基於PLC的煤礦排水係統設計培訓課件

5.3 基於PLC的煤礦排水係統設計

由於礦井湧水的複雜性和危險性，以及礦井結構布置的不同，故對礦井排水及排水泵的要求比一般機電硐室的要求嚴格，對排水的可靠性要求較高，必須保證及時排除礦井湧水。因為礦井湧水在井下流動的過程中，混入和溶解了許多礦物質，含有一定數量的煤炭顆粒、流砂等雜質，所以要求排水泵要具有較強的抗腐蝕性和耐磨性;此外，由於排水泵安裝在硐室內，硐室空間比地麵空間小，安裝和維修都不方便，為了保證礦井安全，礦井水泵房要求安裝使用、備用、待檢的水泵台數較多;再者，礦井排水設備的耗電量很大，一般會占到全礦井總耗電量的25%-35%，有的礦井占到40%，個別礦井會更多。

2.固定排水設備的要求

1) 工作水泵應能在20小時內排出24小時的正常湧水量;備用水泵的能力應不小於工作水泵能力的70%;工作和備用水泵的總能力，應在20小時內，排除礦井24小時的最大湧水量;檢修水泵的能力應不小於工作水泵能力的25%。水文地質條件複雜的礦井，可根據具體情況，在主要泵房內預留安裝一定數量水泵的位置，或另外增設水泵。

2) 工作水管的能力應能配合工作水泵在20小時內排出24小時的正常湧水量;工作和備用水管的總能力應能配合工作和備用水泵，在20小時內排出24小時的最大湧水量。

3.移動式排水設備要求

1) 有較好吸水性能，可排除泥水。

2) 水利特性適合流量變化不大而揚程有較大變化的需要。

3) 外形尺寸較小以便轉移方便而迅速。

4) 軸線傾斜仍能正常工作。

4.傳統控製方法存在的問題

在傳統的礦井排水係統中，時刻需要有人值守。傳統的靠人工測水位，停開泵的控製方法值班人員很難保持長時間注意力集中，遇到突發事件可能會出現混亂，不能及時做出處理，導致可以避免的生產事故發生。所以靠人工檢測的方法已不適應煤炭發展的需要，取而代之的是自動排水係統。

4) 大量湧水情況下啟用備用水泵，並報警。在出現大量湧水，正常工作的水泵已經無法完成排水量的情況下，啟用備用水泵，必要時啟用所有水泵，確保排水順暢。並且發出報警信號，警告湧水量已經處於危險狀態。

5)泵站運行狀況監控。排水係統要實現自動控製、無人值守，就要對水泵的各個參數進行監控。這些需要監控的參數包括：電動機工作電流、電動機振動、水泵出口壓力、閘閥的開度(全開還是全關)、水泵流量總和。

6) 故障檢測與報警。係統應對自身運行情況檢測並對泵站的整體工作狀態進行判斷。不僅在各個單一參數(壓力、流量、電壓、電流等)超出正常範圍時，發出報警信號;啟動過程中，如果各種運行參數(真空度、壓力等)達不到要求，就不要使係統進入運行狀態。水泵運行時，還要能夠自動切換，停止故障泵，啟動其他泵。

2) 保護功能。係統應具有以下幾種保護功能：

①漏水保護，每台水泵均安裝真空度變送器，如在規定的注水時間內係統仍未收到真空度達到規定值的信號，則停止啟動本台水泵，轉為啟動下台水泵，並發出故障報警信號;

②流量、壓力保護，當水泵啟動後或正常運行中，如流量或壓力達不到正常值，通過流量、壓力保護裝置使本台水泵停車，轉為啟動下台水泵;

③超溫保護，水泵長期運行，當水泵軸溫或電機溫度超出允許值時，通過溫度保護裝置使水泵停車;

④過流保護，接在主回路裏的電流互感器把電流信號送入可編程控製器，由可編程控製器計算、判斷電動機工況。當出現過流時，啟動相應的保護裝置動作;

(1)濾水器和底閥

濾水器安裝在吸水管的下端，插入吸水井下麵，不得低於0.5m。其作用是防止井底沉積的煤泥和雜物吸入泵內，導致水泵被堵塞或被磨損。在濾水器內裝有舌型底閥，其作用是使灌入水泵和吸水管中的引水，以及停泵後的存水不致漏掉。但是現在的排水係統中，為了提高排水效率，減小水泵腐蝕，一般不用底閥，而用射流泵或真空泵為水泵和吸水管注水。本係統采用無底閥排水。

