探析機電設備自動(dòng)化改造及維護論文

　　摘要：為進(jìn)一步提升煤礦開(kāi)采效率，保障煤礦開(kāi)采的安全性，結合實(shí)例分析煤礦井下水泵系統排水中可實(shí)現自動(dòng)化操作的過(guò)程，并且探討自動(dòng)排水系統的改造與維護工作。通過(guò)對排水系統的自動(dòng)化改造，實(shí)現井下水泵房無(wú)人值守目標，對系統故障進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，便于系統的運行與維護。

　　關(guān)鍵詞：機電設備；自動(dòng)化改造；排水系統

　　0前言

　　對于煤礦企業(yè)來(lái)說(shuō)，機電設備在煤礦開(kāi)采中發(fā)揮著(zhù)極大的作用。但是在煤礦開(kāi)采中，很多煤礦由于開(kāi)采時(shí)間較長(cháng)，設備投入運行的時(shí)間也較長(cháng)，機電設備控制系統不少依舊是采用繼電接觸式控制方式。此種控制方式要求安裝非常多的繼電控制裝置，而且在控制動(dòng)作執行過(guò)程中不夠迅速，很難開(kāi)展相對復雜的控制工作，在實(shí)際控制過(guò)程中線(xiàn)路的節點(diǎn)位置較多，極易發(fā)生故障問(wèn)題，而且機電設備在運行過(guò)程中的能耗也較大，運行效率較低。在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的過(guò)程中，很多煤礦企業(yè)逐漸對以往所使用的繼電控制系統通過(guò)PLC技術(shù)與網(wǎng)絡(luò )技術(shù)加以改造，確保對繼電設備的自動(dòng)化控制。通過(guò)設備的自動(dòng)化改造，希望達到節能降耗的目標，同時(shí)希望能夠增加設備運行的安全性以及效率。在煤礦生產(chǎn)之中井下排水系統是極為重要的系統，同時(shí)也是礦井五大系統之一，排水設備運行情況將對整個(gè)礦井生產(chǎn)造成直接影響。由于煤礦開(kāi)采時(shí)，不同來(lái)源的地下水持續涌近礦井，要想保證煤礦開(kāi)采工作的正常進(jìn)行，同時(shí)確保井下作業(yè)人員的人身安全，要求應當將井下涌水及時(shí)排出地面。要求礦井排水系統應當擁有更高的自動(dòng)化水平，這樣才能確保礦井排水的安全性，為煤礦開(kāi)采工作提供可靠的保障。

　　1礦井概況

　　某煤礦采用的開(kāi)采方式為豎井開(kāi)采，開(kāi)采過(guò)程中礦井的涌水量相對大，礦井全天排水量均值是142m3/h，雨季單天最大排水量高達306m3/h。礦井注水泵站的水倉設置為一主兩副形式，之所以設置兩個(gè)副水倉設置，主要是為了能夠輪流開(kāi)展沉淀工作，以便工作人員有時(shí)間對涌水之中夾雜的雜物、淤泥以及砂石細顆粒等進(jìn)行清理，從而確保主水倉之中水體質(zhì)量。主水倉的容積值達500m3，副水倉的容積值達200m3。所使用的排水泵為DAI型離心式水泵，水泵揚程值為246m，額定流量為160m3/h。水泵排水系統一共包含有兩路排水管道，直接和地面相通，其中一個(gè)正常使用而另外一個(gè)作為備用，管道的直徑是150mm。在進(jìn)水過(guò)程中是利用真空水箱人工注水方法，應用的控制方式依舊為繼電器控制方式，為了有效地對排水系統加以控制，還安排了專(zhuān)門(mén)人員完成具體的系統操作工作，整個(gè)控制過(guò)程自動(dòng)化水平相對落后。在水泵的開(kāi)啟、停運以及切換等過(guò)程中，均需要借助人工操作，很大程度上依賴(lài)于工作人員自身經(jīng)驗，而且人工勞動(dòng)強度較高，控制效率較低，水泵在開(kāi)啟、停運以及實(shí)時(shí)運行數據等無(wú)法得以有效監測。

　　2水泵系統排水中可實(shí)現自動(dòng)化操作的過(guò)程

　　在水泵設備的控制系統之中，能夠實(shí)現自動(dòng)化的環(huán)節有以下幾個(gè)：注水環(huán)節、閘閥操作環(huán)節、水位監測環(huán)節、電機開(kāi)啟與停運環(huán)節、故障監測環(huán)節以及參數信息傳輸環(huán)節。

