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煤礦主排水機電設備監測管理系統結構設計

來源:機電工程技術 作者:薛軍
發布于:2020-09-02 共4605字

  摘要:結合某礦井下排水系統實際情況, 設計主排水機電設備監測管理系統整體結構, 分析傳感裝置的布設方案, 并且針對一些重要功能設計工作加以探討, 最后對所設計的系統進行測試, 通過測試得出系統性能良好, 而且后期的實踐應用也證明該系統能夠安全、可靠地運行。

  關鍵詞:礦井; 排水系統; 機電設備; 管理系統;

Abstract:

  According to the actual situation of the underground drainage system in a coal mine, the whole structure of the monitoring and management system of the main drainage and electrical equipment of a coal mine was designed. The layout scheme of the sensing device was analyzed, and some important functions were discussed. Finally, the designed system was tested and the test was obtained. The system performance is good, and the later practice application also proves that the system can run safely and reliably.

  Keyword:mine; drainage system; mechanical and electrical equipment; management system;

目錄

  0引言.................................................1

  1井下排水系統.................................................2

  2主排水機電設備監測管理系統結構設計.................................................3

  3傳感裝置的布設.................................................4

  4礦主排水機電設備監測管理系統功能設計.................................................5

  4.1上位機功能設計.................................................6

  4.2系統監控功能設計.................................................7

  4.3系統報警功能設計.................................................7

  5系統可靠性測試.................................................8

  6結束語.................................................0

  文內圖表.................................................10

  圖1某煤礦主排水機電設備監.................................................11

  測管理系統結構示意圖.................................................11

  圖2.上位機功能示意圖.................................................12

  圖3系統監控功能實現流程.................................................12

  表1井下主排水機電設備監測管理系統報警限值數據.................................................12

  表2傳感裝置測量誤差.................................................12

  參考文獻.................................................13

煤礦主排水

  0 引言

  對于煤礦企業而言, 排水系統是煤礦開采中非常關鍵的一個組成部分, 其主要的功能是負責將礦井之中所出現的涌水及時排出井外, 井下排水系統的運行情況, 和煤礦安全開采存在的極大關聯性。若是煤礦排水系統出現一定的故障問題, 會導致煤礦的正常生產受到一定影響, 嚴重時也會導致井下巷道被涌水所浸沒, 對于井下作業人員人身安全到來較大的威脅[1].而在對井下排水系統進行控制的過程中, 不少煤礦企業依舊是借助于繼電器設備對井下排水系統進行控制, 此種方法還需要依靠人工的操作, 并且在針對井下水位監測的過程中不夠及時, 而且準確性對應也較差, 尤其是在井下出現涌水量突然增加的情況下, 極易導致安全隱患的出現。也有不少煤礦企業已經應用了自動化控制系統, 不過, 自動化系統所擁有的功能相對來說較少, 無法達到煤礦井下排水系統運行中的各項需求, 并且, 控制系統也較易出現故障問題, 這對于煤礦企業開采作業的安全管理工作會造成不利影響[2].所以, 要求進一步開發更為完善與健全的管理系統, 以確保煤礦企業能夠穩定發展。

  1 井下排水系統

  礦井已在副斜井井底設主排水泵房, 礦井涌水經敷設于副斜井井筒中的兩趟排水管路排至地面工業場地井下水處理站水池。主排水泵房安裝有3臺MD155-30×3型多級耐磨離心泵 (配YBK2280S-4型電機, 功率75kW) .該設計主排水設備將繼續利用。

  在三采區西部邊界處設三采區水泵房及水倉, 在二采區西部邊界處采區水泵房及水倉。二采區排水由二采區水泵房經8煤二采區膠帶下山、二采區輔運斜巷、11煤西翼集中運輸下山至三采區水倉;三采區排水由三采區水泵房經西翼集中運輸下山、11煤集中輔運大巷、輔運暗斜井I至井底主水倉, 再經主排水泵將全礦井涌水沿副斜井井筒敷設的主排水管路排至地面"井下水處理站".

