礦井排水系統(tǒng)設(shè)備及控制改造的研究4500字

1、礦井排水系統(tǒng)設(shè)備及控制改造的研究4500字 摘要：井下排水系統(tǒng)是礦山五大系統(tǒng)之一。井下排水系統(tǒng)運(yùn)行的好壞直接關(guān)系到礦山平安消費(fèi)和經(jīng)濟(jì)效益，因此，一套完善、操作方便、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的控制系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)展監(jiān)測(cè)和控制是保障井下排程度安、可靠運(yùn)行的最正確途徑，也是進(jìn)步礦山管理和自動(dòng)化程度的有效手段。 畢業(yè)關(guān)鍵詞：礦井排水，控制系統(tǒng)，改造，PLC礦山的井下排水系統(tǒng)是礦山消費(fèi)中的一大重要系統(tǒng)，其平安性及可靠性將直接影響消費(fèi)的平安和效率。隨著平安消費(fèi)要求的不斷進(jìn)步，對(duì)井下排水系統(tǒng)的自動(dòng)化控制也提出了越來(lái)越高的要求。在礦山的建立和消費(fèi)過(guò)程中，各種來(lái)源的水不斷涌入礦井，這些涌入礦井的水被稱為礦水。為了保證井下工作人員的

2、人身平安、設(shè)備平安、消費(fèi)活動(dòng)的正常進(jìn)展，必須把礦水及時(shí)排送至地面，這是礦井排水設(shè)備的主要任務(wù)。某礦是1970年設(shè)計(jì)1971年投產(chǎn)的的一個(gè)老礦井，堅(jiān)井開(kāi)采。井口海拔標(biāo)高115 m ，分五個(gè)程度層采礦。井下涌水量較大，全礦24小時(shí)正常排水量為140m3/h，雨季24小時(shí)最大排水量為280m3/h，主水泵站設(shè)在-100m程度。水倉(cāng)設(shè)計(jì)一主兩副，副水倉(cāng)設(shè)計(jì)二座的作用是可以輪換沉淀和清理井下涌水中的泥沙、雜物，保持主水倉(cāng)的水質(zhì)。主水倉(cāng)的有效容積500m3，副水倉(cāng)有效容積200m3 /座。排水泵選用統(tǒng)一的DA1型離心式水泵三臺(tái)，揚(yáng)程246m，流量162m3/h臺(tái)。二路排水管道直通地面，一用一備，排水管道直

3、徑為150MM。水泵進(jìn)水采用真空水箱人工注水，取消底閥的方式運(yùn)行。通過(guò)各兩條排水管道排至地面。排水系統(tǒng)目前采用的控制方式是傳統(tǒng)的繼電器控制方式，設(shè)置專人專崗進(jìn)展就地簡(jiǎn)單操作，較為落后。水泵開(kāi)停及選擇切換等，依靠?jī)擅陨系牟僮魅藛T憑經(jīng)歷合作完成。作業(yè)繁重、消費(fèi)效率低，水泵的開(kāi)、停和大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不能由地面調(diào)度人員及時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)控。一、 自動(dòng)排水系統(tǒng)的構(gòu)建1. 自動(dòng)排水系統(tǒng)控制原理排水系統(tǒng)的控制原理是根據(jù)排水的工藝來(lái)確定的，改造后的排水系統(tǒng)進(jìn)水端采用無(wú)底閥、真空注水桶自動(dòng)注水排氣，水泵出口處配置JD745隔膜式多功能水泵控制閥；主水倉(cāng)水位信號(hào)的采集采用二臺(tái)液位傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；水泵出口處配置壓力傳感器

4、檢測(cè)排水壓力；電機(jī)和水泵運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)采用電流、溫度傳感器采集運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)；水泵的排水管道上安裝電磁流量計(jì)檢測(cè)管道中的排水流量。PLC控制系統(tǒng)根據(jù)水倉(cāng)液位信號(hào)和電網(wǎng)“峰、“谷時(shí)間段來(lái)決定是否啟動(dòng)、停頓水泵以及開(kāi)、停臺(tái)數(shù)；同時(shí)控制注水電磁閥的啟、閉，并根據(jù)電機(jī)和水泵的運(yùn)行狀態(tài)調(diào)控水泵是否退出運(yùn)行。因此，井下排水系統(tǒng)采用的是直接啟動(dòng)水泵的啟動(dòng)方式。水泵的啟動(dòng)過(guò)程：?jiǎn)?dòng)電動(dòng)閥向泵腔注水60秒后電動(dòng)閥自動(dòng)關(guān)閉水泵啟動(dòng)出水后多功能控制閘閥根據(jù)兩端壓差自動(dòng)緩慢翻開(kāi)水泵啟動(dòng)完畢。停泵過(guò)程：水泵停頓水泵緩慢停頓的過(guò)程中多功能控制閘閥根據(jù)壓差自動(dòng)關(guān)閉。被控對(duì)象：管道上的電動(dòng)閥和自動(dòng)注水的電動(dòng)閥。2. 控制方案1

