井下水泵房自動(dòng)排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)最終版

1、井下水泵房自動(dòng)排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要煤炭行業(yè)是我國的支柱產(chǎn)業(yè)。隨著煤炭行業(yè)高產(chǎn)高效的開展，礦井平安問題己成為制約煤炭生產(chǎn)的關(guān)鍵因素。井下涌水是危及礦井平安的重要因素。一旦發(fā)生井下透水事故，不僅影響井下生產(chǎn)，甚至?xí)沟V井淹沒，危及生產(chǎn)工人生命。井下水泵房排水系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著整個(gè)礦井積水排除的任務(wù)，其平安可靠性直接影響礦井生產(chǎn)的效率和平安。目前，我國大多礦井水泵房仍然普遍使用傳統(tǒng)的人工操作排水系統(tǒng)。這種排水系統(tǒng)由于自動(dòng)化程度低，應(yīng)急能力差，存在很大的平安隱患。隨著我國煤炭行業(yè)的開展，井下排水系統(tǒng)自動(dòng)化己成為亟待解決的問題。本論文從我國煤礦生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，針對(duì)現(xiàn)有排水系統(tǒng)存在的弊病，結(jié)合現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)和控制理論，

2、設(shè)計(jì)了適于煤礦井下使用的自動(dòng)排水系統(tǒng)。利用工業(yè)專用可編程控制器PLC和超聲波液位檢測(cè)裝置，組成自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)水倉水位變化情況，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排水。依據(jù)液壓傳動(dòng)理論和流體力學(xué)原理，選擇了兩種可控閘閥，以適應(yīng)不同環(huán)境下的井下排水系統(tǒng)，解決了井下排水系統(tǒng)自動(dòng)控制的難題，并通過理論和試驗(yàn)驗(yàn)證了其可行性。關(guān)鍵詞:水泵房，井下排水，可控閘閥，PLC，最優(yōu)控制WELL WATER PUMP AUTOMATIC DRAINAGE SYSTEM DESIGNABSTRACTThe coal trade is a pillar industry of our country.With the development

3、 of coal trade in its high prodution and efficiency,the security problem of mine has been the key obstacle to coal prodution.Water pouring is an important factor endangering mine.Once the water leak accident takes place in mine,coal production will beld back;even the mine will be flood,jeopardizing

4、labors life.Pumping collected water from mining area is the job of drainage system in pumping house under mine,which has closely relations to mining security and effciency.At present,the chiefly drainage systems in mining pumping house in our country aer traditional ones,which are operated by hand.T

5、here are potential safety hazard in this kind of drainage because of its low automation and failure in dealing with emergency.Therefore,it is urgent to solve the problem of drainage automation under mine.Based on practice of coal producing,and making use of modern industrial techniques and control t

6、heory,automatic drainage system studied in our research is made to adapt to coal mine,Composed of industrial controller and ultrasonic level detecting instriment,monitored and control system can make drainage equipments working automatically,according to the alternation of water wells level.In order

7、 to meet various requirements of drainage systems in different situations,two kinds of controlled gate valves are studied and exploited based on hydraulic theory and fluid mechanics principles,and their feasibilities have been checked by experiments.So the puzzle problem in automation of drainage un

8、der mine is solved.KEY WORDS: The pump room, underground drainage, controllable valve, PLC, optimal control目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc326862235 摘 要 是由假設(shè)干個(gè)感應(yīng)元電路，取樣、轉(zhuǎn)換電路，基準(zhǔn)電壓源電路，恒流源電路，恒壓電路，步進(jìn)式供電電路，感應(yīng)觸發(fā)開關(guān)數(shù)字電路集成固化的，外型光滑無縫的棒式固體傳感器。它采取的感應(yīng)式取樣電路是以一個(gè)極板電容器接受水中電波，用二極管和電容構(gòu)成檢波電路取得水位信號(hào)。采取的步進(jìn)式懸浮供電電路，是由與測(cè)點(diǎn)

9、數(shù)相同的假設(shè)干個(gè)由集成電路構(gòu)成的觸發(fā)器所組成，對(duì)水沒有淹到的傳感器部位，相應(yīng)位置的觸發(fā)器沒有得到信號(hào)，不工作、不耗電，當(dāng)水界面部位上升，觸發(fā)器得到檢波信號(hào)后發(fā)生翻轉(zhuǎn)，向該感應(yīng)元電路供電，同時(shí)它向下級(jí)的觸發(fā)器發(fā)出了信號(hào)，關(guān)閉下級(jí)觸發(fā)器，使假設(shè)干個(gè)神經(jīng)元電路中，只有水界面對(duì)應(yīng)的一個(gè)感應(yīng)元電路處于供電工作態(tài)，水界面以下的電路處于休眠狀態(tài)。由于采用了步進(jìn)式供電電路、恒流調(diào)制輸出電路，使傳感器功耗減到了最小程度，電源電流根本上接近輸出信號(hào)電流。在基準(zhǔn)電壓源電路和恒流調(diào)制輸出電路共同作用下，信號(hào)電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的低頻電流信號(hào)輸出，大大地提高了信號(hào)抗干擾能力和信號(hào)遠(yuǎn)傳能力。感應(yīng)式數(shù)字水位傳感器其引線端子采用自

