一种基于大数据分析的矿井泵房智能排水控制方法及系统与流程

1.本技术实施例涉及煤矿井下泵房智能排水技术领域，具体而言，涉及一种基于大数据分析的矿井泵房智能排水控制方法及系统。


背景技术：

2.矿井排水系统是煤矿大型设备的一个重要组成部分，其正常运行与否直接关系到整个矿井的安全生产。该系统一般由若干排水泵、配套电机和排水管路组成，统一安置于井底中央泵房内。该系统具有可靠性要求高，耗电量大，启泵、停泵操作繁琐等一系列特点。随着控制理论、自动化技术的迅速发展，plc控制模块广泛应用于矿井排水系统，并实现了自动化控制。但是目前煤矿井下排水系统存在自动化程度低，系统控制方式落后，耗电量大、排水效率低等缺点。故如何提高矿井排水系统的智能化控制程度，做到科学运行、管理，且满足煤矿生产调度综合自动化的要求，便成了急需解决的问题。


技术实现要素：

3.本技术实施例在于提供一种基于大数据分析的矿井泵房智能排水控制方法及系统，旨在解决煤矿井下排水系统自动化程度低，系统控制方式落后，耗电量大、排水效率低的问题。
4.本技术实施例第一方面提供一种基于大数据分析的矿井泵房智能排水控制方法，包括：
5.基于历史采集的矿井泵房运行数据，构建智能分析数学模型，其中，矿井泵房数据至少包括所述矿井内每一台水泵的运行数据；
6.实时采集矿井下水仓水位和矿井泵房运行数据；
7.当矿井下水仓水位小于预设水位预警下限值时，通过通讯模块发送报警指令到报警模块，并同时通过通讯模块发送停泵指令给智能控制模块，智能控制模块执行停泵指令；
8.当矿井下水仓水位在预设水位预警下限值和预设水位极限值之间时，将矿井泵房运行数据输入智能分析数学模型，智能分析数学模型生成矿井泵房内每一台水泵的综合评分排名，根据每一台水泵的综合评分排名生成智能排水方案；
9.发送智能排水方案至智能控制模块，智能控制模块按照智能排水方案控制矿井泵房内每一台水泵的运行。
10.可选地，基于历史采集的矿井泵房运行数据，构建智能分析数学模型，包括：
11.获取预设第一时间内矿井泵房内每一台水泵的运行累计时间；
12.从历史采集的矿井泵房运行数据中获取有效采样数据，其中，有效采样数据为在预设第一时间内，运行累计时间超过预设第二时间的有效运行水泵中每一台水泵的排水时的水泵电压、水泵电流和瞬时流量；
13.基于有效采样数据，计算得到有效运行水泵中每一台水泵的运行效率；
14.基于有效运行水泵中每一台水泵的运行效率，计算出有效运行水泵中每一台水泵
的吨水百米电耗；
15.基于有效运行水泵中每一台水泵的吨水百米电耗，计算出有效运行水泵中每一台水泵的运行状态值；
16.基于有效运行水泵中每一台水泵的运行状态值，生成有效运行水泵中每一台水泵的综合评分排名，根据有效运行水泵中每一台水泵的综合评分排名生成智能排水方案。
17.本技术第二方面提供一种基于大数据分析的矿井泵房智能排水控制系统，系统用于执行本技术第一方面提供的基于大数据分析的矿井泵房智能排水控制方法；系统包括采集模块、通讯模块、服务器、智能分析模块、智能控制模块、报警模块、打印模块、hmi人机交互模块；
18.采集模块用于实时采集矿井下水仓水位和矿井内每一台水泵的运行数据，运行数据至少包括：水泵电机电流、电压，水泵电机水平振动、垂直振动，水泵电机轴承温度，水泵瞬时流量、累计流量、运行时间、负压、正压数据；
19.智能分析模块用于根据采集模块采集的矿井下水仓水位和矿井内每一台水泵的运行数据，建立矿井的排水系统智能分析数学模型，通过智能分析数学模型实时分析出矿井内每一台水泵的能耗参数，能耗参数至少包括：累计运行时间、排水效率、吨水百米电耗、矿井涌水量；同时结合矿井用电避峰填谷方案，生成矿井泵房内每一台水泵的综合评分排名，根据每一台水泵的综合评分排名生成智能排水方案。
20.可选地，通讯模块以工业物联网为架构，用于将采集模块采集的实时数据传输到服务器。
21.可选地，服务器用于数据存储，存储的数据至少包括矿井下水仓水位、水泵瞬时流量、水泵累计流量、水泵排水压力、水泵电机轴承温度、水泵实时电流、水泵实时电压、运行状态、运行时间、水泵耗电量、故障报警数据，并根据使用需求将存储的数据生成与使用需求对应的报表；
22.打印模块用于打印服务器生成的所述报表。
23.可选地，智能控制模块用于在手动控制模式、半自动控制模式、全自动控制模式中控制切换；
