【正文】 體介質(zhì)名稱(chēng)，物理性質(zhì)，化學(xué)性質(zhì)和其它性質(zhì)，物理性質(zhì)有溫度C密度D，粘度U，介質(zhì)中固體顆粒直徑和氣體的含量等，這涉及到系統(tǒng)的揚(yáng)程，有效氣蝕余量計(jì)算和合適泵的類(lèi)型；化學(xué)性質(zhì)，主要指液體介質(zhì)的化學(xué)腐蝕性和毒性，是選用泵材料和選用那一種軸封型式的重要依據(jù)。(4)排水系統(tǒng)的管路布置條件。吸入側(cè)的最低液面，排出側(cè)的最高液面等一些數(shù)據(jù)和管道規(guī)格及其長(zhǎng)度、材料、管件規(guī)格、數(shù)量等都要加以考慮，以便進(jìn)行水泵揚(yáng)程計(jì)算和汽蝕余量的校核。但是其中最主要的依據(jù)是所需要的流量。 選泵原則水泵的選擇應(yīng)該以以下幾個(gè)為原則：(1)使所選泵的型式和性能符合裝置流量、揚(yáng)程、壓力、溫度、汽蝕流量、吸程等工藝參數(shù)的要求。(2)必須滿足介質(zhì)特性的要求。(3)機(jī)械方面可靠性高、噪聲低、振動(dòng)小。(4)經(jīng)濟(jì)上要綜合考慮到設(shè)備費(fèi)、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)，維修費(fèi)和管理費(fèi)等，力求使的成本最低(5)離心泵具有轉(zhuǎn)速高、體積小、重量輕、效率高、流量大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸液無(wú)脈動(dòng)、性能平穩(wěn)、容易操作和維修方便等特點(diǎn)。綜上所述，水泵的選擇原則就是要滿足在最不利工況的條件下水泵同樣能夠正常工作，并且在考慮各種工況下，盡可能節(jié)約投資，減少能耗。對(duì)水泵臺(tái)數(shù)和型號(hào)進(jìn)行選定，滿足對(duì)水量和水壓的要求。從經(jīng)濟(jì)和管理上對(duì)水泵臺(tái)數(shù)和工作方式進(jìn)行確定，做到投資，維修費(fèi)最低，正常工作能耗最低。 水泵選型本設(shè)計(jì)中使用了三臺(tái)工作水泵，一臺(tái)備用水泵，但每臺(tái)水泵都設(shè)置了獨(dú)立的排水管路。為了便于采購(gòu)及系統(tǒng)的管理，選取相同型號(hào)的四臺(tái)水泵。水泵主要有葉片泵、齒輪泵、離心泵三種類(lèi)型，這些水泵的原理及優(yōu)缺點(diǎn)參見(jiàn)《液壓元件與系統(tǒng)》。在選取水泵的時(shí)候主要考慮兩個(gè)參數(shù)，即排水流量Q及揚(yáng)程H。設(shè)計(jì)依據(jù)是。由于存在沿程損失，局部阻尼損失等，所以水泵的實(shí)際流量和揚(yáng)程要比設(shè)計(jì)流量和揚(yáng)程大。水泵在運(yùn)行時(shí)，流量減小系數(shù)，這里取，則每臺(tái)工作水泵的流量。根據(jù)上一章節(jié)，得。立式水泵雖然節(jié)約安裝面積，但由于煤礦礦井安裝空間有限，吊裝困難，所以選擇臥式離心水泵。綜合上述因數(shù)考慮，參照[臥式水泵隔振及安裝]，選取IS8050315型臥式離心水泵。其參數(shù)為：流量，揚(yáng)程。與之匹配的電機(jī)型號(hào)為Y200L22，電動(dòng)機(jī)參數(shù)為：額定轉(zhuǎn)速，額定功率。為了自動(dòng)控制方便，這里將水泵進(jìn)行以下分組編號(hào)，如表21。表21 水泵分組首先啟動(dòng)機(jī)組聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)第一臺(tái)機(jī)組聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)第二臺(tái)機(jī)組備用機(jī)組1號(hào)2號(hào)3號(hào)4號(hào)由于采用了光纖環(huán)網(wǎng)通訊技術(shù)取代了原來(lái)的總線傳輸技術(shù)使得數(shù)據(jù)傳輸更加快捷、可靠。，不僅使可靠性大為提高而且使程序更加具有通用性，也使系統(tǒng)的二次開(kāi)發(fā)及擴(kuò)容變得更加規(guī)范、容易。對(duì)于多級(jí)提升的礦井排水系統(tǒng)可以通過(guò)安裝多級(jí)自動(dòng)化排水設(shè)備做到由地面調(diào)度中心根據(jù)各級(jí)泵房水倉(cāng)容量及液位統(tǒng)籌調(diào)度，實(shí)現(xiàn)高效、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。