10、行設(shè)計(jì)的全密封式水封引線端子。使其可全投入水中，到達(dá)了國家潛水型工P68的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，長期無須維護(hù)。傳感器的工作電源設(shè)計(jì)在5一36伏范圍內(nèi)供電。使用時(shí)，垂直安裝于水中，將由低到高的水位變化，變換成4一20毫安的電流信號(hào)從信號(hào)端輸出。傳感器有不同的規(guī)格，其棒直徑為20一50毫米，長度為0.5一20米。(2)流量測(cè)量本系統(tǒng)選用電磁流量計(jì)作為流量測(cè)量元件。電磁流量計(jì)由電磁流量轉(zhuǎn)換器和電磁流量傳感器組成。電磁流量轉(zhuǎn)換器是為電磁流量傳感器提供電源，并將其測(cè)量回的流量信號(hào)整定成為標(biāo)準(zhǔn)的4一20mA電流等其他形式的信號(hào)。電磁流量傳感器是根據(jù)法拉第原理制成的一種流量傳感器，用來測(cè)量導(dǎo)電液體的流量。它是由產(chǎn)生均勻

11、磁場(chǎng)的系統(tǒng)、不導(dǎo)磁材料的管道以及在管道橫截面上的導(dǎo)電電極組成。磁場(chǎng)方向、電極連線、管道軸線三者之間是相互垂直的。當(dāng)被測(cè)導(dǎo)電液體流過管道時(shí)，切割磁力線，就會(huì)在和磁場(chǎng)及流動(dòng)方向垂直的方向上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其數(shù)值與液體的流速成正比。電磁流量計(jì)的特點(diǎn):測(cè)量管路內(nèi)沒有任何突出和可移動(dòng)的部件，因此可用于有懸浮顆粒的漿液等流量的測(cè)量，且壓力損失極小;感應(yīng)電勢(shì)與被測(cè)液體溫度、壓力、粘度等無關(guān)，因此其使用范圍廣泛;測(cè)量范圍寬，最大流量/最小流量=1500;可以測(cè)量各種腐蝕性液體的流量;電磁流量計(jì)的慣性小，可以用來測(cè)量脈動(dòng)流量;。系統(tǒng)選用LDZ一5電磁流量轉(zhuǎn)換器和相應(yīng)的電磁流量傳感器配合工作。工作時(shí)，在傳感器導(dǎo)管

12、兩側(cè)的電極上感應(yīng)產(chǎn)生與流速成正比的微小矩形波電壓信號(hào)，該信號(hào)由轉(zhuǎn)換器的信號(hào)放大電路處理，變成直流電壓，正比的頻率信號(hào)，輸入到單片微機(jī)系統(tǒng)，定量控制等功能。再經(jīng)過V/F電壓一頻率轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成與流速成實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電流輸出，瞬時(shí)流量和累計(jì)總量顯示，定量控制等功能。 水位與系統(tǒng)參數(shù)檢測(cè)(1)超聲波液位傳感器超聲波液位傳感器是利用超聲波的穿透能力，在界面上的反射和折射原理工作的。變送器在1秒內(nèi)發(fā)出數(shù)個(gè)超聲波，然后接收它的回波，送入檢測(cè)電路。由于聲波在空氣中的傳送速度較慢，利用發(fā)、收過程中產(chǎn)生的時(shí)間差，就可以計(jì)算出液面離電路的實(shí)際距離。根據(jù)液面的變化可以連續(xù)輸出水位信號(hào)。(2)真空度與壓力檢測(cè)傳感器真空度和

13、壓力檢測(cè)要有壓力值顯示，還要有成比例的電信號(hào)輸出，經(jīng)處理后輸入PLC，在水泵啟動(dòng)和運(yùn)行過程中提供有用信息。采用有源點(diǎn)接觸式真空表和壓力表可以可任意設(shè)定上、下控制壓力值，到達(dá)檢測(cè)顯示和信號(hào)傳輸?shù)哪康?。?dāng)被測(cè)壓力作用于彈簧管時(shí)，其末端產(chǎn)生相應(yīng)的彈性變形位移，經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)放大后，由指示裝置在度盤上指示出來。同時(shí)，指針帶動(dòng)電接點(diǎn)裝置的活動(dòng)觸點(diǎn)與設(shè)定指針上的觸頭(上限或下限)相接觸，致使控制系統(tǒng)接通或斷開電路，以到達(dá)自動(dòng)控制和發(fā)信報(bào)警的目的。在電接點(diǎn)裝置的電接觸信號(hào)針上，裝有可調(diào)節(jié)的永久磁鋼，可以增加接點(diǎn)吸力，加快接觸動(dòng)作，從而使觸點(diǎn)接觸可靠，消除電弧，能有效地防止儀表由于工作環(huán)境振動(dòng)或介質(zhì)壓力脈動(dòng)造成觸

14、點(diǎn)的頻繁關(guān)斷，具有動(dòng)作可靠、使用壽命長、觸點(diǎn)開關(guān)功率較大等優(yōu)點(diǎn)。 控制電路控制系統(tǒng)包括硬件局部和軟件局部。軟件局部是按控制要求編寫的控制程序。PLC的程序編寫一般為梯形圖，編寫方便，可讀性強(qiáng)，修改容易。硬件局部包括PLC及其擴(kuò)展模塊，信號(hào)檢測(cè)處理電路、輸出控制繼電器等。軟件設(shè)計(jì)要根據(jù)硬件的電路設(shè)計(jì)和PLC的I/O口地址分配來編寫程序。所以，軟件和硬件是相互結(jié)合，共同組成控制系統(tǒng)?？刂齐娐分饕蒔LC、LDC顯示終端、中間繼電器、控制按鈕、儀表及柜體等組成。PLC為系統(tǒng)控制核心，本控制系統(tǒng)選擇西門子公司57一200系列CPU224型PLC，結(jié)合EM231模擬量擴(kuò)展模塊和EM222數(shù)字量擴(kuò)展模塊作

