器，光电隔离整形电路3连接有RS485通信模块；红外遥控接收器、频率输出驱动电路、开关量输出驱动电路均与单片机连接；电源变换模块输出3.3V电源端口与光电隔离整形电路3连接，电源变换模块输出18V电源端口与声光报警器、进水电动球阀、排水电动球阀和电动二位三通阀依次相连。
进一步，所述显示屏为用以显示放水器所处水位状态和故障类型的OLED显示屏。
进一步，所述单片机为STM32F103。
进一步，所述电源变换模块接127V AC电源，并通过电源变换模块将其转化为3.3V本安电源和18V本安电源，电源变换模块输出3.3V电源驱动控制器电路工作，18V电源驱动声光报警器、进水电动球阀、排水电动球阀和电动二位三通阀工作。
所述控制器设有三种排水模式：监控排水、定时排水和远程控制排水。
本发明的有益效果是：
1.一台设备，不改变任何零部件、结构的情况下，可以在正压环境和负压环境实现管道放水，工作压力范围提升至-90kPa ~ 100kPa；
2.有效解决了煤泥中的颗粒造成的密封不严，导致放不出水，甚至漏气的问题，实现更可靠的放水；
3.采用电动球阀的方式实现进水、排水，保证流通量大，排水速度块，排水效率提高；
4.储水箱内无任何元件，相比浮子机械式放水器、储水容量大，一次放水多，进一步提升了排水效率；
5.利用电动二位三通阀方式切换，实现储水箱内、外气压平衡，从而保证进水和排水顺利进行，切换到与大气相通才能排水，不用克服负压排水，也提升了排水效率；
6.通过OLED点阵方式显示放水器所处状态和自诊断情况，出现故障，利用控制器自带蜂鸣器闪烁报警，提示维修，显示直观，故障定位容易；
7.可以利用遥控器实现现场进水、排水功能测试，而不用开机检查故障；
8.保证设备可靠工作，在进水口采用过滤器，大颗粒煤渣不会进入储水箱内，进入储水箱内的都是小颗粒和水的混合物，由于底面采用锥面，放水器在底部放水，就保证了煤渣不会存留在储水箱内积聚，造成堵塞故障和密封不严故障；
9.信号输出采用开关型、频率型，可以连接分站传送数据，实现远程监测；也有RS485通信模块，通过井下交换机与计算机传输实时信息，实现远程计算机控制进水、排水的过程，可以传输放水器状态信号，实现了远程控制；
10.排水方式可以选择：定时排水、监控排水、远程控制排水。
附图说明
图1是本发明的安装结构图；
图2是本发明的控制器原理框图；
其中，进水管1、过滤器2、进水电动球阀3、控制器4、法兰5、密封垫6、高水位传感器7、储水箱8、低水位传感器9、可调支撑座10、排水电动球阀11、进气手动球阀12、进水手动球阀13、瓦斯管道14、电动二位三通阀15、进气管16。
具体实施方式
以上是本发明的技术方案内容，现对本发明的方案做如下具体说明：
结合图1和图2所示，本发明公布的一种监控式全自动正负压放水器，包括储水箱8、过滤器2、进水电动球阀3、控制器4、与控制器4连接的排水电动球阀11和电动二位三通阀15；所述储水箱8内设有与控制器4连接的低水位传感器9和高水位传感器7，储水箱8上端设有密封垫6、法兰5、电动二位三通阀15和控制器4，储水箱8底部设有可调节支撑座；所述过滤器2通过进水管1与瓦斯管道14连通，与控制器4连接的进水电动球阀3设置在进水管1上，所述排水电动球阀11设在储水箱8下端，控制器4用于根据低水位传感器9和高水位传感器7的反馈信息控制各阀门的开启或关闭；电动二位三通阀15的公共端与储水箱8连通，常开端通过进气管16与瓦斯管道14连通，常闭端与大气连通。
进水流程：由控制器4控制排水电动球阀11关闭，关闭完成，控制器4控制电动二位三通阀15与瓦斯管道14相通，接通完成，再打开进水电动球阀3，使瓦斯管道14内的积水依次通过进水手动球阀13、进水管1、过滤器2、进水电动球阀3和储水箱8。以此完成进水过程。
排水流程：控制器4发出控制信号，关闭进水电动球阀3以停止进水，关闭完成，控制器4发出控制信号，控制二位三通阀15动作，与瓦斯管道14关闭，与大气相通，切换完成，再打开排水电动球阀11进行排水，当水位低于低位水位传感器9，继续保持放水流程1分钟，排水完毕。
