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摘要:煤礦礦井水泵的控制為煤礦井下安全生產提供重要保障。分析了礦井水泵房排水系統(tǒng)的基本構成及與系統(tǒng)工作原理，同時探究了實際運行中系統(tǒng)功能特點及重要技術。 對煤礦生產而言，大氣降水與采空水等流進礦井工作面及巷道，產生礦井水。以往煤礦排水多使用人工操作，而自動化程度低。同時人工為主的礦井水泵房排水，常常依靠既有的操作規(guī)程，操作程序太過復雜，消耗較大勞動強度，如果出現(xiàn)偏差，會出現(xiàn)安全問題，為此與現(xiàn)代化的煤礦生產需求是不符合的。從這一點看，分析礦井水泵房排水系統(tǒng)設計，其意義重大。 1礦井水泵房排水系統(tǒng)水位、涌水量與流量的測量 1．1礦井水泵房排水系統(tǒng)流量的測量 流量衡量著煤礦礦井水泵房自動排水系統(tǒng)，為較好地開展流量測量工作。泵選用型號:D300/80×6，流量300立方每小時，揚程480米。MD155/67×8，流量155立方每小時，揚程536米。本次系統(tǒng)使用智能電磁流量計SC—LDE型，該流量計以法拉電磁感應定律作為工作原理。這種型號的智能電磁流量計同樣采用了嵌人式系統(tǒng)，在記錄上，使用了電流信號(電平信號)4—20mA，流量測量不超出2．82～424．0mⅦ，充分符合本次構架系統(tǒng)要求。另外，其還具有非常強的抗干擾能力，比較穩(wěn)定，十分精確，可整體上進行防爆，具有良好的背光顯示特征，滿足了井下作業(yè)的要求。不但如此，結合整個成本控制現(xiàn)狀，電磁流量計僅設置在水泵出口中2個總管路，考慮水泵啟動的數(shù)量及順序，系統(tǒng)便能評判處各水泵流量是否異常，進而評判整體機組運行狀況。當系統(tǒng)啟動有2臺水泵，則以2臺水泵流量2Q用于評價流量;當啟動m臺水泵，那么mQ為系統(tǒng)判斷總體流量。該中方式的設置大致保證了流量的測量的無誤，且節(jié)省了系統(tǒng)整體成本。 1．2礦井水泵房排水系統(tǒng)水位、涌水量的測量 對礦井水泵房自動排水系統(tǒng)而言，礦井水倉的水位測量、涌水量的計算是其中最基礎的工作，所以，測量是整體控制系統(tǒng)的核心。這種系統(tǒng)配置了兩套水位監(jiān)測裝置，以此來檢測礦井水倉的水位，一套水位檢測裝置配置有超聲波水位傳感器，以此檢測水位的細微變化，判斷水位變化情況。 另外一套使用了三組浮球開關，檢測部分水位點，如超低限水位、高低水位等。因為超聲波水位傳感器在發(fā)揮性能方面一般不會受到被檢測介質的影響，可精確測量礦井惡劣的環(huán)境。ε(t)=［S(h2－h(huán)1)+P］÷t中，ε表示礦井涌水量，S表示礦井水倉的水平截面積，h2表示水倉水位的高度，表示水倉水位的高度P表示水泵的排水量。排水系統(tǒng)只需結合礦井涌水量大小選取合適的自動控制功能。 2硬件選取與系統(tǒng)工作流程 2．1礦井水泵房排水系統(tǒng)核心硬件的選取 在核心硬件的選型設計中，綜合考量了系統(tǒng)性能需求與總體成本，經過分析，核心處理中心擬定為Atmegal28L單片機。該單片機能在惡劣條件下匯集及處理數(shù)據(jù)，且具備良好的節(jié)能能力，大體的功耗參數(shù):工作電壓1．8—3．6V，如果供電條件為2．2V電壓時，穩(wěn)定工作的電流與工作頻率分別為7A、32kHz。對該構件系統(tǒng)而言，射頻信號在天線協(xié)助下，傳至CC2420芯片［1］。低噪聲放大器(LowNoiseAmplifier，LNA)將有關信號收集起來，接著轉變?yōu)?2MHz 中頻，生成兩路中頻信號，分別為同向分量、正交分量。通過濾波后，對兩路中頻信號進行放大處置，然后接著轉化模擬信號 analog signal 變成數(shù)字信號 DigitalSignal，選擇最終信道，達到控制增益等的效果。 為保證儲模塊部分符合實際需求，不但要依賴 Atmegal28L中的 nash 模塊，且與一個外部 Flash 模塊相串聯(lián)，通過此種模塊大體發(fā)揮掉電保護功能。在實際使用當中，主要模式是 At-mega128L，從模式則是外部 Flash 模塊 AT45DB041B。在選取遠程監(jiān)控模塊硬件上，結合煤礦工作環(huán)境特殊情況，采用了防爆攝像機，同時聯(lián)合視頻服務器及存儲服務器等。借助上述硬件，可實時共享礦井水泵房中的堅實信號，監(jiān)控不同水泵運行情況及礦井下水倉中水位變化狀況。 2． 2 礦井水泵房排水系統(tǒng)工作的流程 PLC 控制器在具體工作當中采用了順序掃描，便于編程，呈現(xiàn)于視野中較為直觀，在水位傳感器 Water level sensor 的利用下，對水位變化中模擬信號實施傳輸，達到系列單片機的 At-megal28L 單片機，射頻收發(fā)器 CC2420 芯片將模擬信號轉化為數(shù)字信號，然后被送至 PLC 控制器［2］ 。系列單片機的 Atme-gal28L 根據(jù)事先設定好的參數(shù)，同時結合水位變化情況，評價單位時間中水位上升情況及現(xiàn)階段涌水量并做出辨別，結合預先制定好的應對方案將指令發(fā)送出去，進而調控 4 臺離心式水泵開啟及終止，另外，Atmegal28L 還可檢測水泵軸中工作溫度及排水管中流量等，當有關變量值在設定范圍外，那么要發(fā)出超限制報警。 PLC 控制器利用構建的遠程監(jiān)控系統(tǒng) Network remote moni-toring system，通過以太網接口，連接上位監(jiān)控主機。在此種條件下，排水系統(tǒng)運行中的模擬圖能及時呈現(xiàn)于監(jiān)控主機上，實時給出四臺水泵中運行參數(shù)。對井下主排水系統(tǒng)設備而言，系統(tǒng)對其各種工作狀態(tài)及檢測數(shù)據(jù)進行自動記錄，呈現(xiàn)排水系統(tǒng)規(guī)章情況，有助于操作人員找到問題。當電磁流量計產生報警信號后，遠程監(jiān)控系統(tǒng)端將能實時收到有關數(shù)據(jù)，接著結合有關預案，采取合理有效的處置措施。 3 結語 本次設計的礦井水泵房自動排水系統(tǒng)具有全自動與檢修等優(yōu)勢，符合日常生產中排水所需。且利用電磁流量計通訊接口與 PLC 模塊設置，達到無人值守效果，確保排水時一定能夠排水，繼而維持礦井安全生產 ［3］ 。本文構建的礦井水泵房自動排水系統(tǒng)比較穩(wěn)定，能實現(xiàn)高度自動化，具備良好的保護功能，容易操作，滿足了礦井水泵房安全排水的要求，在實踐當中效果突出。