15、為控制器。除具有一般的邏輯處理功能外，還具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理能力，其由機(jī)架、CPU、開關(guān)量I/O、模擬量輸入、電源、通信等模塊構(gòu)成。由于現(xiàn)場(chǎng)電源(一般為AC66OV)經(jīng)過變壓器可得到AC127v、DC24v、DC36V等幾種電壓，考慮到模塊的互換性與統(tǒng)一性，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與PLC的I/O之間采用中間繼電器傳送和隔離信號(hào)。這樣，PIJC的開關(guān)量I/O模塊的輸入輸出可采用統(tǒng)一電壓，還降低了由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的故障和電磁干擾等因素使得尸LC的I/O口損壞與輸入信號(hào)發(fā)生錯(cuò)誤的可能性。模擬量輸入模塊EM231為標(biāo)準(zhǔn)4一20mA電流型，可有效抑制現(xiàn)場(chǎng)的電磁干擾。運(yùn)行參數(shù)顯示采用工業(yè)級(jí)觸摸式LDC顯示終端來完成，

16、其與比C均內(nèi)置相同的通信協(xié)議，以實(shí)現(xiàn)兩者之間高速可靠的通信。對(duì)于水倉水位等重要的數(shù)據(jù)，首先送至儀表報(bào)警顯示裝置，再送至日無進(jìn)行處理，其余的參數(shù)和狀態(tài)均經(jīng)PLC處理后由LCD顯示終端顯示?？刂乒窆耋w面板陳設(shè)有自動(dòng)、單臺(tái)集中控制、手動(dòng)(空位)選擇開關(guān)外，還設(shè)有單臺(tái)水泵機(jī)組禁止啟動(dòng)旋鈕和單臺(tái)機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)、停止等按鈕，使有關(guān)人員操作、維修方便。根據(jù)自動(dòng)排水系統(tǒng)功能要求及現(xiàn)場(chǎng)工況，本控制系統(tǒng)電路可分為:主控電路、信號(hào)檢測(cè)處理電路、輸出驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路、抗干擾電路。各組成電路之間通過接口連接，形成完整的電控系統(tǒng)。(1)信號(hào)檢測(cè)處理電路信號(hào)檢測(cè)調(diào)試處理電路在傳感器和主控電路之間，將各種檢測(cè)到的參數(shù)信號(hào)經(jīng)隔

17、離、放大等處理后，送入PLC。對(duì)有源傳感器，要經(jīng)過隔離電路(本安隔離柵)才允許進(jìn)入PLC;模擬量信號(hào)經(jīng)放大調(diào)理，進(jìn)入PLC之前，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)(d一20mA電流)。為了使開關(guān)量信號(hào)穩(wěn)定進(jìn)入PLC，可以增加低通濾波器，防止信號(hào)抖動(dòng)，假設(shè)信號(hào)質(zhì)量要求不高，可以省略。(2)漏電保護(hù)電路在電控系統(tǒng)中，為了使用平安，系統(tǒng)要有漏電保護(hù)電路。漏電保護(hù)是國家強(qiáng)制性實(shí)施平安認(rèn)證的電工保護(hù)措施，其質(zhì)量的優(yōu)劣將直接關(guān)系到使用者的生命和財(cái)產(chǎn)的平安，在低壓配電系統(tǒng)中安裝合格的漏電保護(hù)器是防止電擊和漏電引起電氣火災(zāi)及電氣設(shè)備損壞事故的有效技術(shù)措施。在煤礦井下生產(chǎn)中，其意義更為重要。假設(shè)保護(hù)措施不當(dāng)，發(fā)生漏電事故，可能引發(fā)

18、井下更大的事故，威脅礦井平安。井下用漏電保護(hù)級(jí)別要求比擬高，漏電檢測(cè)電阻值一般要求在幾兆或十幾兆歐姆或以上。(3)抗干擾電路在此方案中為了消除電網(wǎng)電壓變化對(duì)系統(tǒng)的影響，應(yīng)采用交流穩(wěn)壓電源。整個(gè)供電系統(tǒng)必須與PLC系統(tǒng)電源分開，在進(jìn)入PLC之前應(yīng)設(shè)1:l隔離變壓器，但對(duì)變壓器的要求是:變壓器初級(jí)與次級(jí)兩側(cè)間的隔離板要接地，以消除寄生電容;變壓器的次級(jí)線圈不能接地;變壓器的初級(jí)和次級(jí)間均用屏蔽層隔離，以減少其分布電容，提高電源的抗共模干擾能力;變壓器與PLC系統(tǒng)間的連線應(yīng)采用面積不小于ZmmZ的雙鉸線。除以上的功能電路外，電控系統(tǒng)還要有輔助的電氣元件，如變壓器、直流電源、熱繼電器、熔斷器等。 水泵

19、房監(jiān)控裝置組成水泵房監(jiān)控裝置主要有PLC 隔爆控制箱、井底集中操作臺(tái)、LED 模擬顯示屏、就地控制箱和外圍傳感器及地面上位工控機(jī)(選配)等5 局部組成。其系統(tǒng)原理圖見圖4-2。圖4-2 系統(tǒng)原理圖(1) PLC 控制箱由可編程控制器、信號(hào)變送器、中間繼電器、平安柵等組成，主要完成對(duì)信號(hào)的變換、放大，并由PLC 運(yùn)算、判斷發(fā)出各種控制信號(hào)，監(jiān)控水泵的運(yùn)行工況。(2)井底集中操作臺(tái)由指示燈、按鈕、觸摸屏等組成，完成整套系統(tǒng)的控制與監(jiān)視。(3) LED 模擬顯示屏顯示系統(tǒng)主要設(shè)備的各個(gè)工況。(4) 就地控制箱主要由按鈕、指示燈等組成。(5) 傳感器包括超聲水位計(jì)、流量傳感器、閘門位置行程開關(guān)、電機(jī)電

