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煤礦井下單法蘭液位變送器遠程監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計

作時間:2019-09-02  來源:  作者:
   
在煤礦井下生產(chǎn)過程中,對現(xiàn)場情況監(jiān)測十分必要,實現(xiàn)集中監(jiān)控是充分發(fā)揮監(jiān)測設(shè)備作用#好的方式。目前我國的井場的監(jiān)控系統(tǒng)是分散進行的,分別對不同的系統(tǒng)進行監(jiān)控,而各個系統(tǒng)之間設(shè)計的兼容性能差,在系統(tǒng)無法兼容的情況下,就無法實現(xiàn)系統(tǒng)之間的互相通信,而遠程監(jiān)控更加無法實現(xiàn),因此,在本文設(shè)計的系統(tǒng)中將采用兼容性能優(yōu)越的方案。
 
1 系統(tǒng)方案設(shè)計
1.1 數(shù)據(jù)的檢測
單法蘭液位變送器遠程監(jiān)測系統(tǒng)主要完成的是對井下抽水泵進行控制啟停操作,對其控制需要根據(jù)現(xiàn)場的基本數(shù)據(jù)進行,主要檢測的數(shù)據(jù)包括驅(qū)動水泵的異步電機溫升、水倉水位、水泵的出口壓力以及水泵進水口的真空度情況。針對這些物理量的檢測,需要選用不同的檢測儀表。本文采用鉑電阻 PT100 進行電機溫度的檢測,利用 GUY 液位傳感器對水位進行檢測,利用 PTP 系列的壓力變送器水泵的出口壓力以及泵入口處的真空度進行檢測。對驅(qū)動水泵的電機工作狀態(tài)、射流泵工作狀態(tài)的檢測,通過其控制繼電器的輸出觸點動作情況進行判斷。
 
1.2 系統(tǒng)控制方式
(1)手動控制方式。本控制系統(tǒng)可以在緊急情況下實現(xiàn)手動控制,在井下排水泵房安裝相應(yīng)的控制器,通過手動的方式控制電泵的啟停。
(2)半自動控制方式。半自動控制方式是指,遠程監(jiān)測系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)判斷電泵是否需要啟停,通過現(xiàn)場通20190902090139.jpg信的方式通知現(xiàn)場,現(xiàn)場工作人員進行手動的方式對水泵進行啟?刂。
(3)自動控制方式。自動控制方式是系統(tǒng)根據(jù)檢測到的現(xiàn)場水位情況以及設(shè)備的運行狀況,自動判斷是否需要進行水泵的啟停控制,并且自動完成對水泵的啟停操作。
 
2 控制策略的設(shè)計
2.1 水泵的啟動
在煤礦日常運行中,水倉的水位需要滿足設(shè)定的安全標準,當水位高于標準時,需要控制水泵進行排水作業(yè),對水位高度的判斷是通過水倉安裝的水位傳感器進行實時檢測的,通過將實時監(jiān)測數(shù)據(jù)與設(shè)定的參考安全值進行比較,根據(jù)比較結(jié)果對水泵完成啟?刂啤H绻麢z測的水位高度高于設(shè)定的高度,就需要控制水泵進行排水作業(yè),當系統(tǒng)接收到相應(yīng)信息以后,便做出相應(yīng)的指令,控制水泵的啟停。當需要啟動水泵的時候,系統(tǒng)通過繼電器控制電機啟動,電機帶動水泵工作,當水泵出口的壓力增大到一定數(shù)值時停止。
 
2.2 水泵的運行
壓力傳感器和變送器檢測的信號通過 STM32 控制板傳輸?shù)竭h程監(jiān)控系統(tǒng),系統(tǒng)根據(jù)接收的數(shù)據(jù)與設(shè)定值進行比較。當達到啟動水泵的要求的時候,就會接通水泵控制閥,完成對水泵的啟動控制,同時關(guān)閉射流泵。在水泵工作的同時,需要利用各種傳感器對水泵的工作狀態(tài)機進行檢測,需要檢測的數(shù)據(jù)包括電機運行電流、泵出口壓力、泵入口的真空度以及泵輸出管道的水流量等數(shù)據(jù)。通過這些數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)的變化情況,遠程控制系統(tǒng)會判斷出水泵的運行狀況。
 