同時(shí)在發(fā)生透水事故時(shí)可以做到統(tǒng)一動(dòng)作、統(tǒng)一指揮。本系統(tǒng)遵循礦井綜合監(jiān)控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)子系統(tǒng)接口規(guī)范使得該系統(tǒng)可以非常容易地并入礦井綜合監(jiān)控系統(tǒng)中，與其它子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。水泵前軸預(yù)裝溫度、振動(dòng)一體化傳感器，即保證的測(cè)試精度，同時(shí)又為設(shè)備維護(hù)創(chuàng)造了方便的條件。與其它系統(tǒng)的接口：本系統(tǒng)除地面監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)接口外還提供了豐富的與電力等系統(tǒng)的接口，例如與高壓開(kāi)關(guān)柜及軟啟動(dòng)柜之間的開(kāi)關(guān)量報(bào)警接口、可以輸入0100V及05A的模擬量輸入接口[4]。還提供了可以接入RS485通訊口的智能接口，該接口可以接入高壓電機(jī)液阻啟動(dòng)器或低壓電抗啟動(dòng)器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)啟動(dòng)的更加全面的監(jiān)視。PLC控制程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)可按程序模塊分段調(diào)試，分段運(yùn)行。該程序結(jié)構(gòu)具有清晰、簡(jiǎn)捷、易懂，便于模擬調(diào)試，運(yùn)行速度快等特點(diǎn)；并可利用PLC控制柜上的觸摸屏，可實(shí)現(xiàn)界面切換、系統(tǒng)巡查、故障復(fù)位、控制方式轉(zhuǎn)換等功能。第四章 中央水泵房系統(tǒng)的配置及工作原理 系統(tǒng)設(shè)備及組成水泵房監(jiān)控裝置包括PLC柜、就地控制箱和外圍傳感器以及上位計(jì)算機(jī)等，系統(tǒng)組成示意圖如31。圖41 水泵房監(jiān)控裝置示意圖控制柜（PLC柜）主要由可編程控制器、信號(hào)變送器、中間繼電器等組成，主要完成對(duì)信號(hào)的接受、變換、放大，并由PLC運(yùn)算、判斷發(fā)出各種控制信號(hào)，監(jiān)控水泵的運(yùn)行工況，實(shí)現(xiàn)水泵房的無(wú)人值守。PLC的輸出信號(hào)應(yīng)用中間繼電器隔離，實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的控制。PLC 的I/O接口應(yīng)有不少于20%的備用量。PLC柜為礦用隔爆型，PLC選用西門(mén)子公司S7200系列。PLC柜電源箱和小功率多回路組合開(kāi)關(guān)輸入電源AC127V、50HZ，內(nèi)置控制變壓器和UPS（考慮為PLC和傳感器提供后備電源）。PLC柜通過(guò)以太網(wǎng)模塊（光口）接入工業(yè)以太干網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)水泵監(jiān)控子系統(tǒng)與全礦井的監(jiān)控系統(tǒng)信息共享。集中控制柜為隔爆兼本質(zhì)安全型，顯示屏（嵌裝）、指示燈、按鈕、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、繼電器、電源開(kāi)關(guān)、蜂鳴器等都安裝在集中控制臺(tái)內(nèi)。按鈕、指示燈、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、繼電器等采用品牌優(yōu)質(zhì)電器元件[6]。集中操作用于完成整套系統(tǒng)的控制與監(jiān)視。投標(biāo)方應(yīng)根據(jù)技術(shù)規(guī)格書(shū)的系統(tǒng)功能特性要求對(duì)集中控制臺(tái)布置做詳細(xì)設(shè)計(jì)。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及傳感器包括就地控制箱、傳感器和電磁閥等組成。就地控制箱：就地控制箱主要由按鈕、指示燈等組成，每個(gè)就地箱備有急停按鈕與相關(guān)按鈕等。傳感器包括超聲水位計(jì)、管路靜壓傳感器、電機(jī)溫度傳感器等，所檢測(cè)的參數(shù)主要有：水倉(cāng)水位、水泵進(jìn)水管真空度、水泵出水口壓力、水泵軸溫、電機(jī)溫度及設(shè)備工作狀態(tài)等。