进一步，所述高水位传感器7设置的位置高于低水位传感器9设置的位置。
低水位传感器9用于感应储水箱8内的较低水位，而高水位传感器7用于感应储水箱8内较高水位，因此设计高水位传感器7的位置高于低水位传感器9的位置。
进一步，所述进气管16上设有进气手动球阀13。
进一步，如图2所示，所述控制器4包括单片机、显示屏、I/O驱动电路、光电隔离整形电路、红外遥控接收器、声光报警器、频率输出驱动电路、RS485通信模块、开关量输出驱动电路和电源变换模块；所述单片机连接显示屏，所述I/O驱动电路包括I/O驱动电路1、I/O驱动电路2、I/O驱动电路3和I/O驱动电路4，并且每个I/O驱动电路依次和单片机单独连接，所述I/O驱动电路1连接有声光报警器，I/O驱动电路2连接有进水电动球阀3，I/O驱动电路3连接有排水电动球阀11，I/O驱动电路4连接有电动二位三通阀15；所述光电隔离整形电路包括光电隔离整形电路1、光电隔离整形电路2和光电隔离整形电路3，并且每个光电隔离整形电路依次和单片机连接，光电隔离整形电路1连接有高水位传感器7，光电隔离整形电路2连接有低水位传感器9，光电隔离整形电路3连接有RS485通信模块；红外遥控接收器、频率输出驱动电路、开关量输出驱动电路均与单片机连接；电源变换模块输出3.3V电源端口与光电隔离整形电路3连接，电源变换模块输出18V电源端口与声光报警器、进水电动球阀3、排水电动球阀11和电动二位三通阀15依次相连。
进一步，所述显示屏为用以显示放水器所处水位状态和故障类型的OLED显示屏。
进一步，所述单片机为STM32F103。
单片机STM32F103实现高、低水位传感器9的信号接收，通信数据的接收和响应，自动控制进水电动球阀3、排水电动球阀11、电动二位三通阀15工作，实现自动放水器和故障声光报警
进一步，所述电源变换模块接127V AC电源，并通过电源变换模块将其转化为3.3V本安电源和18V本安电源，电源变换模块输出3.3V电源驱动控制器4电路工作，18V电源驱动声光报警器、进水电动球阀3、排水电动球阀11和电动二位三通阀15工作。
进一步，所述控制器4设有三种排水模式：监控排水、定时排水和远程控制排水。
监控排水模式
遥控器或者控制计算机设置放水器为监控排水模式时，控制器4执行监控排水模式，当控制器4监测到水箱水位低于高水位传感器7时，放水器一直处于进水状态，执行进水流程，直至水位高于高水位传感器7，此时执行排水流程，当排水完毕，然后再启动进水流程，循环往复，实现监控进水，排水过程。
定时排水模式
当监测水位传感器出现故障，或者用户根据瓦斯管道14水量的大小，实现定时排水，排水时间可以遥控器设置或者远程计算机置，遥控器或者控制计算机设置放水器为监控排水模式时，控制器4执行定时排水模式，放水器上电启动进水模式，同时启动定时器工作，当控制器4定时时间达到设定时间，控制器4启动排水模式，排水完成，定时器重新定时，再进入进水模式，循环往复，实现定时进水，排水过程。
远程控制排水模式
当地面计算机根据瓦斯管道14水量情况进行进水、排水控制时候，设置为远程控制排水模式，控制器4只是执行计算机传来的控制命令，执行进水流程，和排水流程。
通过红外遥控器对放水器进行进水流程、排水流程实验，以检测放水器进水电动球阀3，排水电动球阀11，电动二位三通阀15进行定期测试和维护，保证放水器处在正常的状态。控制器4实现了本地控制和远程控制，结合遥控器对红外遥控接收器发出指令，配合OLED显示屏，可以测试放水器是否能正常，启动进行流程和排水流程，更加直观观测放水器状态是否正常，利于检修人员维护、定位故障点。此外，计算机通信采用RS485总线结合网络交换机的方式实现远程控制，当然也可以采用频率信号或者开关量信号来实现分站连接，实现远程监测功能。
