煤矿控制系统保护设计.doc

1、煤矿控制系统保护设计摘要：煤矿井下排水系统是煤矿生产的主要系统之一，文中主要从矿井排水的意义及其重要性对煤矿井下排水系统的设计进行优化，以期能够延长设备的使用寿命，提高其自动化水平，从而达到保护控制系统的目的。 摘要：系统控制、保护、矿井排水 中图分类号：TD82 文献标识码： A 一、前言 现如今我国矿井大多使用的排水系统还较为传统，而随着时代科技的进步，这种排水系统已经不能适用当前矿井排水的发展，存在着应急能力较差，自动化程度较低等安全隐患。本文就传统排水系统的基础之上对水泵的自动化控制系统进行了优化，以实现在无人值守时能够自动运行及自我诊断。 二、矿井排水的意义 矿井排水的任务就是将井下

2、涌出的矿井水，通过排水系统不断地排至地面，以保证矿井安全生产和作业人员的生命安全，否则就会影响矿井正常的生产，甚至发生淹井事故，造成生命、财务的巨大损失。因此说矿井排水系统是必不可少的主要生产系统之一。 三、矿井排水的特点 由于矿井涌水的复杂性和危险性，以及矿井结构布置的不同，故对矿井排水及排水泵房的要求比一般机电硐室的要求严格，对排水设备的可靠性能要求更高，必须保证及时排除矿井涌水。因为矿井涌水在井下流动的过程中，混入和溶解了许多矿物质，含有一定数量的煤炭颗粒、流沙等杂，所以要求排水水泵要具有较强的抗腐蚀性和耐磨性此外，由于排水系统安装在硐室内，硐室空间比地面空间小，安装和维修都不方便，为了

3、保证矿井的安全，矿井水泵房要求安装使用、备用、待修的水泵台数较多再者，矿井排水设备的耗电量很大，一般会占到全矿井总耗电量的 25%35%，有的矿井占到 40%，个别矿井会更多。 四、矿井排水泵房自动化控制的重要性 通过上面矿井排水的特点，不难看出，矿井排水泵房自动化控制系统的重要性主要体现在以下几点： 1、矿井排水泵房自动化控制系统能根据水泵的水位起动或停止运行的水泵，这样就能有效提高水泵的利用率，从而降低水泵的运行成本。 2、矿井排水泵房自动化控制系统可以在无人值守的情况下，自动运行、自我诊断，这样就可以减少水泵的维护人员，减少维护人员的工资总额，这样就可以增加设备的检修队伍的力量，提高设备

4、的维护质量，从而减少事故的发生几率，提高运行设备的使用率。 3、矿井排水泵房自动化控制系统可以减少设备的故障率，从而保证矿井的安全生产，并能有效的改善井下的工作环境，提高劳动的生产率。4、矿井排水泵房自动化控制系统能有效的保护水泵电机等设备的正常运转。可以延长水泵电机等设备的使用寿命，从而减少发生事故的停机的时间，提高排水系统的排水能力。 5、矿井排水泵房自动化控制系统能有效调整水泵停机、开机的时间，这样就能有效的避免电力负荷高峰期的出现，从而做到削峰填谷，这样就能节约大量的电费开支。 五、矿井排水泵房自动化控制系统的组成 图 1：泵房自动化控制系统的结构框图 矿井排水泵房自动化控制系统（见图

5、 1）适用于煤矿井下排水设施的集中监控，能有效实现对水泵机组及其附属设备的自动控制和综合保护，通过控制网络实现多种排水系统的联合控制，并能结合先进的控制思想合理调度设备运行，提高排水效率。泵房的自动化控制系统主要由地面监控主机、就地控制箱、测量传感器等组成，可以实现数据的自动采集、自动轮换工作、自动控制、动态显示及故障记录报警和通讯接口等功能。该系统还可以通过检测水仓水位和其它性能参数，控制水泵轮流工作适时启动备用泵，合理调度水泵运行。系统能通过上位机显示屏以图形、图像、数据、文字等方式，直观、形象、实时地反映系统工作状态以及水仓水位、电机工作电流、轴承温度、排水管流量等参数，并通过通讯模块、

