瓦斯機水循環自動控制系統改造設計

【摘 要】瓦斯機是高瓦斯煤礦生產的必備的重要大型設備，其工作的安全性和經濟性，關系著礦井的一通三防工作的成敗。如能在現有基礎上，應用PLC技術和先進的電氣控制理論，使其水循環系統實現自動化控制，將會使瓦斯機運行更加安全可靠，更能產生良好的經濟效益，是一項實用性極強的科技項目。

【關鍵詞】瓦斯機；PLC技術；水循環；自動化

0.引言

鐵能集團公司所本部所有礦井均為高瓦斯礦井。按照國家“通風可靠、抽采達標、監控有效、管理到位”煤礦瓦斯治理十六字工作體系要求，公司各礦均設有瓦斯泵房。曉南礦瓦斯泵房，其作用是完成全礦井下瓦斯的抽放，向煤層氣公司瓦斯機發電站和張莊住宅供氣的工作。瓦斯機的安全性至關重要，其是否能經濟運行，又關系著全礦節能減排工作的順利開展。

下面從其安全性及運行現狀兩方面，對該礦瓦斯機存在的問題進行說明。

首先，瓦斯機安全性存在的問題。瓦斯機汽水分離器中水位調節，采用人工調節方式，穩定性和安全性都難以保證，一旦水位過低可能造成瓦斯泄露，可能造成人身危險；水位過高可能造成變頻裝置保護動作，瓦斯機停機，如司機不能及時發現，很可能造成井下瓦斯超限，威脅井下作業人員人身安全。瓦斯機的冷卻水循環系統溫度監測為人工監測，水溫過高不及時發現可能使設備損壞。

其次，瓦斯機經濟運行的問題。瓦斯機汽水分離器中水位與泵體中水位相同，如負壓不變情況下，水位超過規定水位上限長時間運行，不僅會向外輸送帶水過多的瓦斯氣體，而且電動機負載加大，會增加瓦斯機電能消耗。瓦斯機水溫正常或低于規定值時，人工觀察不及時，繼續向系統內加冷卻水，向外排出循環系統內的水，勢必會造成水資源的浪費。我們可以在現有的設備基礎上，利用現代電控技術完成對瓦斯機的自動化控制，從而解決瓦斯機運行的安全性和經濟性問題。

1.瓦斯機水循環系統自動化管路閥門改造設計及電控系統設計

1.1現有瓦斯機水循環系統的工作原理

正常情況下，按下就地啟動按鈕，瓦斯泵啟動運行，將工作水供給閘閥打開，向泵內注入來自水箱的水，當在水環真空泵泵體內液體達到要求，即可通過連接井下瓦斯管路將井下瓦斯抽入到水環真空泵內，將水和瓦斯通過泵氣連接管路送到氣水分離器中，水通過工作水控制閘閥排到水池中，再由小水泵通過水箱上水閘閥打入水箱中，從而完成工作水循環（即瓦斯機水循環）。氣體則通過排氣管路輸送到張莊住宅瓦斯大罐中。運行過程中，當氣水分離器中水位達到要求后，人為通過觀看玻璃管水位計上的水位顯示，掌握泵內水位高度，將其水位控制在水位計上高、低水位標記中間，是通過調整作水控制閘閥，人為將水位控制在規定范圍內。但是在此時人為如果看不住水位，就會出現前面所講問題。

停泵操作時，按下停止按鈕，瓦斯泵停止運行，將工作水供給閘閥關閉，將小水泵停止，將工作水控制閘閥和水箱上水閘閥關閉。

瓦斯機水溫控制方式，瓦斯機正常運行時，水溫不超過規定值（40℃），自來水進水閘閥和外排閘閥均處于關閉狀態，當水溫超過規定值（40℃）時，關閉水箱上水閘閥，將自來水進水閘閥和外排閘閥全部打開，就實現了高溫水外排，冷卻水補水的目的。