　�。�1）注水環(huán)節。在水泵運行之前，要求水泵應當事先注滿(mǎn)水之后，確保水泵設備中葉輪部件能夠全部浸沒(méi)在水里，這樣在葉輪旋轉時(shí)，才可以確保水泵內部形成一定真空度，從而使得水泵能夠達到排水的目的。要是水泵內部的真空度較小，水泵之中存在空氣會(huì )導致無(wú)法上水，或者出現汽蝕問(wèn)題。在自動(dòng)注水操作中，通常采用的方式為加設射流泵加以實(shí)現。

　�。�2）閘閥操作環(huán)節。在水泵開(kāi)始啟動(dòng)時(shí)，應當確保出水閥門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)，而在水泵停止運行時(shí)，應當確保閘閥事先關(guān)閉，這樣才能有效防治水錘問(wèn)題出現，確保水流量能夠逐步減少，此時(shí)才能夠停車(chē)。而要想達到上述要求，完成閘閥自動(dòng)操作，要采用適宜于井下排水的閘閥裝置，這樣才能確保水泵系統自動(dòng)化控制功能得以實(shí)現。

　�。�3）電動(dòng)機自動(dòng)控制環(huán)節。在對排水設備進(jìn)行自動(dòng)化改造的過(guò)程中，其中最為重要的工作便是確保水泵電機設備開(kāi)啟以及停運能夠實(shí)現自動(dòng)化控制，其包含有PLC控制裝置、繼電器裝置和接觸器裝置等，在自動(dòng)化控制改造過(guò)程中，根據水倉之中具體水位值，自動(dòng)完成水泵開(kāi)啟與停運工作。為了確保備用水泵在長(cháng)時(shí)間停運的狀況之下電機線(xiàn)圈不會(huì )由于受潮濕而發(fā)生故障，在具體的運行過(guò)程中采取輪換運行方式，這樣便能夠確保水泵設備在發(fā)生問(wèn)題情況下能夠及早被發(fā)現。

　�。�4）水位自動(dòng)監測環(huán)節。若想實(shí)現排水設備的自動(dòng)化運行，要求必須對水倉之中水位進(jìn)行自動(dòng)化的監控，這一工序之中最為關(guān)鍵的內容是要保證實(shí)時(shí)、準確地對水位情況加以監控�，F階段，在對水位監測過(guò)程中可以使用超聲波液位傳感裝置以及投入式液位傳感裝置。

　　3自動(dòng)排水系統的改造與維護

　　3.1自動(dòng)排水系統改造原理分析

　　在經(jīng)過(guò)改造之后，排水系統的進(jìn)水端口使用的是無(wú)底閥門(mén)，并且利用真空注水桶完成自動(dòng)注水以及排水作業(yè)，在出口位置設置型號為JD745的控制閥門(mén)。在對主水倉之中水位信號進(jìn)行監測過(guò)程中，利用液位傳感裝置進(jìn)行監測工作。在出口位置設置有壓力傳感裝置，以便對排水過(guò)程中的壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監測。在對電動(dòng)機以及水泵進(jìn)行監測過(guò)程中，采用電流傳感裝置以及溫度傳感裝置進(jìn)行監測并且，在水泵的排水管道之上還設置有電磁流量監測裝置，該裝置主要是用來(lái)監測排水管道之中的流量。PLC控制裝置則依照水倉之中不同水位情況以及電網(wǎng)之中峰谷不同時(shí)段，來(lái)確定水泵的具體開(kāi)啟或者停運操作，并且計算水泵開(kāi)啟的數量。PLC裝置還會(huì )對注水電磁閥門(mén)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，在水泵啟動(dòng)過(guò)程中采用直接啟動(dòng)方式。

　�。�1）水泵設備的啟動(dòng)：首先完成電動(dòng)閥門(mén)的啟動(dòng)工作，并且往水泵腔體之中注入水，在經(jīng)過(guò)1min之后電動(dòng)閥門(mén)將會(huì )自動(dòng)關(guān)閉，此時(shí)水泵設備便開(kāi)始啟動(dòng)，在水泵出水之后控制閘閥便會(huì )依照兩邊不同的壓力差值而自動(dòng)、緩慢開(kāi)啟，最后完成整個(gè)水泵開(kāi)啟工作。

　�。�2）水泵設備的停運：水泵停止運行過(guò)程中，多功能閘閥會(huì )依照兩端的壓差值而自動(dòng)、緩慢關(guān)閉。

　�。�3）被控制對象：在自動(dòng)化操作過(guò)程中，所控制主要對象包含有安裝于管道之中的電動(dòng)閥門(mén)以及自動(dòng)注水閥門(mén)。在水泵自動(dòng)控制系統之中，利用PLC裝置對水泵具體運行信息進(jìn)行收集。傳感裝置會(huì )收集水倉之中水位的具體波動(dòng)情況，而且會(huì )把所收集的水位信號加以轉換，從而得出單位時(shí)間之中各個(gè)水位段的水位具體上升情況，對井下涌水量進(jìn)行判斷，并根據判斷結果對水泵的開(kāi)啟以及停運進(jìn)行實(shí)時(shí)控制[7]。