在水泵與電機(jī)聯(lián)接處增加KR939SB2型一體化溫度、振動(dòng)傳感器, 內(nèi)部分別集成振動(dòng)、。上位計(jì)算機(jī)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與PLC柜里面的觸摸屏進(jìn)行通訊，對(duì)水泵系統(tǒng)的信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，計(jì)算機(jī)安裝了MCGS組態(tài)軟件，通過(guò)組態(tài)軟件將采集到的數(shù)據(jù)顯示出來(lái)。 水泵管路系統(tǒng)圖止回閥(ZH)又稱(chēng)單向閥或逆止閥，其作用是防止管路中的介質(zhì)倒流。采用微阻緩閉式止回閥。防爆電動(dòng)閘閥(DZ)使用電能作為動(dòng)力來(lái)接通電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)閥門(mén)，實(shí)現(xiàn)閥門(mén)的開(kāi)關(guān)、調(diào)節(jié)動(dòng)作。用于液體、氣體和風(fēng)系統(tǒng)管道介質(zhì)流量的模擬量調(diào)節(jié)，是AI控制。采用AC660V電動(dòng)閘閥或電液控閘閥。排真空閥(QF)：采用本質(zhì)安全型電動(dòng)球閥，工作電壓DC24V，可手、電動(dòng)。由電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和球閥共同構(gòu)成電動(dòng)球閥，是工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程控制的一種管道壓力元件，通常用于管道介質(zhì)的遠(yuǎn)程開(kāi)、關(guān)（接通、切斷介質(zhì)）控制。電動(dòng)球閥它具有旋轉(zhuǎn)90度的動(dòng)作，旋塞體為球體，有圓形通孔或通道通過(guò)其軸線。球閥在管路中主要用來(lái)做電動(dòng)球閥切斷、分配和改變介質(zhì)的流動(dòng)方向，它只需要用旋轉(zhuǎn)90度的操作和很小的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩就能關(guān)閉嚴(yán)密。球閥最適宜做開(kāi)關(guān)、切斷閥使用，但近來(lái)的發(fā)展已將球閥設(shè)計(jì)成使它具有節(jié)流和控制流量之用，如V型球閥。壓力表(P)以彈性元件為敏感元件，測(cè)量并指示高于環(huán)境壓力的儀表。采用抗振式壓力表與壓力傳感器配接。負(fù)壓表(Z)采用抗振式真空表與真空度傳感器配接。流量計(jì)(Q)指示被測(cè)流量和(或)在選定的時(shí)間間隔內(nèi)流體總量的儀表。采用隔爆兼本質(zhì)安全型超聲流流量計(jì)。手動(dòng)閘閥(SF)手動(dòng)閘閥的啟閉件是閘板，閘板的運(yùn)動(dòng)方向與流體方向相垂直，閘閥只能作全開(kāi)和全關(guān)，不能作調(diào)節(jié)和節(jié)流。采用DN250、DN200（）手動(dòng)閘閥。水泵管路系統(tǒng)圖如下圖所示。該圖是用CAXA軟件畫(huà)出來(lái)的。圖42 水泵管路系統(tǒng)圖 系統(tǒng)工作原理及工作方式泵房水泵啟動(dòng)開(kāi)關(guān)的電量參數(shù)由PLC配以各種開(kāi)關(guān)量、模擬量的輸入輸出模塊以及以太網(wǎng)通訊模塊共同完成。PLC自動(dòng)巡檢，通過(guò)擴(kuò)展工業(yè)以太網(wǎng)模塊及井下以太網(wǎng)交換機(jī)及光纖收發(fā)器傳給地面調(diào)度中心。全自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)的井下下位機(jī)PLC實(shí)時(shí)采集水倉(cāng)水位和浮球狀態(tài)，并根據(jù)水倉(cāng)水位情況和浮球的狀態(tài)，按照各臺(tái)水泵的運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)短啟動(dòng)相應(yīng)水泵的運(yùn)行或停機(jī)。不需要人工參與。下位機(jī)在正常運(yùn)行過(guò)程中，可以脫離上位機(jī)的通訊仍能正常運(yùn)行。就地手動(dòng)工作方式時(shí)，根據(jù)水倉(cāng)水位或浮球狀態(tài)，就地通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制柜手動(dòng)控制水泵的啟停。