煤礦井下變頻恒壓供水自動控制的設計應用

吳明玉

摘? ? 要：在煤礦井下的供水系統(tǒng)中，向采煤工作面供水存在很大的難度，供水管路距離長達數(shù)千米，沿途用水點較多，供水不足情況時有發(fā)生，用水和供水之間的不平衡反映特別明顯，供水壓力不穩(wěn)定，將變頻恒壓供水自動控制應用于煤礦井下就可以改變這種狀況。

關(guān)鍵詞：變頻;恒壓供水自動控制;煤礦井下

1? 系統(tǒng)概述

（1）通過礦用隔爆兼本安型可編程控制箱實現(xiàn)井下排水泵房的設備自動啟停操作，其中包括對水泵電機的控制和排水電動閘閥的控制以及啟動水泵前射流排真空等，在條件允許的情況下還可以選擇到地面集控室的上位機控制。系統(tǒng)配有防爆計算機，可以在現(xiàn)場進行PLC程序的編寫，而且能夠顯示設備的運行狀態(tài)和各個傳感器監(jiān)測的數(shù)值，在出現(xiàn)水泵供水出現(xiàn)問題時候可以報警提示操作人員。系統(tǒng)配有工業(yè)以太網(wǎng)傳輸接口模塊，可以和煤礦井下環(huán)網(wǎng)連接，就可以在井上地面調(diào)度指揮中心監(jiān)控井下的運行情況，在通過井下的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實時看到每個水泵的攝像頭畫面，從而達到恒壓供水無人值守的狀態(tài)。（2）每臺供水泵的電機采用變頻器來控制，通過調(diào)節(jié)變頻器的頻率實現(xiàn)供水壓力的自動調(diào)節(jié)，每臺供水泵的電動閘閥安裝在供水加壓泵的出口，在出水總管路上安裝了壓力變送器與超聲波流量計來作為自動調(diào)節(jié)的反饋量，核心控制器選用西門子公司的1200PLC，通過硬接線及通訊與變頻器，完成數(shù)據(jù)采集與控制功能。

2? 變頻系統(tǒng)性能簡介

變頻系統(tǒng)作為目前較為先進的系統(tǒng)，它具有調(diào)速范圍寬，調(diào)速精度高等各種各樣的優(yōu)點。變頻系統(tǒng)現(xiàn)在主要是應用在相關(guān)的空調(diào)方面，但當變頻系統(tǒng)使用在煤礦的開采過程中。就會使煤礦井下供水，變得更加的方便和快捷。而變頻系統(tǒng)的使用也會使得整個煤礦的開采過程中，變得比之前使用落后的系統(tǒng)，更加方便，更加適合現(xiàn)在的煤礦開工的使用。

3? 系統(tǒng)特點

本變頻系統(tǒng)的使用可以將整個煤礦的開采效率提高需要，比之前的系統(tǒng)更加可靠，在提高整個煤礦的開采率的過程中，還可以減少事故的發(fā)生率，還能夠減少事故處理的時間，最后還能夠節(jié)約相關(guān)的處理事故的費用，能夠節(jié)約整個成本。

4? 監(jiān)測功能

安全的控制離不開齊全的監(jiān)測。系統(tǒng)檢測做好，才能夠為各種設備的把控提供可靠的準備，而在整個驚嚇的工作，如果沒有了信號的監(jiān)測就沒法預防相關(guān)的井下問題，二如果能夠檢測到相關(guān)的信號，就能夠為井下所有的特殊情況做好預防和準備。才能夠保障整個煤礦開采的順利實施，才能夠保障下井人員的生命安全。

（1）被動反饋類。由變頻器提供的變頻水泵開、停信號，變頻故障信號、變頻頻率信號、水泵電流信號。（2）主動監(jiān)測類（傳感器監(jiān)測類）。供水管路的流量、排水口的壓力、電機繞組溫度及電機軸承溫度、水倉水位等。

5? 工作環(huán)節(jié)

整個工作的環(huán)節(jié)都有著各自的左右，每一個環(huán)節(jié)都在這個工程之中起著獨特的作用，都為整個工程提供了幫助，而這些工作環(huán)節(jié)主要包括的就是電動機的自動控制環(huán)節(jié)、水壓流量自動監(jiān)控環(huán)節(jié)、參數(shù)傳示環(huán)節(jié)、故障保護環(huán)節(jié)。這四個環(huán)節(jié)作為整個工程的四個主要環(huán)節(jié)，在整個工程中每一個都是不可缺少的，每一個工程都可以提高工作效率。

5.1? 電動機的自動控制環(huán)節(jié)

這個環(huán)節(jié)是整個工程的中心環(huán)節(jié)，只有將這個環(huán)節(jié)做好才能夠正常給水，無論那種環(huán)節(jié)都要于此環(huán)節(jié)進行配合，只有這樣才能夠根據(jù)水壓情況自動開停水泵，自動調(diào)整變頻器的頻率。為了防止備用的水泵受潮而損壞還無法及時發(fā)現(xiàn)，再到使用的時候就將沒有備用水泵可以使用，所以要進行相關(guān)的輪換制，定期將水泵進行輪換使用，以保證水泵的可使用性，水泵作為電動機的重要配件，一旦出現(xiàn)問題，就會對整個過程產(chǎn)生巨大的影響，所以對待這個方面的問題一定要慎之又慎，所以一定要使用輪換制以保證備用水泵的可使用性。

