摘要:基于控制系統(tǒng)及相關(guān)儀表的自動(dòng)化改造,實(shí)現(xiàn)了井下排水系統(tǒng)的無人值守;并根據(jù)兩倉三泵運(yùn)行模式,從而完成自動(dòng)控制策略的制定;通過峰谷電價(jià)差優(yōu)化運(yùn)行模式,不僅能夠?qū)崿F(xiàn)減員增效目的,還能夠有效降低系統(tǒng)能耗。
1排水系統(tǒng)改造
煤礦排水系統(tǒng)的組成部分主要有補(bǔ)水管路、輸送管道、逆比閥、泵出口閥、大功率水泵以及水倉等,在特殊情況下還能含有檢修附屬設(shè)備和取樣設(shè)備,如圖1所示。當(dāng)系統(tǒng)以人工方式運(yùn)行時(shí),相關(guān)人員shou先需對(duì)水位高低進(jìn)行判斷,而在水位達(dá)到啟泵液位后,此時(shí)需開啟旁路的排空管路和補(bǔ)水管路,以此來進(jìn)行水量補(bǔ)充,在補(bǔ)水完成后,需及時(shí)關(guān)閉排空管路和補(bǔ)水管路,與此同時(shí),還需手動(dòng)打開水泵,通過水泵啟動(dòng)取樣出口或是開關(guān)柜電流,以此來判斷是否正常出水。由于該流程當(dāng)中存在多處人工操作和相關(guān)狀況判斷,故而無法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行過程中的高效狀態(tài)。因此,為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可靠性與高效性,需進(jìn)行儀表或是電控回路方面的改造,從而盡可能地降低給生產(chǎn)所帶來的影響[1]。
1.1儀表設(shè)備改造
因礦井滲水所附帶的泡沫或是雜物,使得水倉水面準(zhǔn)確界限難以通過超聲波液位計(jì)或是目測(cè)等方式進(jìn)行測(cè)定,其準(zhǔn)確測(cè)量方式僅有靜壓原理的
投入式液位計(jì),故而需在每一水倉處安裝1臺(tái)投入式液位計(jì)。隨著時(shí)間的流逝,水倉淤泥逐漸增多,故而在安裝設(shè)備時(shí),需對(duì)底部淤泥進(jìn)行定期高度的限制[2]。通過泵出口閥前的壓力表,實(shí)現(xiàn)對(duì)該處水壓的測(cè)量。
逆比閥主要用于在泵停止工作時(shí)進(jìn)行該處靜壓的顯示;在啟動(dòng)泵后,若出水正常,那么則表示該處靜壓小于閥前壓力,因此,可用其判斷出流量和正常出水是否處于正常工作狀態(tài)。為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)供電電源獲取與設(shè)備防爆安全,需利用防爆變送器,與此同時(shí),還需通過2線制進(jìn)行信號(hào)采集和儀表供電。
在進(jìn)行人工操作時(shí),可由目測(cè)方式進(jìn)行水泵補(bǔ)滿狀態(tài)的判斷,通常情況下,泵的停運(yùn)時(shí)間與補(bǔ)水時(shí)間有著密切關(guān)聯(lián),由于二者均為變量,故而人工方式難以對(duì)補(bǔ)水狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。因此,需將檢水開關(guān)安置于排空管路末端,使通過管路的水能夠自動(dòng)導(dǎo)入到通接點(diǎn)[3]。由于兩管路開關(guān)常用小口徑球閥,故而長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)致使開關(guān)出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象。然而,若將其改造為防爆電磁閥,那么不僅能夠降低所用時(shí)限,還能減少操作誤差產(chǎn)生。而原手動(dòng)閥門可用于進(jìn)行檢修使用。
對(duì)于大口徑出水閥水泵而言,若將其改造為電動(dòng)閥門,那么不僅會(huì)降低靜壓下所產(chǎn)生的逆比閥影響,還能改善因逆比閥造成的泄漏問題[4]。
