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(zhǎng)達(dá)數(shù)千米，沿途用水點(diǎn)較多，供水不足情況時(shí)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(dòng)控制應(yīng)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(dòng)控制;煤礦井下

1? 系統(tǒng)概述

（1）通過(guò)礦用隔爆兼本安型可編程控制箱實(shí)現(xiàn)井下排水泵房的設(shè)備自動(dòng)啟停操作，其中包括對(duì)水泵電機(jī)的控制和排水電動(dòng)閘閥的控制以及啟動(dòng)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(jī)控制。系統(tǒng)配有防爆計(jì)算機(jī)，可以在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行PLC程序的編寫(xiě)，而且能夠顯示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和各個(gè)傳感器監(jiān)測(cè)的數(shù)值，在出現(xiàn)水泵供水出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)候可以報(bào)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(yùn)行情況，在通過(guò)井下的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)看到每個(gè)水泵的攝像頭畫(huà)面，從而達(dá)到恒壓供水無(wú)人值守的狀態(tài)。（2）每臺(tái)供水泵的電機(jī)采用變頻器來(lái)控制，通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器的頻率實(shí)現(xiàn)供水壓力的自動(dòng)調(diào)節(jié)，每臺(tái)供水泵的電動(dòng)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(jì)來(lái)作為自動(dòng)調(diào)節(jié)的反饋量，核心控制器選用西門(mén)子公司的1200PLC，通過(guò)硬接線(xiàn)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(jiǎn)介

變頻系統(tǒng)作為目前較為先進(jìn)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(diǎn)。變頻系統(tǒng)現(xiàn)在主要是應(yīng)用在相關(guān)的空調(diào)方面，但當(dāng)變頻系統(tǒng)使用在煤礦的開(kāi)采過(guò)程中。就會(huì)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(huì)使得整個(gè)煤礦的開(kāi)采過(guò)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(kāi)工的使用。

3? 系統(tǒng)特點(diǎn)

本變頻系統(tǒng)的使用可以將整個(gè)煤礦的開(kāi)采效率提高需要，比之前的系統(tǒng)更加可靠，在提高整個(gè)煤礦的開(kāi)采率的過(guò)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(shí)間，最后還能夠節(jié)約相關(guān)的處理事故的費(fèi)用，能夠節(jié)約整個(gè)成本。

4? 監(jiān)測(cè)功能

安全的控制離不開(kāi)齊全的監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)檢測(cè)做好，才能夠?yàn)楦鞣N設(shè)備的把控提供可靠的準(zhǔn)備，而在整個(gè)驚嚇的工作，如果沒(méi)有了信號(hào)的監(jiān)測(cè)就沒(méi)法預(yù)防相關(guān)的井下問(wèn)題，二如果能夠檢測(cè)到相關(guān)的信號(hào)，就能夠?yàn)榫滤械奶厥馇闆r做好預(yù)防和準(zhǔn)備。才能夠保障整個(gè)煤礦開(kāi)采的順利實(shí)施，才能夠保障下井人員的生命安全。

（1）被動(dòng)反饋類(lèi)。由變頻器提供的變頻水泵開(kāi)、停信號(hào)，變頻故障信號(hào)、變頻頻率信號(hào)、水泵電流信號(hào)。（2）主動(dòng)監(jiān)測(cè)類(lèi)（傳感器監(jiān)測(cè)類(lèi)）。供水管路的流量、排水口的壓力、電機(jī)繞組溫度及電機(jī)軸承溫度、水倉(cāng)水位等。

5? 工作環(huán)節(jié)

整個(gè)工作的環(huán)節(jié)都有著各自的左右，每一個(gè)環(huán)節(jié)都在這個(gè)工程之中起著獨(dú)特的作用，都為整個(gè)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(dòng)機(jī)的自動(dòng)控制環(huán)節(jié)、水壓流量自動(dòng)監(jiān)控環(huán)節(jié)、參數(shù)傳示環(huán)節(jié)、故障保護(hù)環(huán)節(jié)。這四個(gè)環(huán)節(jié)作為整個(gè)工程的四個(gè)主要環(huán)節(jié)，在整個(gè)工程中每一個(gè)都是不可缺少的，每一個(gè)工程都可以提高工作效率。

5.1? 電動(dòng)機(jī)的自動(dòng)控制環(huán)節(jié)

這個(gè)環(huán)節(jié)是整個(gè)工程的中心環(huán)節(jié)，只有將這個(gè)環(huán)節(jié)做好才能夠正常給水，無(wú)論那種環(huán)節(jié)都要于此環(huán)節(jié)進(jìn)行配合，只有這樣才能夠根據(jù)水壓情況自動(dòng)開(kāi)停水泵，自動(dòng)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(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)，再到使用的時(shí)候就將沒(méi)有備用水泵可以使用，所以要進(jìn)行相關(guān)的輪換制，定期將水泵進(jìn)行輪換使用，以保證水泵的可使用性，水泵作為電動(dòng)機(jī)的重要配件，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)對(duì)整個(gè)過(guò)程產(chǎn)生巨大的影響，所以對(duì)待這個(gè)方面的問(wèn)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(dòng)監(jiān)控環(huán)節(jié)