5、啟動(dòng)的控制過(guò)程 選擇要啟動(dòng)的水泵和管路。 啟動(dòng)水泵2停泵控制過(guò)程 選擇要停的水泵和管路。 關(guān)閉水泵。3應(yīng)急水泵啟動(dòng)一旦集控系統(tǒng)失效，水泵就地控制啟動(dòng)，即在組合開(kāi)關(guān)柜體上操作啟動(dòng)和關(guān)閉水泵。4水位監(jiān)控及“避峰就谷的實(shí)現(xiàn)為滿足井下排水的特殊要求及到達(dá)“避峰就谷的目的，在設(shè)計(jì)程序時(shí)，根據(jù)當(dāng)?shù)赜克康那闆r，將水倉(cāng)水位自下向上分為四條水位線，水位2以下為平安水位；水位2到3之間為低戒備水位；水位3到4之間為中等戒備水位；水位4以上為高戒備水位，水位一旦到達(dá)水位4，就必須發(fā)出報(bào)警。水倉(cāng)水位的變化由兩臺(tái)安裝在一樣高度的超聲波液位傳感器進(jìn)展實(shí)時(shí)檢測(cè)并將信號(hào)送入控制系統(tǒng)。要節(jié)約電能，就必需要考慮到“避峰就谷的因

6、素，但是由于井下特殊的工作環(huán)境，平安性應(yīng)該放在最重要的位置。因此，在判斷是否應(yīng)該啟動(dòng)水泵的過(guò)程中，應(yīng)該先考慮到水倉(cāng)水位的變化，其次才應(yīng)考慮時(shí)間的因素。 當(dāng)水位到達(dá)水位2時(shí)，假設(shè)處于平段或谷段，立即啟動(dòng)水泵，假設(shè)處于峰段，那么暫緩啟動(dòng)； 當(dāng)水位上升至水位3時(shí)，那么不管處于何種計(jì)費(fèi)時(shí)段，都必須啟動(dòng)水泵； 假設(shè)一臺(tái)水泵運(yùn)行時(shí)水位任然繼續(xù)上升，那么必須啟動(dòng)第二臺(tái)水泵； 假設(shè)排水過(guò)程中某臺(tái)泵組因狀態(tài)異常退出運(yùn)行，自動(dòng)開(kāi)啟另外一臺(tái)水泵； 假設(shè)排水過(guò)程中某臺(tái)泵組因狀態(tài)異常退出運(yùn)行，自動(dòng)開(kāi)啟另外一臺(tái)水泵； 當(dāng)遇到緊急情況，如礦井大量涌水(水位上升速度過(guò)快)，無(wú)論電網(wǎng)如何，開(kāi)啟兩臺(tái)工作水泵，同時(shí)開(kāi)啟一臺(tái)備用泵，

7、三臺(tái)水泵同時(shí)排水；不管幾臺(tái)泵在運(yùn)行，只有在水位下降到水位1時(shí)才能停泵。5輪換工作的實(shí)現(xiàn)因?yàn)樵诒痉桨傅墓苈吩O(shè)計(jì)中，只有一臺(tái)水泵和兩條管路相連，另外兩臺(tái)泵都分別對(duì)應(yīng)一條管路。所以當(dāng)啟動(dòng)某一臺(tái)水泵時(shí)，只能選擇和它相連的另一個(gè)條管路。假設(shè)某一臺(tái)水泵在運(yùn)行中發(fā)生故障，那么該水泵將自動(dòng)停頓并退出輪換工作，同時(shí)，按程序輪換啟動(dòng)其它水泵。二、 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)1. 設(shè)備概況水泵房設(shè)備如下：主排水泵：現(xiàn)有的3臺(tái)DA1型離心式水泵,其中1臺(tái)為備用泵，電機(jī)功率155KW/臺(tái)。排水管路：現(xiàn)有的直徑150管道2路。2. 系統(tǒng)配置系統(tǒng)以PLC控制器為核心，模塊化設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)快速安裝，操作維護(hù)簡(jiǎn)單，技術(shù)先進(jìn)，性能可靠，實(shí)現(xiàn)水泵房