电动球阀的口径采用DN25口径，全流通情况下，比相同口径的电磁阀流通量大得多，相比机械式放水器使用的同口径单向阀流通量更大，配合电动二位三通阀15动作，不用克服负压作用，放水速度得到很大提升，并且在设计上，18V本安电源输出电流可达到1A，对于驱动工作电流仅仅为200mA的电动球阀绰绰有余，因此完全可以满足电动球阀的工作需求。本实施例采用的水位传感器为红外水位传感器，其可靠性高、经济实惠，抗干扰能力强。OLED显示屏可以对放水器的工作状态、故障状态以及现场测试结果进行显示，便于观察，通信协议上，采用Modbus RTU现场总线协议，实现数据采集、控制和工作模式等参数的设置。
进一步，由于煤矿井下位置高低不平，放水器倾斜会影响防水效果，本发明在支撑座设计上，采用可调支撑座10，使放水器处于最佳的进水、排水状态。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种监控式全自动正负压放水器，其特征在于，其包括储水箱、过滤器、进水电动球阀、控制器、与控制器连接的排水电动球阀和电动二位三通阀；所述储水箱内设有与控制器连接的低水位传感器和高水位传感器，储水箱上端设有密封垫、法兰、电动二位三通阀和控制器，储水箱底部设有可调节支撑座；所述过滤器通过进水管与瓦斯管道连通，与控制器连接的进水电动球阀设置在进水管上，所述排水电动球阀设在储水箱下端，控制器用于根据低水位传感器和高水位传感器的反馈信息控制各阀门的开启或关闭；电动二位三通阀的公共端与储水箱连通，常开端通过进气管与瓦斯管道连通，常闭端与大气连通。
2.根据权利要求1所述的一种监控式全自动正负压放水器，其特征在于，所述高水位传感器设置的位置高于低水位传感器设置的位置。
3.根据权利要求1所述的一种监控式全自动正负压放水器，其特征在于，所述进气管上设有进气手动球阀。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种监控式全自动正负压放水器，其特征在于，所述控制器包括单片机、显示屏、I/O驱动电路、光电隔离整形电路、红外遥控接收器、声光报警器、频率输出驱动电路、RS485通信模块、开关量输出驱动电路和电源变换模块；所述单片机连接显示屏，所述I/O驱动电路包括I/O驱动电路1、I/O驱动电路2、I/O驱动电路3和驱动电路4，并且每个I/O驱动电路依次和单片机连接，所述I/O驱动电路1连接有声光报警器，I/O驱动电路2连接有进水电动球阀，所述I/O驱动电路3连接有排水电动球阀，所述I/O驱动电路4连接有电动二位三通阀；所述光电隔离整形电路包括光电隔离整形电路1、光电隔离整形电路2和光电隔离整形电路3，并且每个光电隔离整形电路依次单片机连接，光电隔离整形电路1连接有高水位传感器，光电隔离整形电路2连接有低水位传感器，光电隔离整形电路3连接有RS485通信模块；红外遥控接收器、频率输出驱动电路、开关量输出驱动电路均与单片机连接；电源变换模块输出3.3V电源端口与光电隔离整形电路3连接，电源变换模块输出18V电源端口与声光报警器、进水电动球阀、排水电动球阀和电动二位三通阀依次相连。
5.根据权利要求4所述的一种监控式全自动正负压放水器，其特征在于，所述显示屏为用以显示放水器所处水位状态和故障类型的OLED显示屏。
6.根据权利要求4所述的一种监控式全自动正负压放水器，其特征在于，所述单片机为STM32F103。
7.根据权利要求4所述的一种监控式全自动正负压放水器，其特征在于，所述电源变换模块接127V AC电源，并通过电源变换模块将其转化为3.3V本安电源和18V本安电源，电源变换模块输出3.3V电源驱动控制器电路工作，18V电源驱动声光报警器、进水电动球阀、排水电动球阀和电动二位三通阀工作。
8.根据权利要求4所述的一种监控式全自动正负压放水器，其特征在于，所述控制器设有三种排水模式：监控排水、定时排水和远程控制排水。
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