2.3 水泵的停止
通過遠程控制水泵運行,水泵將井下水倉水排出過程中,水倉水位將不斷下降,此時,水位傳感器實時監(jiān)測數(shù)據(jù)并進入控制系統(tǒng)分析計算,當水位達到安全水位以下時,系統(tǒng)會控制水泵停止工作。當系統(tǒng)發(fā)送關(guān)機信號以后,對應(yīng)的電磁閥會完成換向,關(guān)閉缸控閘閥。在關(guān)閉水泵的過程中,水泵出口處的壓力會繼續(xù)增大,直到閘閥關(guān)閉徹底為止。同時,系統(tǒng)發(fā)送信號,控制常開觸點動作,使水泵停機。
 
3 單法蘭液位變送器方案設(shè)計
3.1 水泵及水路設(shè)計
本文單法蘭液位變送器系統(tǒng)中,共利用了 5 個主排水泵,正常情況下只有兩個進行排水作業(yè),當這兩臺發(fā)生故障時或者水位較高的時候,就會啟用另外兩臺備用水泵,當需要對水泵進行檢修時啟動剩余的 1 臺備用泵。于此同時,為了提高排水的效果,系統(tǒng)設(shè)計了 3 組排水管道。
 
3.2 單泵啟停方案
本設(shè)計中使用的井下水泵是離心泵,在對其進行啟動的時候,有兩個主要問題需要進行關(guān)注 :地衣,需要控制出水管道上的閥門保持閉合,第二,水泵出水口處于真空狀態(tài)。在需要進行停機時,需要完成閥門的關(guān)閉在進行關(guān)閉水泵的操作,這是因為如果直接控制水泵停機,會產(chǎn)生“做泵”的情形發(fā)生,這對水泵的使用期限造成很大的影響。所以,在停機的時候需要借助儀表進行判斷,當水泵入水口的負壓計檢測出當前為真空狀態(tài),并且壓力表顯示泵出口壓力不再增20190902090156.jpg加的情況下,才能對水泵進行停機操作。
 
3.3 水泵組啟動方案
如圖 3 所示為本系統(tǒng)設(shè)計的水泵組示意圖,可以看出本系統(tǒng)采用 5 臺主工作水泵,其中兩臺為工作水泵,兩臺備用水泵,另外一臺為檢修水泵。在管道出口的地方安裝閘閥。在煤礦井下水倉中標注有四條水位線,水位由底到高分別是水位、水位 2、水位 3、水位 4,單法蘭液位變送器控制系統(tǒng)根據(jù)水倉水位傳感器檢測到的現(xiàn)場水位情況對水泵的啟停進行控制。
20190902090209.jpg
當單法蘭液位變送器系統(tǒng)檢測到當前水位位于水位 1 或者水位 2或兩者之間的時候,不需要啟動水泵。當水位達到了標記 2和標記 3 之間的時候,代表當前的水位狀態(tài)是低警戒值,遠程控制系統(tǒng)根據(jù)當前狀態(tài)所存在的時間段對水泵進行啟停控制,當此時處于用電高峰期,那么不啟動水泵,如果此時處于用電較少的時間段,那么需要對 1 臺工作水泵進行啟動控制 ;如果判斷水位在標記 3 及標記 4 之間的時候,代表此時水位處在中度警戒狀態(tài),需要對 1 臺水泵進行啟動控制 ;當水位處在標記 4 及以上的情況時,代表此時的水位處在高警戒的狀態(tài)下,需要控制至少兩臺水泵進行啟動。
 
4 結(jié)語
本文分析了現(xiàn)在井下排水的功能要求及特點,設(shè)計了一種能夠遠程監(jiān)控的單法蘭液位變送器系統(tǒng),并利用 STM32 單片機開發(fā)了嵌入式技術(shù),根據(jù)各水倉水位檢測數(shù)據(jù),制定了相應(yīng)的單泵及泵組啟停方案。本文主要結(jié)論如下 :
(1)開發(fā)的 STM32 單片機控制系統(tǒng),將井下各水倉檢測的水位情況進行分析判斷,根據(jù)判斷結(jié)果控制泵啟停的數(shù)量,并繼續(xù)檢測實時檢測水位情況,循環(huán)做出水位判斷,并對泵組的啟停進行控制,該系統(tǒng)可靠性高、穩(wěn)定性好,能夠?qū)崿F(xiàn)煤礦井下水泵的自動控制,實現(xiàn)泵房的無人作業(yè)。
(2)本文設(shè)計的煤礦井下單法蘭液位變送器監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化了井下泵組的啟?刂扑惴,并且在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成以及設(shè)備的安裝難度上得到了改善,并進一步提升了對水泵機組狀態(tài)的檢測,提高了運行監(jiān)測的精度。
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