20、流傳感器等組成。4.3 系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)(1) 排真空環(huán)節(jié)水泵只有在其葉輪完全淹沒于水中的情況下，泵體內(nèi)部才能造成必要的真空度實(shí)現(xiàn)正常排水。如果真空度不夠，泵內(nèi)有空氣存在，將會(huì)造成不上水和轉(zhuǎn)動(dòng)部件燒壞等故障。本方案采用射流閥抽真空，由高精度真空傳感器監(jiān)測(cè)真空度，壓力、流量作為監(jiān)測(cè)真空度的后備。(2) 閘閥操縱環(huán)節(jié)為了減小啟動(dòng)功率，水泵操作規(guī)程規(guī)定離心式水泵一定要關(guān)閉出水閘閥然后啟動(dòng)，而當(dāng)水泵停車時(shí)，為了防止水錘事故，必須先關(guān)閉閘閥，緩慢減小流速，最后停車。(3) 水位自動(dòng)監(jiān)控環(huán)節(jié)根據(jù)水位的上下自動(dòng)準(zhǔn)確發(fā)出開、停水泵命令，選用超聲波液位傳感器，它具有高精度、非接觸式、非機(jī)械型、維護(hù)方便、安裝容易、

21、標(biāo)定簡(jiǎn)單等許多優(yōu)點(diǎn)，確保工作可靠性和準(zhǔn)確性。(4) 參數(shù)傳輸和顯示環(huán)節(jié)操作臺(tái)的顯示屏上可模擬顯示水倉水位、水泵流量、水泵壓力及電動(dòng)機(jī)、電磁閥和電動(dòng)閥的各種工作狀態(tài)，所有檢測(cè)參數(shù)及工作狀態(tài)均可由井下PLC通過傳輸網(wǎng)絡(luò)傳送給地面計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)分析處理，在顯示器上模擬顯示，并做出曲線、報(bào)表，以利于地面管理人員作出正確判斷，向井下可編程控制器發(fā)出控制命令。(5) 故障保護(hù)環(huán)節(jié)水泵電動(dòng)機(jī)容量大，耗電量高，屬一級(jí)負(fù)荷。本系統(tǒng)設(shè)3 種平安保護(hù):1) 流量保護(hù):當(dāng)水泵啟動(dòng)后或正常運(yùn)行中，如流量達(dá)不到正常值，通過流量保護(hù)裝置使本臺(tái)水泵停車，轉(zhuǎn)為啟動(dòng)另一臺(tái)水泵。2) 電動(dòng)機(jī)故障:PLC 監(jiān)視水泵電機(jī)欠壓、過流、

22、短路等故障，由高壓開關(guān)柜的綜合保護(hù)器提供，并參與控制。3) 電動(dòng)閘閥故障:由電動(dòng)機(jī)綜保監(jiān)控閘閥電機(jī)的主要保護(hù)功能，并參與控制。(6) 電動(dòng)機(jī)的自動(dòng)控制此為排水設(shè)備綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，由PLC、中間繼電器、接觸器等組成。上述環(huán)節(jié)最終都要與本環(huán)節(jié)配合，根據(jù)水位情況自動(dòng)開停水泵。為了防止因備用泵長期不用使電機(jī)受潮或有其它故障未被發(fā)現(xiàn)，造成緊急情況時(shí)需要投入而不能投入以至影響礦井平安，本環(huán)節(jié)按“輪換工作制來控制，做到有故障早發(fā)現(xiàn)、早處理，以免影響礦井平安。系統(tǒng)根據(jù)水泵的開啟次數(shù)自動(dòng)按一定順序輪換開啟水泵，當(dāng)某臺(tái)或其所屬閥門故障( 或檢修) 時(shí)，該泵退出輪換，其余各泵仍按輪換工作制運(yùn)行。4.4

23、 實(shí)際運(yùn)行情況本系統(tǒng)投入運(yùn)行以來，中央泵房系統(tǒng)平安可靠，提高了排水能力，降低了事故率，能夠最大限度地減少因電控系統(tǒng)故障而造成的事故，又節(jié)約了設(shè)備維修費(fèi)用，延長了設(shè)備使用壽命。根據(jù)現(xiàn)配備的先進(jìn)檢測(cè)、監(jiān)控系統(tǒng)能完成主排水系統(tǒng)自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)中央泵房無人值守。第五章 井下自動(dòng)排水監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)煤礦井下水泵房排水系統(tǒng)以離心式水泵系統(tǒng)為主。本章根據(jù)離心式水泵的性能特點(diǎn)和工作規(guī)程，利用第二章設(shè)計(jì)提出的方案，結(jié)合最有控制方法，設(shè)計(jì)自動(dòng)排水的監(jiān)控系統(tǒng)，細(xì)化各工作環(huán)節(jié)的功能要求和具體實(shí)施方案，應(yīng)用液控閘閥，到達(dá)礦井排水的性能要求。5.1監(jiān)控系統(tǒng)要求(1)防爆性能自動(dòng)排水系統(tǒng)屬于電控系統(tǒng)，在井下特殊環(huán)境中，要