  主排水泵房水泵配套礦用隔爆型低壓電動機, 選用礦用隔爆型真空電磁起動器控制水泵啟停。吸水管底部安裝有底閥, 水泵正常運行后, 取掉底閥閥芯, 通過射流泵引水, 水泵無底閥運行, 射流泵以排水管中的壓力水作為能源, 以灑水管中的壓力水作為備用能源, 兩種能源之間裝有切換閥門隔離;取掉閥芯后底閥的總過流面積大于等于吸水管口面積的2倍, 減小了管路吸程損失。水泵出口處安裝有微阻緩閉式止回閥, 防止水錘對水泵造成破壞。排水管路及附屬設施按照相關規范進行防腐處理[3].

  2 主排水機電設備監測管理系統結構設計

  在針對某煤礦主排水機電設備監測管理系統進行設計的過程中, 是通過利用上位機與下位機相互結合的兩級網絡結構實現相關操控工作。系統之中上位機便是安裝在地面位置的監控中心, 其包含有工業計算機設備、組態系統以及數據庫等不同的部分。而下位機則是被安裝在井下水泵房之中, 下位機包含有現場操作臺裝置、傳感裝置、電控箱裝置以及各種指令執行部件等不同部分。在對井下主排水設備進行監測的過程中, 采用的傳感裝置所輸出信號分為模擬信號以及數字信號兩種類型[4].采用的指令執行機構也包含有高壓啟動執行機構以及遠程電動執行機構。即便是系統之中PLC裝置發生了故障問題, 同樣能夠借助于就地控制的方法對井下排水系統進行有效控制。系統的整體結構示意圖如圖1所示。

 

  圖1 某煤礦主排水機電設備監測管理系統結構示意圖 

  模擬量傳感裝置以及數字傳感裝置分別針對井下排水系統之中各個機電設備不同的部件以及參數加以監測, 然后再分別借助于模擬量輸入模塊以及數字輸入模塊針對所收集的相關信息進一步轉化, 并把轉化之后的信息輸入至CPU模塊之中進行數據分析以及處理, CPU模塊將根據相應的分析結果, 做出一定指令, 并且以控制信號的方式輸出至各個執行機構之中, 確保指令得及時的執行。

  3 傳感裝置的布設

  依照礦井下水泵房實際的結構情況, 在井下傳感裝置進行布設的過程中, 所采用的方案為:

  (1) 在所有的井下水位監測位置處, 設置上相應的超聲液位監測裝置, 同時設置上投入式的井下液位監測裝置, 這樣便能夠確保所獲得的井下水位監測數據更為精準以及可靠。

  (2) 結合相關的標準規定, 在設置插入式的超聲流量監測裝置過程中, 要求其和閥體之間的實際距離值需要超出排水管道管徑大小的五倍之上, 同時結合隆安煤礦井下排水管道的實際情況, 在井下主排水管道所有出口位置設置上相應的超聲流量監測裝置, 針對主排水管道之中所有出口位置具體流量情況加以檢測[5].

  (3) 所有的機組均設置上正壓傳感裝置以及負壓傳感裝置, 正壓傳感裝置設置于水泵設備的出口位置, 而負壓傳感裝置則設置于水泵設備的入口位置, 分別針對出口以及入口的正壓和負壓進行實時監測。

  (4) 所有的機組均設置溫度傳感裝置針對溫度參數進行實時監測, 在水泵的前軸結構位置以及后軸結構位置安裝上溫度傳感裝置, 用以監測這兩個位置處的溫度變化情況。

  4 礦主排水機電設備監測管理系統功能設計

  4.1 上位機功能設計

  在上位機之中其所應用到的技術非常多, 不僅會應用到計算機技術、軟件開發技術, 同時也會應用到數據庫技術以及網絡技術等等。上位機的功能包含有數據信息的儲存、分析、顯示以及預警等等, 同時我們還能夠借助于上位機對井下排水機電設備進行遠程的操作[6].上位機之中, 組態王軟件所應用為的組態王6.5版, 所應用到的數據庫為SQL sever數據庫。上位機所擁有的功能如圖2所示。