　　3.2自動(dòng)化改造控制方案

　　3.2.1水泵啟動(dòng)過(guò)程

　�。�1）確定需要開(kāi)啟的水泵設備以及對應管路；

　�。�2）完成水泵的啟動(dòng)自動(dòng)化操作。

　　3.2.2水泵停運過(guò)程

　�。�1）確定需要停運的水泵設備以及對應管路；

　�。�2）完成水泵的停運自動(dòng)化操作。3.2.3應急水泵啟動(dòng)過(guò)程若是集控裝置發(fā)生失效問(wèn)題，便會(huì )啟動(dòng)水泵就地控制系統，也就是借助于組合開(kāi)關(guān)柜裝置完成水泵設備的開(kāi)啟以及停運操作。3.2.4水位實(shí)施監測和保證避峰就谷要想確保排水系統能夠達到煤礦開(kāi)采作業(yè)中的相關(guān)要求，同時(shí)實(shí)現避峰就谷的用電目標，進(jìn)行自動(dòng)化程序的設計過(guò)程中，結合煤礦井下的涌水量現狀，把水倉從下往上劃分成了4個(gè)不同的水位線(xiàn)，分別為1號、2號、3號以及4號水位線(xiàn)。若是水位在2號水位線(xiàn)之下，則表明此時(shí)水位為安全水位；若是水位位于2號水位線(xiàn)以及3號水位線(xiàn)之間，則表明此時(shí)水位為低警戒水位；若是水位位于3號水位線(xiàn)以及4號水位線(xiàn)之間，則表明此時(shí)水位為中等警戒水位；若是水位在4號水位線(xiàn)之上，則表明此時(shí)水位為高警戒水位。要是水位達到了4號警戒線(xiàn)位置，則系統便會(huì )自動(dòng)發(fā)出報警信號。在對水倉之中水位進(jìn)行監測的過(guò)程中，采用的2臺安裝于水倉相同高度的超聲波液位傳感裝置。

　　若想達到節約電能的目標，便應當確保能夠實(shí)現避峰就谷的用電目標，不過(guò)由于礦井的作業(yè)環(huán)境相對較差，首先應當考慮的是系統運行安全性。所以，在進(jìn)行水泵設備開(kāi)啟的判斷操作時(shí)，首先要分析水倉之中水位波動(dòng)情況，然后再盡可能達到避峰就谷的用電要求。

　�。�1）若是水位位于2號水位線(xiàn)位置，要是此時(shí)用電時(shí)間為平段或者谷段，則要求應即刻開(kāi)啟水泵，要是此時(shí)用電時(shí)間為峰段，則應當暫時(shí)延遲水泵啟動(dòng)時(shí)間。

　�。�2）若是水位位于3號水位線(xiàn)位置，那么不管是在哪一種用電時(shí)段，均要求即刻開(kāi)啟水泵進(jìn)行排水作業(yè)。

　�。�3）要是只有1臺水泵投入運行，水位依舊出現上升問(wèn)題，此時(shí)應當即刻開(kāi)啟另外1臺水泵設備。

　�。�4）若是出現了較為緊急的狀況，例如井下出現較大的涌水量，則不管是電網(wǎng)用電情況怎樣，均必須同時(shí)啟動(dòng)2臺工作水泵進(jìn)行排水作業(yè)，而且還要啟動(dòng)備用水泵同時(shí)進(jìn)行排水作業(yè)。

　　4排水系統自動(dòng)化改造的優(yōu)勢分析

　�。�1）在對排水系統進(jìn)行自動(dòng)化改造的過(guò)程中，應用CP1H作為整個(gè)系統的主要控制裝置，由于該裝置性能非常穩定，從而確保了整個(gè)控制系統的可靠性進(jìn)一步提升。

　�。�2）通過(guò)自動(dòng)控制的方式，能夠實(shí)現井下水泵房無(wú)人值守目標。

　�。�3）自動(dòng)控制系統可以自動(dòng)完成水泵設備開(kāi)啟與停運操作，依照水倉之中水位具體情況，若是水位出現高、低限，或者是水位的增長(cháng)速率較快情況下，可以實(shí)時(shí)發(fā)出警報信號。

　�。�4）在集控顯示設備之中能夠實(shí)時(shí)的發(fā)布設備運行情況，并且可以顯示出水倉之中水位變化數據，出現故障問(wèn)題對應的故障點(diǎn)還會(huì )不斷閃爍，以發(fā)出報警信號。

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