24、符合煤礦平安標(biāo)準(zhǔn)，控制系統(tǒng)以及選擇的執(zhí)行元件都要具備防爆能力，才能平安運(yùn)行;(2)水位實(shí)時(shí)檢測(cè)顯示水井水位信號(hào)是系統(tǒng)工作的主要控制信號(hào)，PLC要根據(jù)水位變化情況來控制水泵的運(yùn)行情況。而礦井的涌水量是隨機(jī)的。所以，正常情況下，檢測(cè)系統(tǒng)要不間斷監(jiān)視水位情況，輸送水位信號(hào)到PLC進(jìn)行處理，同時(shí)輸出至顯示報(bào)警裝置，便于管理人員及時(shí)了解水位情況，危險(xiǎn)情況下發(fā)出報(bào)警信號(hào)。(3)水泵平穩(wěn)起停根據(jù)水泵工作要求，要控制水泵啟動(dòng)和停止過程都要平穩(wěn)，尤其要到達(dá)緩開緩閉的要求。啟動(dòng)過程中，如果各種運(yùn)行參數(shù)(真空度、壓力等)達(dá)不到要求，就不能使系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。(4)水泵輪班工作制水泵房多臺(tái)水泵并聯(lián)工作，但并不是一起使

25、用，而是有用有備。所以控制系統(tǒng)還要合理安排水泵的備用情況，防止有的水泵長期閑置。(5)泵站運(yùn)行優(yōu)化控制泵站運(yùn)行優(yōu)化控制是系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性和可靠性的反映。根據(jù)礦井涌水量大小，自動(dòng)決定投入水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù):涌水量小時(shí)，投入少量水泵;涌水量大時(shí)，投入多臺(tái)水泵。防止泵站頻繁起停，又能及時(shí)排出積水，防止水災(zāi)發(fā)生。用電頂峰期，盡量防止起泵或多臺(tái)水泵同時(shí)起。但在涌水量較大時(shí)，從平安性考慮，優(yōu)先選擇及時(shí)排水。(6)故障檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)對(duì)自身運(yùn)行情況有檢測(cè)功能，在各參數(shù)(壓力、流量、電壓、電流等)超出正常范圍時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。水泵運(yùn)行時(shí)，還要能夠自動(dòng)切換，停止故障泵站，啟動(dòng)其他泵站。(7)通訊聯(lián)網(wǎng)能力井下排水系統(tǒng)是煤礦平

26、安生產(chǎn)的組成局部，要配合其他生產(chǎn)部門工作，由井上集中控制系統(tǒng)調(diào)度。所以，自動(dòng)排水系統(tǒng)要及時(shí)將水泵房的情況反響給全礦井監(jiān)控系統(tǒng)，便于管理人員在地面及時(shí)掌握井下水泵房設(shè)備的所有檢測(cè)數(shù)據(jù)及工作狀態(tài)。5.2主要執(zhí)行元件及其控制水泵房主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)除水泵機(jī)組外，還包括各種管路控制功能元件，主要包括射流泵和自動(dòng)閥門。(1)射流泵及其控制閥門射流泵是水泵的灌水設(shè)備，其控制比擬簡(jiǎn)單，只要控制高壓水的開關(guān)即可。井下水泵房一般可提供壓力為ZMI)。、的靜壓水作為射流泵水源。將二通電磁閥門與射流泵串聯(lián)在靜壓水管路中，便可實(shí)現(xiàn)射流泵的開關(guān)控制。其控制元件為二通電磁閥。安裝結(jié)構(gòu)如圖5一l所示。圖5-1射流泵安裝示意圖 (

27、2)自動(dòng)閘閥系統(tǒng))液控自動(dòng)閘閥是自成體系執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可以看作自動(dòng)排水系統(tǒng)的子系統(tǒng)。如第二章所述，排水系統(tǒng)對(duì)閘閥的要求較高，閘閥的控制要通過C程序系統(tǒng)反響信號(hào)，根據(jù)不同情況進(jìn)行不同的控制(轉(zhuǎn)速、方向、編號(hào)選擇等)。另外，在手動(dòng)和半自動(dòng)模式下，可以人工選擇自動(dòng)閘閥的動(dòng)作，以配合相應(yīng)水泵的運(yùn)行情況。自動(dòng)閘閥的控制元件為油泵電機(jī)(交流接觸器)和電磁換向閥(多個(gè))。5.3系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)系統(tǒng)自安裝運(yùn)行以來，效果十清楚顯，主要為:(1) 選用先進(jìn)的控制器，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性好，可靠性高，數(shù)據(jù)處理速度快。(2) 可擴(kuò)展性強(qiáng)，便于系統(tǒng)的擴(kuò)展及管理網(wǎng)絡(luò)的開展?？筛鶕?jù)生產(chǎn)需要隨時(shí)增加控制接點(diǎn)，控制器和網(wǎng)絡(luò)可靠性高，維護(hù)工作

28、量小。(3) 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水倉水位，當(dāng)水位到達(dá)上限時(shí)能夠報(bào)警，自動(dòng)開啟水泵;當(dāng)水位到達(dá)下限時(shí)，發(fā)出聲光信號(hào)，自動(dòng)停泵。實(shí)施監(jiān)測(cè)水泵各工況參數(shù)，包括水位、流量、電壓、電流、壓力、溫度、真空度、閘閥開啟度等。具有數(shù)據(jù)分析功能，對(duì)水泵的效率、電耗、工況點(diǎn)等進(jìn)行分析，確保經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。當(dāng)水泵出現(xiàn)故障時(shí)，能夠及時(shí)報(bào)警，并能夠自動(dòng)開啟備用水泵，不能滿足排水能力時(shí)，根據(jù)水量情況自動(dòng)確定開啟水泵臺(tái)數(shù)?？膳c電力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、煤礦平安生產(chǎn)檢測(cè)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程檢測(cè)監(jiān)控。系統(tǒng)應(yīng)具有以水倉水位為主，結(jié)合分時(shí)計(jì)費(fèi)和“避峰填谷原那么，確定開停水泵時(shí)間，具有較強(qiáng)的兼容性和擴(kuò)展性。(4)啟動(dòng)時(shí)水泵真空度的判斷是關(guān)鍵。水泵自動(dòng)化系統(tǒng)控制成