1.2控制系統(tǒng)改造
基于原就地手動(dòng)按鈕,實(shí)現(xiàn)過程控制系統(tǒng)的增加,其中主要包含了新增閥門控制箱、遠(yuǎn)程運(yùn)行維護(hù)的工程師站和操作站、模擬量輸出輸入模塊的IO單元、配置了開關(guān)量以及PCS-9150過程控制器,如圖2所示。
在井下水倉附近的煤安認(rèn)證防爆柜內(nèi)進(jìn)行閥門控制回路、IO單元以及控制器的安裝,與此同時(shí),還需在井上調(diào)度監(jiān)控中心處進(jìn)行工程師站和操作員站的建立,前者功能可由后者兼任�?刂葡到y(tǒng)可通過冗余配置實(shí)現(xiàn)對(duì)無人看守系統(tǒng)可靠性的提升,其中包含了監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、IO網(wǎng)絡(luò)以及冗余控制器。而光纖監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的配置,其不僅用于進(jìn)行井上與井下超長(zhǎng)距離的操作員站的傳輸,還用來進(jìn)行電磁干擾的消除。
對(duì)于水泵電磁啟動(dòng)器而言,基于RS485總線方式接入IO,其內(nèi)部智能設(shè)備,通過改造后的接入IO單元的開關(guān)量、原水泵電機(jī)啟動(dòng)器模擬量、出口電動(dòng)閥門控制回路、新增補(bǔ)水排空閥控制回路、泵出口
壓力變送器以及水倉液位變送器,從而達(dá)到監(jiān)控的全方位模式。
2一鍵自動(dòng)啟停
井下排水系統(tǒng)中具有一鍵啟停功能,令其操作流程得到有效簡(jiǎn)化,其具體流程如下:shou先將排空閥與補(bǔ)水閥依次打開,接下來等待減水開關(guān)操作,之后將補(bǔ)水閥與排空閥依次關(guān)閉,若閥門可控,#后將泵出口閥門打開即可。在具體應(yīng)用中應(yīng)注意,只有正確執(zhí)行前一步,才能開始接下來的步驟,例如,補(bǔ)水閥處于打開狀態(tài),并在規(guī)定時(shí)間內(nèi)減水開關(guān)動(dòng)作未正常進(jìn)行,此時(shí)流程將無法順利完成,并報(bào)警;若動(dòng)作正常,為確保完成充水,接收到信號(hào)后應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng),為成功啟泵提供保障[5]。
一鍵停比具體流程如下:shou先將排空閥打開,完成后適當(dāng)延時(shí),之后水泵停止,并將排空閥關(guān)閉,若閥門可控,#后將泵出口閥門關(guān)閉即可。在上述流程中,延時(shí)操作#根本的目的是避免空氣進(jìn)入水泵后對(duì)抽水造成一定影響,從而減少進(jìn)水管底閥受到?jīng)_擊造成的影響。
實(shí)際上,泵組的自動(dòng)停止或開啟主要由水位高低予以控制,若液位處于正常區(qū)間之內(nèi),wuxu任何處理,從而實(shí)現(xiàn)無人值守或少人干預(yù)這一目標(biāo)。如圖3所示,若液位自動(dòng)投入,便會(huì)執(zhí)行自動(dòng)啟停,若該功能并未投入,還可采取手動(dòng)的方式對(duì)其進(jìn)行調(diào)整;對(duì)配置延時(shí)或死區(qū)進(jìn)行判斷時(shí)可以將液位高低作為判斷標(biāo)準(zhǔn),減少誤操作的發(fā)生,無論是液位過低還是過高,其觸發(fā)的停止流程均只有一次。根據(jù)液位高低情況自行判斷執(zhí)行,以此來對(duì)實(shí)際液位與自動(dòng)投入情況加以判斷。
3兩倉三泵聯(lián)合運(yùn)行