8、的地面遠(yuǎn)程監(jiān)控。礦井綜合自動(dòng)化系統(tǒng)與工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接入。集中控制柜內(nèi)裝有控制器和圖形顯示操作終端，各就地箱含有遠(yuǎn)程I/O，遠(yuǎn)程I/O控制。監(jiān)測(cè)各個(gè)水泵管路所屬的各個(gè)電動(dòng)閥門和電磁閥閥門的到位狀態(tài)，每個(gè)就地箱備有急停按鈕與相關(guān)按鈕等，負(fù)責(zé)手動(dòng)開(kāi)關(guān)閥門；集控柜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)各個(gè)傳感器，檢測(cè)真空度，電機(jī)溫度，水倉(cāng)水位，管道壓力，水泵壓力等，系統(tǒng)信息的顯示和操作在集控柜上的顯示終端進(jìn)展；集控柜通過(guò)遠(yuǎn)程I/O實(shí)現(xiàn)對(duì)各就地箱的控制；集控柜含有網(wǎng)絡(luò)接口，可將水泵監(jiān)控子系統(tǒng)納入整個(gè)礦井監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)按執(zhí)行流程分為檢測(cè)局部，執(zhí)行局部，控制局部及顯示局部。檢測(cè)局部即外圍傳感器，包括超聲水位計(jì)、流量傳感器、閘門位置

9、行程開(kāi)關(guān)、閘門過(guò)轉(zhuǎn)矩行程開(kāi)關(guān)、管路靜壓傳感器、電機(jī)溫度傳感器等，所檢測(cè)的參數(shù)主要有：水倉(cāng)水位、水泵進(jìn)水管真空度、水泵出水口壓力、水泵軸溫、電機(jī)溫度、電流，排水管流量及設(shè)備工作狀態(tài)等。執(zhí)行局部即低壓開(kāi)關(guān)柜，主要由隔分開(kāi)關(guān)、接觸器、電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器組成，是電動(dòng)閥、電動(dòng)機(jī)的執(zhí)行和保護(hù)部件?？刂凭植考帮@示局部即集中控制柜，主要由可編程控制器、圖形顯示器、信號(hào)變送器、中間繼電器組成，主要完成模擬顯示水泵的運(yùn)行工況，對(duì)信號(hào)的變換、放大，并由CPU運(yùn)算、判斷發(fā)出各種控制信號(hào)。3. 系統(tǒng)功能水泵監(jiān)控子系統(tǒng)采用超聲波水位檢測(cè)儀實(shí)時(shí)檢測(cè)水倉(cāng)水位，超聲波水位檢測(cè)儀輸出信號(hào)至控制器，控制器經(jīng)運(yùn)算判別，自動(dòng)啟、停水泵。

10、在水倉(cāng)水位正常時(shí)，各臺(tái)泵根據(jù)運(yùn)行時(shí)間數(shù)自動(dòng)輪換工作；在水倉(cāng)出現(xiàn)危險(xiǎn)水位時(shí)，自動(dòng)投入相應(yīng)臺(tái)數(shù)的水泵運(yùn)行，并自動(dòng)控制相應(yīng)管路上的閥門。系統(tǒng)以水倉(cāng)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(kāi)停水泵時(shí)間，從而到達(dá)節(jié)能、節(jié)耗目的。系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)都著眼于高可靠性、高可用性和高擴(kuò)展性，為實(shí)現(xiàn)中央泵房數(shù)字化、智能化管理提供可靠的平臺(tái)，確保礦井水泵房工作的可靠性和連續(xù)性。水泵房自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)可以和任何通訊設(shè)備實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，整個(gè)水泵房自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)具有強(qiáng)大的兼容性與可擴(kuò)展才能。 為適應(yīng)以后開(kāi)展的需要，系統(tǒng)設(shè)計(jì)著眼于全礦井的監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，因此，水泵監(jiān)控子系統(tǒng)留有多種通訊接口，如以太網(wǎng)絡(luò)接口，可以把井下水泵