29、功的關(guān)健在于PLC對(duì)水泵啟動(dòng)時(shí)真空度的到達(dá)判斷, 由于泵啟動(dòng)需要的真空度是根據(jù)水倉水位的上下實(shí)時(shí)變化的值, 不能用一個(gè)固定數(shù)值做為基準(zhǔn)。在最初的設(shè)計(jì)中采用較多的是采用電接點(diǎn)真空表, 實(shí)踐證明在水倉水位較高或較低時(shí), 很難成功實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開泵。通過改良, 目前傳感器較多是采用真空變送器, PLC通過水倉水位儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水倉水位, 并計(jì)算泵啟動(dòng)所需的實(shí)際真空度, 與真空變送器監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)爆電磁閥易出現(xiàn)打不開現(xiàn)象或管路振動(dòng)現(xiàn)象, 而且電磁閥工作需要長時(shí)帶電, 線圈工作壽命較短, 以上問題嚴(yán)重影響了排水自動(dòng)化系統(tǒng)的使用。通過改良, 采用電動(dòng)球閥替代電磁閥, 具有高可靠性行比擬, 當(dāng)泵內(nèi)真空到達(dá)要求時(shí), 加20

30、至30s的延時(shí)再啟動(dòng)水泵電機(jī), 取得了良好的結(jié)果, 泵由于真空度到位判斷失誤造成啟動(dòng)失敗的現(xiàn)象很少發(fā)生。(5)水泵真空管路閥門的可靠性是水泵控制的薄弱環(huán)節(jié), 最初水泵真空管路閥門采用防爆電磁閥, 由于礦井水含雜質(zhì)較多, 防爆電磁閥通徑小, 造成打真空時(shí)間較長, 易出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象; 采用射流泵打真空時(shí), 由于管路壓力過大、通徑大、低功耗、長壽命等優(yōu)點(diǎn), 徹底解決了控制的薄弱環(huán)節(jié)。正確的維護(hù)檢修是執(zhí)行方案性，預(yù)防性的維護(hù)制度。根據(jù)設(shè)備的特點(diǎn)和工作具體條件，組織經(jīng)常的維護(hù)和制定周期檢查圖表如大、中、小檢修，有方案地進(jìn)行檢修，以便保證機(jī)器能長時(shí)期地在高效率下平安運(yùn)轉(zhuǎn)。 排水管道的清洗方法如下：1機(jī)械方法

31、利用帶刺的球刷洗。球由手搖鉸車系引下放到管道中，上下移動(dòng)時(shí)注入清水，使被刷掉的積垢和鐵銹隨水沖下。2凍裂方法使管道空氣溫度從 急劇下降到 以下，引起積垢中的水凍結(jié)而破裂脫落。此法適于在北方的冬天進(jìn)行。3化學(xué)方法管道中注入加熱的鹽酸溶液來清洗積垢。 常見故障及處理方法故障現(xiàn)象原因處理方法水泵啟動(dòng)后吸不上水 1啟動(dòng)前未灌水或未灌滿水2吸水高度過高3吸水罩堵塞4吸水管或吸水管側(cè)填料或盤根漏氣5轉(zhuǎn)數(shù)過低或旋轉(zhuǎn)方向錯(cuò)誤 1停泵重新灌滿水2降低吸水高度，使吸水真空高度不超過允許值3清理吸水罩4檢查并加墊圈或檢修填料5檢查電機(jī)及重新接線 水泵在工作中排水量減少 1水泵的轉(zhuǎn)數(shù)降低2工作輪流道局部堵塞或吸水罩局

32、部堵塞3填料箱漏氣，吸水罩沒入水中深度不夠4工作輪與導(dǎo)流器流道的中心沒對(duì)準(zhǔn)，密封環(huán)間隙過大5排水管道阻力增大，可能排水管道被積垢淤塞，管件安裝不合理 1檢查原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)是否符合水泵所需的轉(zhuǎn)數(shù)2拆開水泵清理工作輪或吸水罩3更換填料，檢查水位4拆開水泵檢修或換部件5檢查，清理，重新安裝 軸承溫度過高 1潤滑油不干凈或油量缺乏2軸瓦裝得過緊和軸瓦過度磨損3油圈不轉(zhuǎn)或不靈活4水泵軸與電機(jī)軸不同心 1清洗軸承，換油或加油2適當(dāng)調(diào)整軸瓦加墊或研瓦3檢查修理或換裝新件4重新找正并緊固地腳螺釘 填料箱發(fā)熱 1填料裝的過緊或沒浸油2填料失水 1調(diào)整或更換2檢修水路并調(diào)換填料 外殼發(fā)熱 水泵在關(guān)閉閥門時(shí)或無水時(shí)的工