6、光纤与地面监测监控主机实现数据交换。 六、煤矿井下排水系统的总体方案设计 矿井排水泵房自动化控制系统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间都要用电动阀连接，可以方便的用 PLC 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，选用可编程控制器中心控制器，它的模拟量输入信号

7、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；它的数字量输入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。 七、矿井排水泵房自动化控制系统功能 1、具有自动控制的功能 （1）可以自动对水仓的具体水位以及其他相关的参数进行检测，能够自动的开启和停止水泵、在合理的范围内调度轮换工作，还可以自动

8、报警。 （2）超声波水位仪同时跟投入式水位传感器工作，二者可以互相参考，能够避免水位传感器出现故障造成不可预计的后果，还可以及时报警，对水位进行自动的监测。 （3）水泵可以自动运行。在运行水泵之前应该先检测水位、相关的供电参数、负压以及管网压力等，还应该查看水泵的使用记录，以上全部都符合水泵的运行要求之后才可以运行并控制水泵。 （4）能够自动对水仓的具体水位进行监测，在高水位的时候可以自动开启一台水泵进行排水，如果水位达到了上限可以陆续开启多台水泵一起排水，在水位降到了低限的时候陆续停止水泵，最终实现自动开启和停止水泵的目的。 （5）控制程序能够将水泵开启和停止的次数、开启后运行的时间、停止运

9、行持续的时间等各个参数自动记录下来，然后根据这些记录资料自动控制水泵的开停时间，均匀分布各个水泵的使用率。与此同时还能将出现故障的水泵退出工作，尽早发现并处理故障，确保矿井可以安全生产。 （6）一旦检测出故障可以及时提供声光报警采取措施进行处理。 2、具有半自动控制的功能 按照实际工作情况可以将全自动控制切换到半自动控制。工作人员可以手动开启和停止水泵以及其他的设备。 3、具有自动诊断故障的功能 在开启水泵的时候，系统会首先将射流泵开启，检测真空管路的压力有没有达到设定值，如果达到了可以自动启动水泵电动机，并且关闭真空管路。在打开水泵电动机的阀门之后，检测排水管当中的压力值有没有达到设定值，如

10、果没达到系统会自动停止水泵并且发出报警信号。在将控制阀门打开或者是关闭以后，PLC 会接收到电动阀门反馈的信号，并与发出信号进行对比，如果不一致，系统会自动发出报警。 4、具有就地控制的功能 在各个设备都切换到相应的位置上时，可以通过人工的方式控制设备的开启和停运，该功能可以在设备维修的时候用到。 5、具有一定的保护功能 （1）进行超温保护：一旦水泵的温度高于警戒值，可以及时的提供超温报警提醒。 （2）进行电机保护：系统可以监测水仓的水位、电机中的电流以及电压等各项参数实时保护电机。 （3）进行电动阀门的保护：系统可以检测出电动阀门出现的故障，及时的参与到水泵的连锁控制工作当中。 6、具有较好

11、的节能功能 主排水自动控制系统能够根据电网监控系统统计出来的用电高峰期和低峰期，确定出水泵的开启和停止时间。 八、结语 综上所述，系统特别针对排水系统的高可靠性要求，给出相应的可靠性设计方案，解决了由于通信、传感器的不稳定导致控制系统不能稳定运行的问题，显著地提高了排水自动控制系统的稳定性，实现了煤矿排水系统的无人值守和减员提效，大大降低了运行的成本，提高了矿井自动化生产的水平有利于排水自动控制系统的推广应用。 参考文献： 1 马胜利 温国栋：基于 ARM 的煤矿井下排水监控系统的设计 ，矿山机械 ，2009 年 01 期 2 王文东：井下排水自动控制系统的应用 ， 科技创新与应用 ，2013 年 23 期 3 李明相：论煤矿井下排水系统的经济运行与对策 ， 中小企业管理与科技(下旬刊) ，2011 年 05 期