24.全自动控制模式用于根据矿井下水仓水位的自动检测，自动控制水泵排水；半自动化控制模式用于根据智能分析模块生成的智能排水方案，指导操作人员按照智能排水方案进行排水操作；手动控制模式用于日常检修。
25.可选地，系统还包括智能视频监控模块；
26.智能视频监控模块为安装在矿井泵房的防爆摄像机，摄像机吊装在导轨上，可以左右移动，实时监测矿井泵房内每一台水泵的运行情况，视频信号通过通讯模块发送至服务器内存储。
27.可选地，报警模块用于对水泵运行状态信息、报警数据的实时播报，实时播报的内容至少包括：水泵运行、水泵停机、水仓液位高、水仓液位低、欠压、过流、超温报警。
28.可选地，hmi人机交互模块用于显示矿井泵房实时运行数据，实时运行数据至少包括：水泵运行状态、电流、电压、正压、负压、电机轴承温度、定子温度、转子温度、瞬时流量、累计流量、本次运行时间、累计运行时间、水平振动、垂直振动、水仓液位、液位报警上限、液位报警下限、阀门运行状态、传感器报警状态、水泵控制方式、控制状态；
29.hmi人机交互模块还用于对水泵的历史数据、曲线、报表进行查询显示。
30.有益效果：
31.本技术提供的一种基于大数据分析的矿井泵房智能排水控制方法及系统，通过实时获取矿井下水仓水位，并将矿井下水仓水位发送至智能分析模块，通过比较矿井下水仓水位与水位预警下限值与预警极限值的大小，将计算结果发送给控制模块，实现自动进行排水和及时停泵，实现了无人值守。
32.第二、通过采集水泵的电流、电压、瞬时流量、水泵轴承温度、电机定子温度、运行时间等数据，通过智能分析模块计算出各水泵的排水效率、吨水百米电耗、矿井涌水量、运行状态值等数据，对每台排水泵进行综合评分排名，计算并给出智能排水方案，实现水泵的自动轮功能，有效地利用了资源，延长了设备的运行周期，提高了排水效率，实现智能化排水。
33.第三、智能分析模块通过对矿井排水涌水量、用电量的综合评测，同时结合矿井用电避峰填谷方案，实现了矿井下水仓水位的平衡协调控制，大大降低了排水电耗，提高了排水效率，提升了煤炭生产企业的节能经济效益。
附图说明
34.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1是本技术一实施例提出的一种基于大数据分析的矿井泵房智能排水控制方法的控制流程图；
36.图2是本技术一实施例提出的一种基于大数据分析的矿井泵房智能排水控制系统的结构框图。
具体实施方式
37.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
38.相关技术中，目前煤矿井下排水系统存在自动化程度低，系统控制方式落后，耗电量大、排水效率低等缺点。故如何提高矿井排水系统的智能化控制程度，做到科学运行、管理，且满足煤矿生产调度综合自动化的要求，便成了急需解决的问题。
39.有鉴于此，本技术提供的一种基于大数据分析的矿井泵房智能排水控制方法及系统，通过实时获取矿井下水仓水位，并将矿井下水仓水位发送至智能分析模块，通过比较矿井下水仓水位与水位预警下限值与预警极限值的大小，将计算结果发送给控制模块，实现自动进行排水和及时停泵，实现了无人值守。第二、通过采集水泵的电流、电压、瞬时流量、水泵轴承温度、电机定子温度、运行时间等数据，通过智能分析模块计算出各水泵的排水效率、吨水百米电耗、矿井涌水量、运行状态值等数据，对每台排水泵进行综合评分排名，计算
并给出智能排水方案，实现水泵的自动轮功能，有效地利用了资源，延长了设备的运行周期，提高了排水效率，实现智能化排水。第三、智能分析模块通过对矿井排水涌水量、用电量的综合评测，同时结合矿井用电避峰填谷方案，实现了矿井下水仓水位的平衡协调控制，大大降低了排水电耗，提高了排水效率，提升了煤炭生产企业的节能经济效益。
40.实施例一
41.参照图1，示出了本技术一种基于大数据分析的矿井泵房智能排水控制方法的控制流程图，如图1所示，本技术实施例一提供一种基于大数据分析的矿井泵房智能排水控制方法，包括：
42.基于历史采集的矿井泵房运行数据，构建智能分析数学模型，其中，矿井泵房数据至少包括所述矿井内每一台水泵的运行数据；
43.实时采集矿井下水仓水位和矿井泵房运行数据；
44.当矿井下水仓水位小于预设水位预警下限值时，通过通讯模块发送报警指令到报警模块，当前有水泵在运行则并同时通过通讯模块发送停泵指令给智能控制模块，智能控制模块执行停泵指令；