33、作時(shí)間太長 冷卻水泵后再啟動(dòng) 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流過大 1啟動(dòng)時(shí)排水閘閥沒關(guān)2平衡盤安裝不正或有的轉(zhuǎn)動(dòng)部件與固局部摩擦過大或有卡住現(xiàn)象3電網(wǎng)中電壓降過大 1關(guān)閉后再啟動(dòng)2檢查內(nèi)部，進(jìn)行修理3等電壓穩(wěn)定后再啟動(dòng) 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電流超過額定電流 1排水管道破壞有漏水處2同上1，2 1檢修管道或換裝新管12同上2，3 水泵機(jī)組震動(dòng) 1電動(dòng)機(jī)軸和水泵軸不同心2地腳螺絲松弛，根底不適宜3水泵轉(zhuǎn)子與電機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡4支架軸承過度磨損，間隙過大5軸彎曲 1重新找正，安裝固定2扭緊螺絲，修整根底3檢查，作平衡實(shí)驗(yàn)4檢修加墊5更換報(bào)廢的彎軸 結(jié) 論本論文在進(jìn)行了大量調(diào)查和文獻(xiàn)檢索的根底上，對(duì)我國目前的井下排水系統(tǒng)進(jìn)行了解分析。

34、并進(jìn)行了屢次現(xiàn)場(chǎng)勘察，從實(shí)際情況出發(fā)，仔細(xì)分析現(xiàn)有排水系統(tǒng)存在的問題，進(jìn)行井下水泵房排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，得出以下主要結(jié)論:1.可控閘閥是關(guān)鍵的執(zhí)行件。閘閥是排水系統(tǒng)必不可少的關(guān)鍵元件。通過理論分析設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證。閘閥的性能直接關(guān)系水泵的啟起停特性。本論文從煤礦井下環(huán)境出發(fā)，提出液控閘閥和電磁先導(dǎo)通斷閥的設(shè)計(jì)。以適應(yīng)不同情況下的使用:在大流量、水質(zhì)差的大型排水系統(tǒng)中，使用可控性強(qiáng)，通流量大的液控閘閥;在流量不太大，水質(zhì)清潔的排水系統(tǒng)中，使用靈活度高，輕便的電磁先導(dǎo)通斷閥。不同的環(huán)境下，選擇不同的可控閘閥能到達(dá)較理想的控制效果。2.以PLC為核心的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多水泵集中控制。大型排水系統(tǒng)由多

35、臺(tái)水泵并聯(lián)組成。每臺(tái)水泵及其管路、電氣附件組成相對(duì)獨(dú)立的水泵站。自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)超聲波液位檢測(cè)裝置反響的水位信號(hào)自動(dòng)調(diào)度水泵的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)集中控制。3.最優(yōu)化控制的策略為排水系統(tǒng)提供了節(jié)能高效的途徑。在排水系統(tǒng)這樣用電量大的系統(tǒng)中，節(jié)能問題與效率問題一樣重要。本論文提出以動(dòng)態(tài)規(guī)劃法來實(shí)現(xiàn)井下排水系統(tǒng)的最優(yōu)控制。在排水系統(tǒng)離散數(shù)學(xué)模型的根底上，結(jié)合涌水量變化和電價(jià)收費(fèi)情況，實(shí)施最優(yōu)控制策略。并且在涌水量很大時(shí)，優(yōu)先考慮排水，提高排水效率。本論文以井下主排水系統(tǒng)為主要對(duì)象，設(shè)計(jì)自動(dòng)排水系統(tǒng)。但在涌水量不大的輔助水倉和臨時(shí)水倉排水系統(tǒng)中，情況比主排水系統(tǒng)簡(jiǎn)單，經(jīng)常用到潛水泵和繼電器控制系統(tǒng)，而不是復(fù)雜

36、的離心式水泵排水系統(tǒng)。但仍然是井下排水的重要組成局部。因此，在今后的設(shè)計(jì)工作中，要涉及到這些小型排水系統(tǒng)的自動(dòng)化控制問題，擴(kuò)展井下排水系統(tǒng)的適用范圍。另外，在多級(jí)水倉接力式排水系統(tǒng)中，不同層面的排水系統(tǒng)之間存在相互禍合關(guān)系;要建立更為復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型和控制系統(tǒng)，以滿足排水系統(tǒng)的控制要求。因此，要在已取得成果的根底上，做進(jìn)一步的深化設(shè)計(jì)工作。參考文獻(xiàn)：李勝旺，吉貴堂，趙曉旭礦井主排水自動(dòng)化控制系統(tǒng)J工礦自動(dòng)化，2002，1張建民，張書國采區(qū)排水系統(tǒng)的優(yōu)化J煤炭科學(xué)技術(shù)，2006，1宋玉峰礦井排水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)J機(jī)械管理開發(fā)，2021，1馬勝利，溫國棟嵌入式技術(shù)在煤礦排水系統(tǒng)中的應(yīng)用J.煤炭工程

37、，2021，1朱全印礦井泵房節(jié)能型自動(dòng)控制系統(tǒng)的研制與應(yīng)用J煤炭工程，2021，7王華東，李世光，高正中. 基于 PLC 的井下泵房監(jiān)控系統(tǒng) J. 工礦自動(dòng)化，2007(6)：51-52.石小利，高奇峰. 井下排水監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)化方案分析 J. 煤礦機(jī)電，2006(4)：68-70.張景成, 張立秋. 水泵與水泵站M . 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社, 2003劉生建,邱曉芬.基于PLC礦井排水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J.礦山機(jī)械,2006,8:10.鐘肇新編著.可編程控制器原理及應(yīng)用M.廣州:華南理工大學(xué)出版社,2002.王再英.礦井排水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)J .煤礦機(jī)械,1998,9:3 4.