遠(yuǎn)程手動(dòng)工作時(shí),由授權(quán)值班工作人員通過(guò)上位計(jì)算機(jī)控制水泵的啟動(dòng)和停止；系統(tǒng)在正常運(yùn)行過(guò)程中，不論何種工作方式，均可實(shí)時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)的各種參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)傳到地面調(diào)度室。 水泵控制的控制原則 水泵開(kāi)啟時(shí)，首先檢測(cè)水倉(cāng)水位，當(dāng)水位超過(guò)低水位（滿足開(kāi)泵條件），開(kāi)啟一臺(tái)水泵，當(dāng)系統(tǒng)第一次運(yùn)行，開(kāi)啟一號(hào)泵。當(dāng)開(kāi)啟一臺(tái)水泵運(yùn)行一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)水位仍然上漲，則順序開(kāi)啟下一序號(hào)的水泵。當(dāng)水位下降到低水位限以下時(shí)，則停止一臺(tái)水泵。 對(duì)于具備開(kāi)啟條件的水泵，在開(kāi)啟前首先啟動(dòng)真空系統(tǒng)，檢測(cè)真空度，真空度達(dá)到后即可開(kāi)啟。當(dāng)水位超過(guò)警戒水位時(shí)(出現(xiàn)涌流)，水泵全部開(kāi)啟。當(dāng)水泵出現(xiàn)故障時(shí)，及時(shí)停泵，檢修。該無(wú)人值守系統(tǒng)以水倉(cāng)水位作為水泵的起停的基本條件，在此條件滿足的前提下，然后再根據(jù)均勻磨損的原則、電價(jià)避峰填谷的原則實(shí)現(xiàn)水泵的起停。該原理為：首先設(shè)定四個(gè)水位限值：HHHH4。當(dāng)水位達(dá)到報(bào)警水位時(shí)，可以開(kāi)啟兩臺(tái)水泵；當(dāng)水位繼續(xù)上升至超限水位時(shí)，則表明一臺(tái)水泵的排水量已不足以排除礦井出水，以礦井的最大排水能力來(lái)排除礦井涌水，啟動(dòng)所有水泵。不論投入幾臺(tái)水泵，水位必須下降到低限水位方可停泵。即當(dāng)PLC讀取的水倉(cāng)水位值為H4時(shí)，表示水倉(cāng)水位低于低限水位，水泵機(jī)組將不投入運(yùn)行；水位值≥H3，一臺(tái)水泵機(jī)組投入運(yùn)行，則等待水位上漲到H2時(shí)再投入一臺(tái)水泵機(jī)組運(yùn)行。當(dāng)一臺(tái)機(jī)組處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)水位仍然上漲到H1，則陸續(xù)投入所有水泵。機(jī)組運(yùn)行至水位下降到H4時(shí)，水泵機(jī)組退出運(yùn)行。程序流程圖如下圖： 圖43 程序流程圖 水泵的開(kāi)機(jī)順序每個(gè)水泵在確定需要打開(kāi)后，首先啟動(dòng)真空泵，自動(dòng)抽真空；通過(guò)真空表判斷真空度是否達(dá)到開(kāi)啟水泵的標(biāo)準(zhǔn)；如果達(dá)到要求，則抽真空完畢，開(kāi)啟水泵；打開(kāi)排水管路上電動(dòng)閥門(mén)；關(guān)閉真空泵運(yùn)行；水泵自動(dòng)開(kāi)機(jī)完畢。 圖44 水泵起動(dòng)流程圖 水泵關(guān)機(jī)順序每個(gè)水泵在確定關(guān)閉之后，首先關(guān)閉出水電動(dòng)閥門(mén)；判斷閘閥是否關(guān)到位；停止排水泵運(yùn)行。圖45 水泵停機(jī)流程圖 系統(tǒng)配置 軟件配置 主監(jiān)控系統(tǒng)操作系統(tǒng)軟件為Windows XP Professional，編程軟件采用西門(mén)子公司的STEP7 ，組態(tài)軟件采用MCGS。 設(shè)備清單ZP30礦用自動(dòng)排水控制裝置設(shè)備清單名稱(chēng)規(guī)格數(shù)量生產(chǎn)廠家集中操作臺(tái)KXJ1200/6603C1廣州市昌寧機(jī)電設(shè)備有限公司集中控制柜KXJ1200/66033就地控制柜KXJ1200/6603L7電源柜KDW6601北京鼎天數(shù)碼本安接線盒KHH 系列4常熟市練塘膠木塑料配件廠傳感器真空度傳感器GYD16上海鼎鑫儀器儀表有限公司壓力傳感器GYD108投入式液位傳感器GUY10 2上海坤嘉自動(dòng)化科技有限公司超聲波流量傳感器LCZ8032唐山匯中大方浮球開(kāi)關(guān)ZQK6003K2大連瑪赫顯示