(2)閘閥

調節閘閥安裝在靠近水泵排水管上方的排水管路上，位於逆止閥的下方。其功用為:

(4)壓力表和真空表

壓力表安裝在水泵的排水接管上，為檢測排水管中水壓大小用。常用的壓力表為普通彈簧管壓力表，根據其結構特征可分為徑向無邊、徑向帶邊和軸向帶邊三種。表殼的公稱直徑有60mm， 100mm， 150mm， 200mm和250mm五種。壓力表所測出的壓力叫做表壓力或相對壓力，它比絕對壓力小1個大氣壓。

真空表安裝在水泵的吸水接管上，為檢側吸水管的真空度用。根據其結構特征也可分為徑向無邊、徑向帶邊和軸向帶邊三種。表殼的公稱直徑和壓力表一樣，也分為60、100、150、200和250mm五種。真空表的測量範圍為0~0.1MPa(一個大氣壓)。

2.射流泵工作原理

水泵房排水設備一般安置在水井液麵以上，所以水泵啟動前的灌水一般采用吸入式。為了減小井水吸入阻力，提高泵站運行效率，吸水管路不宜設置底閥。無底閥吸入式灌水，要采用專門的引水設備，對水泵排水腔和吸水管路進行抽真空，使水泵運行前充滿水。

引水設備一般為真空泵或射流泵。真空泵運行效率高，水泵啟動快，但需要提供專門的驅動設備。射流泵結構簡單，操作方便，根據礦井的地下環境和條件，射流泵的應用更為普遍。其結構包括：噴嘴、吸入室、混合管、擴散管。

射流泵工作時要有高壓水源，使噴嘴處產生高速水流，通過虹吸現象使吸入室產生真空，將低處的水吸入水泵內，再啟動水泵。射流泵應連接於水泵的最高處。在開啟射流泵前，要把水泵排水管上的閘閥關閉。射流泵具有結構簡單、占地少、安裝容易、工作可靠、維護方便等優點，是一種常用的引水設備，適合井下排水設備使用。

電動閥門控製器

電動閥

幾種常見的電磁閥

浸水變送器

5.電磁流量計

電磁流量計是根據法拉弟電磁感應定律製成的一種測量導電性液體的儀表。

電磁流量計的測量原理是法拉第電磁感應原理，即導電液體在磁場中作切割磁力線運動時，導體中產生感應電勢，其感應電勢E為：

E=KBVD

其中：K——儀表常數;B——磁感應強度;V——測量管道截麵內的平均流速;D——測量管道截麵的內徑。

測量流量時，導電性的液體以速度V流過垂直於流動方向的磁場，導電性液體的流動感出一個平均流速成正比的電壓，其感應電壓信號通過二個或二個以上與液體直接接觸的電極檢出，並通過電纜送至轉換器通過智能處理，轉換成標準信號輸出。

電磁流量計具有一係列優良特性，如對髒汙水流、腐蝕水流的測量，不會阻塞。適用於測量含固體顆粒的液體，不產生流量檢測所造成的壓力損失，所測得體積流量不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導率變化的明顯影響，流量範圍大，口徑範圍寬等優點，可以解決其它流量計不易應用的問題，

電磁流量計

由外部接線圖可以看出，PLC外部電路沒有自鎖和互鎖功能，因此必要的自鎖和互鎖均在梯形圖中實現。低水位時，一號泵和二號泵沒有故障時兩者輪流工作，並在程序中實現互鎖和自鎖，保證一組水泵可靠工作的同時另一組水泵可靠不工作。一組水泵出現故障時，備用泵和故障水泵實現自鎖和互鎖，保證備用泵可靠工作的同時故障水泵可靠不工作。高水位時，對低水位時自動定時切換的控製部分進行鎖定，使其可靠斷開，保證兩台水泵同時工作，當其中一台出現故障時，備用泵工作的同時對故障水泵進行鎖定，使其可靠斷開。手動控製信號輸入時，將自動部分鎖定，係統退出自動，進入手動控製程序，由外部人員實現手動控製。