45.当矿井下水仓水位在预设水位预警下限值和预设水位极限值之间时，将矿井泵房运行数据输入智能分析数学模型，矿井泵房运行数据包括：水仓水位数据、电压、运行电流、排水瞬时流量、水仓水位、水泵振动、电机温度、排水压力、等运行参数，智能分析数学模型进行综合运算分析，生成矿井泵房内每一台水泵的综合评分排名，根据每一台水泵的综合评分排名生成智能排水方案；
46.发送智能排水方案至智能控制模块，智能控制模块按照智能排水方案控制矿井泵房内每一台水泵的运行，并将运算结果通过人机接口(human machine interface，以下简称hmi)人机交互模块进行数据展示。
47.本技术提供的一种基于大数据分析的矿井泵房智能排水控制方法，通过实时获取矿井下水仓水位，并将矿井下水仓水位发送至智能分析模块，通过比较矿井下水仓水位与水位预警下限值与预警极限值的大小，将计算结果发送给控制模块，实现自动进行排水和及时停泵，实现了无人值守。
48.第二、通过采集水泵的电流、电压、瞬时流量、水泵轴承温度、电机定子温度、运行时间等数据，通过智能分析模块计算出各水泵的排水效率、吨水百米电耗、矿井涌水量、运行状态值等数据，对每台排水泵进行综合评分排名，计算并给出智能排水方案，实现水泵的自动轮功能，有效地利用了资源，延长了设备的运行周期，提高了排水效率，实现智能化排水。
49.第三、智能分析模块通过对矿井排水涌水量、用电量的综合评测，同时结合矿井用电避峰填谷方案，实现了矿井下水仓水位的平衡协调控制，大大降低了排水电耗，提高了排水效率，提升了煤炭生产企业的节能经济效益。
50.基于上述基于大数据分析的矿井泵房智能排水控制方法，本技术提供以下一些具体可实施方式的示例，在互不抵触的前提下，各个示例之间可任意组合，以形成又一种基于大数据分析的矿井泵房智能排水控制方法，应当理解的，对于由任意示例所组合形成的又一种基于大数据分析的矿井泵房智能排水控制方法，均应落入本技术的保护范围。
51.在另一种实施方式中，基于历史采集的矿井泵房运行数据，构建智能分析数学模
型，包括：
52.获取预设第一时间内矿井泵房内每一台水泵的运行累计时间；
53.从历史采集的矿井泵房运行数据中获取有效采样数据，其中，有效采样数据为在预设第一时间内，运行累计时间超过预设第二时间的有效运行水泵中每一台水泵的排水时的水泵电压、水泵电流和瞬时流量。
54.示例地：预设第一时间为30天，预设第二时间为30分钟，从服务器中存储的历史数据中，读取30天内的每台泵的运行累计时间t，从服务器中存储的历史数据中，读取上次正常排水时的水泵电压、电流、瞬时流量，计算水泵效率；采样时选取上次排水时长超过30分钟的为有效采样数据，采样数据的为水泵运行第20分钟的数据；如上次排水时长未超过30分钟，则继续向前顺推，直到选取最近一次满足采样要求的数据。
55.基于有效采样数据，通过下式计算得到有效运行水泵中每一台水泵的运行效率η；
[0056][0057]
其中，ρ为水的密度，取值1000kg/m3；g为重力加速度，取值9.8n/kg；h为水泵扬程，单位米；qi为瞬时流量，单位m3/s；ii为水泵电流，单位a；ui为水泵电压，单位v，k1为水泵电机效率，k2为电机功率因数。
[0058]
基于有效运行水泵中每一台水泵的运行效率，通过下式计算出有效运行水泵中每一台水泵的吨水百米电耗fi；
[0059][0060]
其中η为水泵效率；g为重力加速度，取值9.8n/kg；k1为水泵电机功率。
[0061]
基于有效运行水泵中每一台水泵的吨水百米电耗，通过下式计算出有效运行水泵中每一台水泵的运行状态值zi；
[0062][0063]
其中a1、a2、a3为预设比例系数固定值。
[0064]
上述公式均是去量化取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最近真实情况的一个公式，公式中的预设参数由本领域的技术人员根据实际情况设定。
[0065]
实施例二
[0066]
基于同一发明构思，本技术另一实施例提供一种基于大数据分析的矿井泵房智能排水控制系统，系统用于执行本技术第一方面提供的基于大数据分析的矿井泵房智能排水控制方法；参照图2，示出了一种基于大数据分析的矿井泵房智能排水控制系统的结构框图，如图2所示，基于大数据分析的矿井泵房智能排水控制系统包括：
[0067]
采集模块、通讯模块、服务器、智能分析模块、智能控制模块、报警模块、打印模块、hmi人机交互模块；