1.2設計改造后瓦斯機水循環自動控制系統的工作原理

正常情況下，按下就地啟動按鈕，瓦斯泵啟動運行，啟動信號傳給PLC，PLC按照程序設定自動將供給電磁閥打開，向泵內注入來至水箱的水，當在水環真空泵泵體內液體達到要求，即可通過連接井下瓦斯管路將井下瓦斯抽入到水環真空泵內，將水和瓦斯通過泵氣連接管路送到氣水分離器中，通過磁翻柱液位計開始監測氣水分離器中的水位，當水位達到自動控制系統的設定值時，系統自動打開控制電動蝶閥將水排到水池中，系統自動控制小水泵開啟，上水電動閥打開，排水電動閥關閉，小水泵將水從上水電動閥打入水箱2中，從而完成工作水循環（即瓦斯機水循環）。氣體則通過排氣管路輸送到張莊住宅瓦斯大罐中。運行過程中，當氣水分離器中水位達到要求后，自動控制系統通過磁翻柱液位計監測水位變化，并將其轉換成電信號傳入PLC，PLC則根據內部程序及時調整控制電動蝶閥的開度即調整排水量，使水位始終保持在設定范圍內，此時的控制準確程度、可靠程度大大的超過人工操作。從而提高安全性，保證能耗處于最低狀態。

停泵操作時，按下停止按鈕，瓦斯泵停止運行，停止信號傳給PLC，PLC按照程序設定自動將供給電磁閥關閉，將小水泵停止，將控制電動蝶閥和上水電動閥關閉。

瓦斯機水溫自動控制方式，瓦斯機正常運行時，水溫不超過規定值（40℃），W1出水溫度傳感器將溫度信號傳到PLC內部，PLC按照設定程序將自來水進水電動閥和排水電動閥均關閉，當水溫超過規定值（40℃）時，出水溫度傳感器將溫度信號傳到PLC內部，PLC按照設定程序關閉上水電動閥，將自來水進水電動閥和排水電動閥全部打開，就實現了高溫水外排，冷卻水補水的目的。當系統溫度低于設定溫度時，出水溫度傳感器將溫度信號傳到PLC內部，PLC控制相關電磁閥，使系統結束補水工作，回到正常工作狀態。

1.3瓦斯機水循環自動控制系統電氣設計

1.3.1瓦斯機水循環系統電控設計要求

因瓦斯機屬于有易燃易爆瓦斯的存在，按照相關規定。按照井下管理。其采用設備必具有防爆功能。所以設計難度有所增加。再有設計中要求，其與原有手動控制系統同時存在，在其出問題后要做到不能影響手動系統的使用。工作時要求有現場控制臺通過人機界面能夠進行操作，并能將其控制系統以通訊形式傳到調度室或者集中控制機房，實現遠程操作。必須應用先進的PLC控制技術，通過優化設計使整個系統工作安全可靠。

1.3.2 瓦斯機水循環自動化系統硬件結構圖的建立

瓦斯機水循環自動化系統硬件結構圖，如圖1所示，主要控制系統由傳感器實現信號的采集，由現場操作臺控制屏及遠程集中控制實現系統的操作，全部信號進入PLC控制系統，再由PLC按照程序指令，控制執行電器，即各個閥門電動機及控制閥。達到自動控制的目地。

2.瓦斯機水循環系統自動化改造后的前景展望

瓦斯機水循環系統自動控制，所用器件必須符合防爆的要求，由于要求安全性非常高，所以現在還沒有比較成型的成套產品，經過反復論證比較，如果該系統能夠成功應用于現場，在提高安全性的同時，還能使瓦斯機用水量進一步降低，保守估計可以節約10%的水量，去除設備的初期投資，兩年即可收回成本，產生較好的經濟效益，對于企業總體的節能工作提供了強有力的技術支持。如在全公司推廣使用，安全效益及經濟效益更會大大的增加。 [科]

【參考文獻】

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