5.2? 供水流量和供水壓力自動監(jiān)控環(huán)節(jié)

供水壓力自動監(jiān)控環(huán)節(jié)的任務是實時監(jiān)測水壓的高低，根據(jù)水壓的高低自動更改變頻器的頻率，水壓高時減小頻率、水壓低時增大頻率，甚至在供水壓力特別高時停止水泵，供水的壓力特別低時啟動兩臺水泵。供水流量自動監(jiān)控環(huán)節(jié)的任務主要是實時監(jiān)測出水流量的大小，在水壓不能達到設定的水壓，而流量大于報警值時，可視為出水管路有漏水故障，應及時減小供水量或停止所有的水泵運行，以免產(chǎn)生不必要的事故。在這個環(huán)節(jié)中，這兩種傳感器的產(chǎn)品質(zhì)量、現(xiàn)場安裝方式方法、使用壽命等都直接影響到整個控制系統(tǒng)的可靠性，為此建議盡量選用防水防震防塵的質(zhì)量可靠的傳感器。

5.3? 參數(shù)傳示環(huán)節(jié)

是通過計算機這一現(xiàn)代科技將井下的各種參數(shù)例如溫度、濕度、電動機電流、頻度、各個機器的使用狀態(tài)等等都返回到計算機之中，將這些參數(shù)進行整理和考察，在計算機上進行模擬并作出相關(guān)的解釋，并對所將要采取的行動進行分析，并將行動所產(chǎn)生的結(jié)果進行匯報從而對井下的工作人員做出正確的指令，是整個工程順利的實施。

5.4? 故障保護環(huán)節(jié)

供水泵為采煤、掘進、開拓等重要部門提供生產(chǎn)用水，對井下的恒壓供水的自動控制系統(tǒng)的安全性、可靠性就有很高的要求。本套系統(tǒng)就設計有以下的幾種保護：（1）變頻故障：當有1臺水泵的變頻器發(fā)生故障，不能正常工作時，轉(zhuǎn)為啟動另一臺變頻器，保障水壓的穩(wěn)定，并發(fā)出故障報警。（2）壓力故障：當系統(tǒng)檢測到出水壓力低于設定壓力的低限值，逐步投入2臺水泵，變頻器達到工頻運行，此時系統(tǒng)還不能維持正常生產(chǎn)用水壓時發(fā)出低壓故障報警。（3）流量故障：當系統(tǒng)檢測到供水流量高于設定水位的高限值，系統(tǒng)水泵全部在運行狀態(tài)，應降低供水量或停止運行水泵，發(fā)出高流量故障報警，保證系統(tǒng)不因為管路問題，產(chǎn)生不必要的事故。

6? 系統(tǒng)設備及組成

在本設計系統(tǒng)中主要使用了礦用隔爆兼本安型變頻調(diào)速裝置2臺、礦用隔爆兼本安型PLC控制箱1臺、檢測流量和壓力的傳感器以及設備之間的連接電纜等。

（1）礦用隔爆兼本安型PLC控制箱主要由可編程控制器、信號變送器、中間繼電器等組成，在本安控制面板上安裝指示燈、按鈕等，再配有本安觸摸屏用于系統(tǒng)主要設備的各個運行參數(shù)及故障信息的顯示存儲。（2）傳感器包括正壓傳感器、超聲波流量計、超聲波液位計等組成。設計將變頻恒壓供水的自動控制技術(shù)應用于煤礦井下，就可以保持供水壓力的恒定，可以實現(xiàn)泵房遠程供水和工作面用水之間的平衡，有效的實現(xiàn)供水壓力和供水流量保持在設定值之內(nèi)，從而為礦井生產(chǎn)單位穩(wěn)定供水保駕護航。

7? 遵循的設計原則

（1）以《煤礦安全規(guī)程》為基礎(chǔ)，并結(jié)合現(xiàn)場實際情況;（2）遵循“五高”建設方針，即高起點、高技術(shù)、高質(zhì)量、高效率、高效益，突出效益優(yōu)先;（3）技術(shù)先進，可靠性高，擴展與升級容易，具有故障自診斷功能，做到夠用、適用、好用、易擴展;（4）充分利用現(xiàn)有資源，在技術(shù)先進的基礎(chǔ)上，做到經(jīng)濟實用;（5）網(wǎng)絡通訊功能強大，易于與其它系統(tǒng)集成。

8? ?遵守的主要現(xiàn)行標準

（1）GB 4796.電工電子產(chǎn)品環(huán)境條件.

（2）GB 20062.電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規(guī)范.

（3）GB 50058.爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范.

（4）GB 4720-84 .低壓電器電控設備.

（5）GB 50171-92.電氣裝置安裝工程盤、柜及二次回路接線施式及驗收規(guī)范.

（6）IEC144.低壓開關(guān)和控制設備的外殼防護等級.

（7）ANSI488 .可編程儀器的數(shù)字接口.

（8）ISA-55.2.過程運算的二進制邏輯圖.

（9）ISA-55.3.過程操作的二進制邏輯圖.

（10）ISA-55.4 .儀表回路圖.