[0068]
采集模块用于实时采集矿井下水仓水位和矿井内每一台水泵的运行数据，运行数据至少包括：水泵电机电流、电压，水泵电机水平振动、垂直振动，水泵电机轴承温度，水泵瞬时流量、累计流量、运行时间、负压、正压数据；
[0069]
智能分析模块用于根据采集模块采集的矿井下水仓水位和矿井内每一台水泵的
运行数据，建立矿井的排水系统智能分析数学模型，通过智能分析数学模型实时分析出矿井内每一台水泵的能耗参数，能耗参数至少包括：累计运行时间、排水效率、吨水百米电耗、矿井涌水量；同时结合矿井用电避峰填谷方案，生成矿井泵房内每一台水泵的综合评分排名，根据每一台水泵的综合评分排名生成智能排水方案。同时给智能控制模块发送开泵控制指令，由智能控制模块按智能排水方案执行指令
[0070]
矿井用电避峰填谷方案是按照煤矿用电管理规定，为充分利用矿井用电尖、峰、平、谷四个电价区间，合理优化生产组织，尽可能避峰填谷，减少电量电价，降低生产成本。智能分析模块通过建立数学模型、结合避峰填谷用电方案进行综合分析，给出具体什么时间段开启水泵，直接指导操作员进行排水操作。
[0071]
在本实施方式中，通讯模块以工业物联网为架构，用于将采集模块采集的实时数据传输到服务器。
[0072]
在其中一种实施例中，服务器用于数据存储，存储的数据至少包括矿井下水仓水位、水泵瞬时流量、水泵累计流量、水泵排水压力、水泵电机轴承温度、水泵实时电流、水泵实时电压、运行状态、运行时间、水泵耗电量、故障报警数据，并根据使用需求将存储的数据生成与使用需求对应的报表；
[0073]
打印模块用于打印服务器生成的所述报表，报表包括水泵累计流量、瞬时流量、电流、电压、排水压力、定子温度、转子温度、轴承温度、振动数值、泵运行时间等数据。系统还包括语音报警模块，用于对水泵运行状态信息、报警数据的实时播报。播报内容包括水泵运行、水泵停机、水仓液位高、水仓液位低、欠压、过流、超温报警等。
[0074]
在其中另一种实施例中，智能控制模块用于在手动控制模式、半自动控制模式、全自动控制模式中控制切换；
[0075]
全自动控制模式用于根据矿井下水仓水位的自动检测，自动控制水泵排水；半自动化控制模式用于根据智能分析模块生成的智能排水方案，指导操作人员按照智能排水方案进行排水操作；操作人员通过控制界面上的一键启动按钮进行排水操作，手动控制模式用于日常检修，是单独对泵、阀门、射流系统等进行操作。
[0076]
在本实施方式中，系统还包括智能视频监控模块；
[0077]
智能视频监控模块为安装在矿井泵房的防爆摄像机，摄像机吊装在导轨上，可以左右移动，实时监测矿井泵房内每一台水泵的运行情况，当开启某台水泵时，摄像机自动移动到当前水泵位置，并自动打开监控画面，实时监控水泵运行情况，视频信号通过通讯模块发送至服务器内存储，实现了智能视频监控联动功能。
[0078]
在其中一种实施例中，报警模块用于对水泵运行状态信息、报警数据的实时播报，实时播报的内容至少包括：水泵运行、水泵停机、水仓液位高、水仓液位低、欠压、过流、超温报警。
[0079]
在其中一种实施例中，hmi人机交互模块用于显示矿井泵房实时运行数据，实时运行数据至少包括：水泵运行状态、电流、电压、正压、负压、电机轴承温度、定子温度、转子温度、瞬时流量、累计流量、本次运行时间、累计运行时间、水平振动、垂直振动、水仓液位、液位报警上限、液位报警下限、阀门运行状态、传感器报警状态、水泵控制方式、控制状态；
[0080]
hmi人机交互模块还用于对水泵的历史数据、曲线、报表进行查询显示，以及显示系统工艺流程图，显示内容应包括：水泵、电机、正压、负压传感器、排水管路、流量计、射流
管路、液位计、电动闸阀、球阀等设备相对位置、名称、运行状态，模拟动画显示排水水流方向、设备运行状态。可以点击泵图标，可打开单独一台水泵控制工艺流程，可以更详细地监测水泵的运行状态以及各种监测数据，同时还能实现对泵的远程控制操作。
[0081]
应当理解地，本技术说明书尽管已描述了本技术实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术实施例范围的所有变更和修改。
[0082]
以上对本技术所提供的一种基于大数据分析的矿井泵房智能排水控制方法及系统，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。