供水壓力自動(dòng)監(jiān)控環(huán)節(jié)的任務(wù)是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水壓的高低，根據(jù)水壓的高低自動(dòng)更改變頻器的頻率，水壓高時(shí)減小頻率、水壓低時(shí)增大頻率，甚至在供水壓力特別高時(shí)停止水泵，供水的壓力特別低時(shí)啟動(dòng)兩臺(tái)水泵。供水流量自動(dòng)監(jiān)控環(huán)節(jié)的任務(wù)主要是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)出水流量的大小，在水壓不能達(dá)到設(shè)定的水壓，而流量大于報(bào)警值時(shí)，可視為出水管路有漏水故障，應(yīng)及時(shí)減小供水量或停止所有的水泵運(yùn)行，以免產(chǎn)生不必要的事故。在這個(gè)環(huán)節(jié)中，這兩種傳感器的產(chǎn)品質(zhì)量、現(xiàn)場(chǎng)安裝方式方法、使用壽命等都直接影響到整個(gè)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(guò)計(jì)算機(jī)這一現(xiàn)代科技將井下的各種參數(shù)例如溫度、濕度、電動(dòng)機(jī)電流、頻度、各個(gè)機(jī)器的使用狀態(tài)等等都返回到計(jì)算機(jī)之中，將這些參數(shù)進(jìn)行整理和考察，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬并作出相關(guān)的解釋?zhuān)?duì)所將要采取的行動(dòng)進(jìn)行分析，并將行動(dòng)所產(chǎn)生的結(jié)果進(jìn)行匯報(bào)從而對(duì)井下的工作人員做出正確的指令，是整個(gè)工程順利的實(shí)施。

5.4? 故障保護(hù)環(huán)節(jié)

供水泵為采煤、掘進(jìn)、開(kāi)拓等重要部門(mén)提供生產(chǎn)用水，對(duì)井下的恒壓供水的自動(dòng)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(shè)計(jì)有以下的幾種保護(hù)：（1）變頻故障：當(dāng)有1臺(tái)水泵的變頻器發(fā)生故障，不能正常工作時(shí)，轉(zhuǎn)為啟動(dòng)另一臺(tái)變頻器，保障水壓的穩(wěn)定，并發(fā)出故障報(bào)警。（2）壓力故障：當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到出水壓力低于設(shè)定壓力的低限值，逐步投入2臺(tái)水泵，變頻器達(dá)到工頻運(yùn)行，此時(shí)系統(tǒng)還不能維持正常生產(chǎn)用水壓時(shí)發(fā)出低壓故障報(bào)警。（3）流量故障：當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到供水流量高于設(shè)定水位的高限值，系統(tǒng)水泵全部在運(yùn)行狀態(tài)，應(yīng)降低供水量或停止運(yùn)行水泵，發(fā)出高流量故障報(bào)警，保證系統(tǒng)不因?yàn)楣苈穯?wèn)題，產(chǎn)生不必要的事故。

6? 系統(tǒng)設(shè)備及組成

在本設(shè)計(jì)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(tái)、礦用隔爆兼本安型PLC控制箱1臺(tái)、檢測(cè)流量和壓力的傳感器以及設(shè)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(hào)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(shè)備的各個(gè)運(yùn)行參數(shù)及故障信息的顯示存儲(chǔ)。（2）傳感器包括正壓傳感器、超聲波流量計(jì)、超聲波液位計(jì)等組成。設(shè)計(jì)將變頻恒壓供水的自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用于煤礦井下，就可以保持供水壓力的恒定，可以實(shí)現(xiàn)泵房遠(yuǎn)程供水和工作面用水之間的平衡，有效的實(shí)現(xiàn)供水壓力和供水流量保持在設(shè)定值之內(nèi)，從而為礦井生產(chǎn)單位穩(wěn)定供水保駕護(hù)航。

7? 遵循的設(shè)計(jì)原則

（1）以《煤礦安全規(guī)程》為基礎(chǔ)，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況;（2）遵循“五高”建設(shè)方針，即高起點(diǎn)、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(jìn)，可靠性高，擴(kuò)展與升級(jí)容易，具有故障自診斷功能，做到夠用、適用、好用、易擴(kuò)展;（4）充分利用現(xiàn)有資源，在技術(shù)先進(jìn)的基礎(chǔ)上，做到經(jīng)濟(jì)實(shí)用;（5）網(wǎng)絡(luò)通訊功能強(qiáng)大，易于與其它系統(tǒng)集成。

8? ?遵守的主要現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)

（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(hù)和自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范.

（3）GB 50058.爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范.

（4）GB 4720-84 .低壓電器電控設(shè)備.

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

（6）IEC144.低壓開(kāi)關(guān)和控制設(shè)備的外殼防護(hù)等級(jí).

（7）ANSI488 .可編程儀器的數(shù)字接口.

（8）ISA-55.2.過(guò)程運(yùn)算的二進(jìn)制邏輯圖.

（9）ISA-55.3.過(guò)程操作的二進(jìn)制邏輯圖.

（10）ISA-55.4 .儀表回路圖.