  圖2 上位機功能示意圖  

  4.2 系統監控功能設計

  在井下主排水機電設備監測管理系統之中, 是借助于PLC對整個系統進行控制, 在PLC進行程序編寫時, 所采用的平臺為STEP7平臺, 通過利用結構化方式完成編程工作。在對系統監控功能進行設計時, 是將整個系統劃分成了各個部分, 針對不同的部分分別的設計子程序, 而主程序則借助于所設計子程序實現對系統的監控功能。系統監控功能實現流程如圖3所示。

  圖3 系統監控功能實現流程

  4.3 系統報警功能設計

  在所設計的井下主排水機電設備監測管理系統之中, 報警功能便是當發現了井下排水系統機電設備運行參數超出了實現設定的極限值之后, 能夠實時的輸出報警信號。做出報警信號的情況又包含有高限報警以及低限報警, 具體的限值數據如表1所示, 在此次所設計的井下主排水機電設備監測管理系統之中, 針對排水設備運轉情況進行判斷過程中, 是借助于排水管道之中水流值大小以及排水泵電機裝置之中電流值大小進行判斷[4].

  表1 井下主排水機電設備監測管理系統報警限值數據

  5 系統可靠性測試

  該井下主排水機電設備監測管理系統, 在運行過程中傳感裝置對于可靠性的影響是最大的, 若是傳感裝置的誤差太大, 則便會導致所測量數據準確性變差, 也使得系統的可靠性降低, 因此, 應當重點針對傳感裝置的誤差進行檢測。在對所應用到的傳感裝置開展了線性擬合檢測之后, 得出了不同傳感的誤差, 具體數據如表2所示。

  從表2能夠看出, 所采用的傳感裝置誤差均在標準范圍之內, 能夠達到系統的應用要求。再利用電路板裝置對數字量輸入信號進一步的進行檢測分析, 通過整機聯動檢測方法, 針對設計系統的不同部分實際功能加以全面檢測。經過檢測得出了所設計的系統擁有相對優良功能, 系統處在不同控制模式下均可以正常的運轉, 而且所收集的數據也具有較高準確性, 模擬量模塊所擁有的分辨率達到了十四位, 網絡通訊過程中數據傳輸的誤碼率也在1×10-6范圍之內, 而且上位機以及下位機的監測界面均正常工作, 達到了對礦井排水系統二級監控的目標要求[8].

  表2 傳感裝置測量誤差

  6 結束語

  目前, 該系統已經在某煤礦順利運行, 而且自2017年8月投入運行之后, 至今未出現故障問題。系統在運行過程中, 下位機可實時的對井下排水系統運行數據加以收集, 而且在不同的控制模式之下系統可順利切換, 上位機也能夠遠程的對井下排水系統機電設備運行情況進行實時監測, 發現異常可以及時發出警報, 系統運行狀態穩定, 確保了煤礦企業實現了井下水泵房無人值守的管理目標。

  參考文獻
  [1]張鑫。井下排水控制系統改進設計[J].廣東化工, 2018, 45 (08) :215-216.
  [2]王春福。自動化排水控制系統在煤礦中的應用[J].現代國企研究, 2018 (06) :83.
  [3]張澤厚。基于S7-300的煤礦智能排水系統的設計[J].機械管理開發, 2018, 33 (01) :92-95.
  [4]張海東。晉華官煤礦主排水泵降壓啟動控制設備改造及應用[J].能源技術與管理, 2017, (5) :105-106.
  [5]段栓喜。煤礦井下采區主排水泵房安裝工藝改進[J].科技創新與應用, 2015, (31) :135-135.
  [6] 礦用大型固定設備監測預警系統[Z].北京工業大學, 2007.
  [7]王新功, 王艷麗。基于WebGIS的礦井水文監測設備的實現研究[J].煤炭技術, 2013 (1) :181-183.DOI:10.3969/j.issn.1008-8725.2013.01.085.
  [8]于淑政, 杜桂遷, 盧軍民。礦井排水設備在線監測系統設計[J].煤礦機械, 2012, (12) :135-137.

作者單位:山西煤炭運銷集團泰山隆安煤業有限公司
原文出處:薛軍.礦井主排水機電設備監測管理系統的開發[J].機電工程技術,2018,47(12):118-120.
相關標簽:機電工程師論文
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