11、房的信息經(jīng)以太網(wǎng)傳輸至礦井監(jiān)控系統(tǒng)主干網(wǎng)絡(luò)，和全礦井監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)后，管理人員在地面即可掌控井下水泵房監(jiān)控設(shè)備的所有檢測(cè)數(shù)據(jù)及工作狀態(tài)。 4. 控制方式井下排水系統(tǒng)控制方式分為集中控制和就地控制。集中控制又分為遠(yuǎn)程控制、自動(dòng)控制、手動(dòng)控制和檢修。1遠(yuǎn)程控制是通過(guò)上位機(jī)對(duì)井下排水系統(tǒng)進(jìn)展集中控制。2自動(dòng)控制：由超聲液位傳感器連續(xù)檢測(cè)水倉(cāng)水位，根據(jù)水倉(cāng)和吸水井的水位及其他因素，合理調(diào)度自動(dòng)開(kāi)停水泵及其閥門，在正常水位時(shí)，各臺(tái)水泵能自動(dòng)輪換工作，在危險(xiǎn)水位時(shí)，自動(dòng)投入必要數(shù)量的水泵運(yùn)行。此方式下可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。3手動(dòng)控制：操作工人根據(jù)水倉(cāng)顯示水位，人工手動(dòng)開(kāi)停水泵及確定開(kāi)泵臺(tái)數(shù)，電機(jī)及其閥門的開(kāi)、停由

12、PLC自動(dòng)執(zhí)行，即PLC完成單臺(tái)水泵抽真空、啟泵、開(kāi)電動(dòng)閥等自動(dòng)控制，并完成運(yùn)行停頓。4檢修：可操作任一水泵電機(jī)，電動(dòng)閘閥，電磁閥的開(kāi)關(guān)?；ハ鄤?dòng)作互不閉鎖。在上位系統(tǒng)和集控系統(tǒng)都出現(xiàn)故障情況下，那么井下排水可通過(guò)就地按鈕箱手動(dòng)控制井下排水。詳細(xì)操作如下：首先可以明確的是水泵可以通過(guò)低壓開(kāi)關(guān)柜上的按鈕進(jìn)展控制，就地操作要將開(kāi)關(guān)柜的“遠(yuǎn)/近控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)到“就地，再通過(guò)本體上的按鈕進(jìn)展操作。5. 系統(tǒng)主要特點(diǎn)該系統(tǒng)能自動(dòng)控制主排水泵設(shè)備的合理運(yùn)行和參數(shù)檢測(cè)，實(shí)時(shí)地反映系統(tǒng)工作狀態(tài)以及水倉(cāng)水位、電動(dòng)機(jī)定子溫度和軸承溫度，并能將數(shù)據(jù)傳送到地面消費(fèi)調(diào)度中心。該系統(tǒng)具有運(yùn)行可靠、操作方便、自動(dòng)化程度高等特

13、點(diǎn)。1該電控系統(tǒng)采用歐姆龍CP1H作為控制系統(tǒng)的核心設(shè)備，進(jìn)步了系統(tǒng)的可靠性。2該電控系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)水泵房運(yùn)行時(shí)無(wú)人值守。3該系統(tǒng)能自動(dòng)控制水泵機(jī)組的啟動(dòng)和停頓。系統(tǒng)根據(jù)采集的水倉(cāng)水位，在水位高、低限及增長(zhǎng)速度過(guò)快時(shí)報(bào)警。4該系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集水泵的流量、出水壓力、電動(dòng)機(jī)的軸承溫度和定子溫度。5在集控室顯示屏上實(shí)時(shí)顯示水泵與附屬設(shè)備的運(yùn)行狀況，顯示水倉(cāng)水位、出水口壓力、電動(dòng)機(jī)溫度及電流等參數(shù)，超限報(bào)警，故障畫(huà)面自動(dòng)彈出，故障點(diǎn)自動(dòng)閃爍。為滿足礦井的平安消費(fèi)，礦井需要建立綜合自動(dòng)化、平安監(jiān)測(cè)、人員定位以及地測(cè)信息等子系統(tǒng)作為前端的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)，以完成對(duì)礦井環(huán)境、設(shè)備和人有效檢測(cè)與控制。其主要任務(wù)是最大限度的利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)加強(qiáng)企業(yè)的信息管理，通過(guò)對(duì)企