煤矿井下排水自动控制系统关键技术分析.pdf

NO． 3， 2 01 0 现代商贸工业 Mo d e r n B u s i n e s s Tr a d e I n d u s t r y 2 0 1 0年第 3 期 煤矿井下排水自动控制系统关键技术分析 李 宁 魏传 勇 I ． 新汶矿业集团安全监察局 ， 山东 泰安 2 7 1 2 3 3 ； 2 ． 华新建筑工程集团公司， 山东 泰安 2 7 l 2 3 3 摘要 作 为煤矿 生产 中的主要 工作 系统之一 的煤矿 井下排 水 系统在煤 矿安 全问题 中十分重要 。对煤 矿 井下排水 自 动控制 系统关键技 术进行 相关分析 。 关键 词 矿 井 ； P L C； 排 水 系统 ； 系统控 制 中图分 类号 T D 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 2 3 1 9 8 2 0 1 0 0 3 0 3 1 8 0 1 1 可编 程控 制器技 术概况 可 编程 控 制 器 P r o g r a mma b l e L o g i c C o n t r o l l e r ， 简 称 P L C ， 是 一种 数字运算操作 的电子系统 ， 是在世 纪年代末面 向工业环境由美国科学家首先研制成功的。它采用可编程 序的存储器， 其内部存贮执行逻辑运算、 顺序控制、 定时、 计 数 和算术运算等操作 指令 ， 并通 过数 字的 、 模拟 的输入 和输 出 ， 控制各种类 型 的机 械 或生 产过 程 。可 编程 序控 制器 及 其有 关设备 ， 都是按 易于与工业 控制 系统形成 一体 、 易 于扩 充其功 能的原则 设 计的 。P I C具 有灵 活 、 通用 ， 可靠 性 高、 抗干扰能力强， 编程简单、 使用方便 ， 以及控制系统的设计、 安装 、 调试 和维 修方便等的 主要 特点 。P I C是 应用 面很广 ， 发展 非常迅速的 工业 自动 化装 置 ， 在工 厂 自动 化 和计算 机 集成 制造系统 C I MS 内占重要地位 。今天的 P L C功 能， 远 不仅是替代传统的继电器逻辑。P I C系统一般由以下基本 功 能构成 多种 控制功能 ； 数据采 集、 存储 与处 理功 能 ； 通信 联 网功能 ； 输 入／ 输 出接 口调理 功 能； 人 机 界面 功 能 ； 编程 、 调试 功能 。 2 离心 式水 泵排水 系统工 作原理 离 心式水泵排水 系统 主要 由离 心式水 泵 、 电动机 、 起 动 设备、 仪表、 管路及管路附件等组成。水泵房排水设备一般 安 置在 水井液面 以上 ， 所 以水 泵启 动前 的灌 水 一般 采用 吸 人式 。为了减小井水 吸人 阻力 ， 提高泵 站运行 效率 ， 吸水 管 路不宜设置底阀。无底阀吸入式灌水， 要采用专 门的引水 设备 ， 对水泵排水腔和吸水管路进行抽真空， 使水泵运行前 充满水 。引水设备一般为真空泵或射流泵。真空泵运行效 率 高 ， 水泵启动 快 ， 但需要 提供专 门的驱 动设备 射 流泵 结 构简单 ， 操作方便， 根据矿井的地下环境和条件， 射流泵的 应用更为普遍。其结构包括喷嘴、 吸入室、 混合管、 扩散管。 射流泵的工作原理是水射流时的“ 虹吸现象” 。射流泵工作 时要有 高压水源 ， 使 喷嘴处产生 高速水流 ， 通 过虹 吸现象 使 吸入室产生真空， 将低处的水吸入水泵内， 再启动水泵。射 流泵应连接于水泵的最高处。