在正常生產(chǎn)過程中井下排水系統(tǒng)尤為關(guān)鍵,只有該系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行才能為正常生產(chǎn)提供保障,并應(yīng)具備備用功能。其中較為常見的一種方式為兩倉三泵,1#、2#水倉分別與1"、3"相對(duì)應(yīng),而2"通常作為備用泵組,通過切換閥門便能操控兩者正常工作。其工作運(yùn)行正常時(shí),若發(fā)生故障,泵組2"便正式運(yùn)行,使其正常工作得到保障,若結(jié)束檢修,便能恢復(fù)正常1#、3#工作模式[6]。
如圖4所示,水倉與泵組之間呈現(xiàn)出如下關(guān)系,其中人機(jī)界面按鈕脈沖指令為取消泵組置檢修與1"、3"泵組置檢修,其中泵組使能為3#,1#為初始狀態(tài),若要激活2"、3"泵組使能,只需按照檢修指令1"操作。只有在全部泵組停比狀態(tài)下才允許切換模式,以確保切換運(yùn)行時(shí)的不確定性不會(huì)發(fā)生;若要激活2"泵組使能,不僅需要隱藏指令按鈕,還需將1#與3#隱藏,所保留的檢修按鈕僅為取消泵組置檢修按鈕,從而避免出現(xiàn)僅2"泵組使能的現(xiàn)象。
通常情況下,水泵處在變電所相同分支線路上,不僅需要較大的功率,且缺乏軟啟動(dòng)器,若同時(shí)啟用,則產(chǎn)生的沖擊負(fù)荷相對(duì)較大。為減少或避免啟動(dòng)泵組時(shí)沖擊帶來的影響,在具體應(yīng)用中應(yīng)減少或避免同時(shí)啟動(dòng)2個(gè)高液位水倉的現(xiàn)象[7]。
4節(jié)能優(yōu)化
在實(shí)際應(yīng)用中,井下排水與排風(fēng)系統(tǒng)均處于不斷運(yùn)行狀態(tài),所以,不僅主扇耗電量相對(duì)較大,水泵占據(jù)份額同樣不容忽視。若原有設(shè)備不進(jìn)行改造,節(jié)能還能夠利用運(yùn)行策略來實(shí)現(xiàn),其一,將峰谷電價(jià)差異充分利用起來,使設(shè)備盡可能在谷區(qū)工作;其二,對(duì)泵租啟停液位區(qū)間加以優(yōu)化。分析現(xiàn)場(chǎng)得到的歷史數(shù)據(jù),得出抽水效率較高的定速泵組,則自動(dòng)啟停泵組邊界即為液位上限與下限,進(jìn)而令設(shè)備正常運(yùn)行得到保障。由于峰谷電價(jià)定價(jià)存在一定差異,所以在峰電價(jià)時(shí)應(yīng)盡量使水倉安全運(yùn)行得到保障,在谷電價(jià)時(shí)盡量采取空倉運(yùn)行這一方式,換而言之,結(jié)合實(shí)際情況,在白天將液位下限與上限之間的區(qū)間盡可能擴(kuò)大,在夜間則適當(dāng)縮小,令其區(qū)間有所增大。為保證夜間與白天泵組均能正常運(yùn)行,應(yīng)將二者有機(jī)結(jié)合在一起。與普通運(yùn)行方式相比,該策略有效減小了液位區(qū)間,增加了啟停水泵次數(shù),進(jìn)而影響到開關(guān)設(shè)備壽命,所以對(duì)泵組運(yùn)行液位區(qū)間進(jìn)行優(yōu)化時(shí)應(yīng)將設(shè)備壽命考慮在內(nèi)[8]。
5結(jié)語
本文在改變儀表與自動(dòng)化設(shè)備時(shí),主體設(shè)備并未發(fā)生變化,并且經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)后發(fā)現(xiàn),主體設(shè)備不發(fā)生改變來改造儀表與自動(dòng)化設(shè)備,對(duì)系統(tǒng)的管理更為便利,能夠?qū)崿F(xiàn)無人值守與一鍵啟動(dòng)的運(yùn)行方式,不僅如此,在改進(jìn)自動(dòng)控制策略時(shí)將峰谷電價(jià)策略與水泵自身運(yùn)行特性考慮在內(nèi),進(jìn)而優(yōu)化了實(shí)際耗電量,其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值相對(duì)較高。
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