38、許世華.礦井水的來源及其防治措施.礦業(yè)平安與環(huán)保，2002.6，(29):84一88.致 謝 在此論文撰寫過程中，要特別感謝我的導(dǎo)師康艷旗的指導(dǎo)與催促，同時(shí)感謝他的諒解與包容。沒有康老師的幫助也就沒有今天的這篇論文。求學(xué)歷程是艱苦的，但又是快樂的。感謝我的班主任，謝謝他在這兩年中為我們?nèi)嗨龅囊磺?，她不求回?bào)，無私奉獻(xiàn)的精神很讓我感動(dòng)，再次向她表示由衷的感謝。同時(shí)還要感謝所有的同學(xué)們，正是因?yàn)橛辛四銈兊闹С趾凸膭?lì)。此次畢業(yè)論文才會(huì)順利完成。 謝謝我的父母，沒有他們辛勤的付出也就沒有我的今天，在這一刻，將最崇高的敬意獻(xiàn)給你們！ 本文參考了大量的文獻(xiàn)資料，在此，向各學(xué)術(shù)界的前輩們致敬！ 外文原文

39、PUMP SELECTION AND COST CONSIDERATIONS1 General Concepts of Pump SelectionAs indicated in earlier chapters, pumps must be selected by matching their head-discharge performance to the requirements of the piping system. Figure 2.12 shows that the intercept of the pump characteristic with the system ch

40、aracteristic defines the operating head and discharge. For settling slurries. For settling slurries in particular, selection of appropriate operating conditions raises special considerations, discussed in Chapter 13.In the case of long lines, the total system head will be more than can be handled by

41、 a single pump. It is then necessary to use several pumps in series. This case, and the less common case of several pumps in parallel, was considered in Chapter 12 and will be dealt with further in Chapter 15.Once the operating conditions have been established, pump selection in its simplest sense a

42、mounts to determining the performance of each available pump for the head and flow required,and selecting the one best suited to theduty. In general, the smaller the pump, the less costly it will be.However,reducing pump size implies higher speed for a given discharge. Thus, in a water pump applicat

43、ion, NPSH and mechanical considerations tend to limit speed and set the overall pump size. In slurry pump applications, the NPSH determines limits only in special cases (to be covered later), and the shaft speed (and velocities within the pump) is limited by the wear life, which decreases as speed i

44、s increased. Therefore, slurry pumps typically have larger size and lower rotational speed than those of water pumps for equivalent heads and discharges. Actual wear data will not readily be available for a specific pump type, shaft speed, and slurry duty. However, the modelling techniques discussed

45、 in Chapter 11 can be used to transfer information on wear from one configuration to another, and in certain cases to calculate expected wear lives. Where exact details of the service are known, and can be relied on, calculations using the techniques discussed in Chapter 11 are recommended for estim

46、ating the lives of shells, impellers and suction liners.Slurry concentration and particle size cause reductions in the theoretical head, efficiency and NPSH characteristics. This topic was discussed in detail in Chapter 10, and will not be repeated here.In general practice, pump selection begins wit

47、h semi-empirical selection guide, such as the charts on Fig. 14.1 and 14.2 and the associated tables (Table 14.1 and 14.2). The initial classification as to Service Class (1, 2, 3 or 4) is based on Fig. 14.1 with if necessary, an adjustment for the abrasivity of the slurry by altering the size of so

48、lids in Table 14.2 for the same wear using Fig. 11.6 in Chapter 11.From all of the available pumps, a set of acceptable selections is established using the discharge branch velocity, suction branch diameter (Fig. 14.2) and other limits set out in the tables. Particular attention should be paid to th

49、e impeller peripheral speed (and the head it implies), and the percentage of BEP operation for the various shell types. As a final step, the efficiencies, power requirements and available driver speed limitations are considered and a selection made. If several hundred possibilities are to be conside

50、red, this process is tedious. Initial branch checks may be used to limit the available choices and the amount of evaluation. A more common approach now, however, is the use of a computer program to scan the possible choices and come up with acceptable ones in order of efficiency.In addition, the pre

51、ssure rating of each pump should be checked against the duty required and the pump spheres passage checked against the largest size of solids. The size and capacity of the shaft and bearings must be checked, while the wear resistance of the wetted-end materials must be assessed as outlined in Chapte

52、r 11. The NPSH available from the system must be checked, to ensure that it exceeds the NPSH required by the pump. The basic suction considerations were explained in Section 9.3. Some applications, notably dredging, involve special suction-side considerations, which were examined in Chapters; 8 and

53、12. For pit pumps and some dredge pumps, avoiding cavitation can limit pump speed to values below the wear limits in Table 14.1. It is sometimes necessary to change selection in favour of a slower-running pump, or one with better suction characteristics.2 Wear ConsiderationsThe previous section prop

54、osed general guidelines or, more particularly, limits that are in general use. These provide selections that will give acceptable wear lives. Nevertheless, the appropriate wear life has not been defined, nor has the cost of operation of different options been considered. Likewise, the selection proc

55、edure of the previous section provides no guide to the actual wear life of the different wet-end components (shell, liner and impeller), nor does it deal with the time between parts replacement or the downtime cost.The increase in life of the lower service classes reflects the practical reality that

56、 pumps which move large solids at high concentration must be run slowly at a low head per stage in order to get acceptable wear. When operating with smaller solids or lower concentrations, higher speeds and heads per stage are possible, giving acceptable wear lives for the pump components. In the en

57、d, economic considerations decide what an acceptable wear life is, and what selection parameters should govern. The next section investigates these concepts.3 Economic ConsiderationsDepending on the circumstances, the size of the solids to be pumped can be reduced by crushing or other means. This will undoubtedly require some cost which might be offset by a reduction in wear parts and downtime costs. Ideally, an evaluation of this type should be carried out as part of the selection process to determine which alternative provides the lowest total operating cost.From an application view-point