在开启射流泵前， 要把水泵 排水管上的闸阀关闭 射流泵具有结构简单、 占地少 、 安装 容易、 工作可靠、 维护方便等优点， 是一种常用的引水设备 ， 适合井下排水设备使用。 3 煤矿井下排水系统的总体方案设计 本系统 中设 计有五 台离心 式排水 泵和 三条排水 管路 进 行排水， 并且每一个排水泵都和两个排水管路相连接 ， 这是 为了当其中一个管路故障时， 可 以继续用另外一个管路排 水 ， 而不至于 排水 中断 。五 台排水 泵两 台工 作 ， 两 台备用 ， 一 台检修 ， 因而 三 条 排水 管 路 有两 条 工作 ， 一 条备 用 或 检 修。每一个排水泵和与它相连的两个排水管路之问都要用 电动阀连接 ， 可 以方 便的用 P L C选择 其 中一 条管 路 。每 _ 一 个排水管通路上都有两个排水电动阀， 鉴于离心式水泵独 有的启闭特性， 它们的打开和关闭是有先后顺序的。 在该系统中 ， 选用作为 中心控制 器 ， 它 的模 拟量 输入信 号 包括水仓水位 ， 水泵 入水 口真 空度 ， 水泵 出水 口压力 ， 排 水管流量， 水泵轴温， 电机温度 ； 它的数字量输人信号包括 水泵 电机的开关状 态反 馈信 号 ， 排水 管 电动 阀 的开关 状态 和过转矩反馈信号， 射流泵电磁阀的开关状态反馈信号， 控 制方式选择开关信号 ， 半自动方式下各台水泵的开关按钮 输入 信号 ， 各 台水泵 的禁止启 动开 关信 号 ， 急 停 ， 故 障复位 ； 它 的数字量输出信号 包括 各 台水泵 电机的 开关 信 号 ， 射 流 泵 电磁阀的开关信号 ， 排水管 电动 阀的开关 信 号 ， 警 铃开关 信 号。 4可编 程控制器模 块选 型 本系统选用三菱的 F X2 N系列可编程控制器作为中心 控 制器 ， 系列是模块化结构设 计 ， 各 种单 独模块 之问 可以进 行广 泛组合 和扩展 。其 主要 组成 部分 有导 轨 、 P L C 中心 模 块 、 模拟量模块 、 扩 展模 块 、 通信 模块 等 。它 可 以 通过通 信 模块 与计算机 进行通 讯 ， 再加 上其 全 面的 诊断 功 能和完 善 的自我保护技术， 使其具有极高的可靠性， 极其适合本系统 的需求 。 5 系统 前端检测 元件 5 ． 1 水仓水位的测量 水仓水位的测量采用感应式数字水位传感器， 由若干 个感 应元电路 ， 取样 、 转换电路 ， 基准 电压源 电路 ， 恒 流源电 路 ， 恒压 电路 ， 步进 式 供 电 电路 ， 感 应触 发 开关 数 字 电路 集 成 固化 的， 外型光 滑无 缝 的棒式 固体 传 感器 。它采 取 的感 应式取样电路是以一个极板电容器接受水中电波， 用二极 管和电容构成检波电路取得水位信号。采取的步进式悬浮 供电电路， 是由与测点数相同的若干个 由集成电路构成的 触发器所组成 ， 对水没有淹到 的传感器 部位 ， 相应 位置 的触 发器没有得到信号 。 5 ． 2流量测量 本系统选 用电磁流量计作 为流量测 量元 件 。电磁 流量 计由电磁流量转换器和电磁流量传感器组成。电磁流量转 换器是为电磁流量传感器提供电源， 并将其测量回的流量 信号整定成为标准的 4 ～2 0 mA电流等其他形式的信号。 参考文献 E 1 3刘振 荣， 宋正昶 ， 吕巧玲等． 矿 井排水污泥处置技 术的研究[ J ] ． 洁 净煤技术 ， 2 0 0 9 ， 0 1 ． E a 3吴兴华． 煤矿井下排水监控系统设计E J 3 ．中国煤炭 ， 2 0 0 8 ， 1 1 ．