1、問題的提出
    鄭煤集團(tuán)大平煤礦是一座年產(chǎn)能力為90萬t/a的中型礦井，井下清水泵房采用3臺(tái)揚(yáng)程高度為320 m的D46×9型水泵，由電磁真空器啟動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)“減人增效”以及“削峰填谷”排水節(jié)電的目標(biāo)，需要設(shè)計(jì)一套既能全自動(dòng)控制又能手動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)無人監(jiān)護(hù)的自動(dòng)報(bào)警裝置。
  (1)清水泵房主要技術(shù)參數(shù)
  清水泵房位置水平/m  ±0
  揚(yáng)程高度/m    320
  引水管管徑/mmDN20
  水倉數(shù)／個(gè)    l
  啟動(dòng)方式    電磁真空啟動(dòng)
  電壓/V 660
  出水管管徑／衄    DNIOO
  吸水管管徑/mm    DNIOO
    (2)清水泵房自動(dòng)控制技術(shù)目標(biāo)
    控制目標(biāo)：全自動(dòng)控制和手動(dòng)檢修控制相結(jié)合的方式。
    運(yùn)行模式：用電高峰、尖峰時(shí)1臺(tái)水泵運(yùn)行，用電平谷低谷時(shí)2臺(tái)水泵運(yùn)行；高水位時(shí)開泵，低水泵時(shí)停泵。
    相關(guān)參數(shù)有：當(dāng)前水位、單機(jī)運(yùn)行水位、雙機(jī)運(yùn)行水位、報(bào)警或設(shè)備故障信號(hào)。
2、技術(shù)方案
    (1)方案一。將FX2N-32MR、FX4AP模塊、FX2N-16EX輸入擴(kuò)展模塊，S-100-24穩(wěn)壓電源模塊、24 V微型繼電器等元件組成自動(dòng)排水控制器，并將此控制器裝入BJJD-127 V型隔爆控制箱內(nèi)，以同時(shí)控制3臺(tái)水泵的自動(dòng)開停、監(jiān)測(cè)監(jiān)控、報(bào)警、故障保護(hù)等，采用該方案完全可以實(shí)現(xiàn)無人看守和現(xiàn)場保護(hù)，水泵送水安全可靠。但要求維護(hù)人員具有較高的技能水平，且安裝一套自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)需要20萬元材料費(fèi)，而且增加了一定的功能維護(hù)費(fèi)用。
    (2)方案二。采用KJD18型帶式輸送機(jī)綜合保護(hù)裝置，隔爆兼本安結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊。集控的各臺(tái)均可顯示在系統(tǒng)中的位置，每一臺(tái)均可反映出系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。報(bào)警和聯(lián)絡(luò)功能有光有聲，既有警笛聲響，又有語言報(bào)警。使用無源傳感器，輸出開關(guān)信號(hào)可以方便安裝調(diào)試。任一傳感器出現(xiàn)故障或不接入均不影響其它功能。該機(jī)還具有速度保護(hù)、堆煤保護(hù)、跑偏保護(hù)、急停撕裂延時(shí)l s停車、溫度保護(hù)和煙霧保護(hù)等。各種保護(hù)均有故障種類指示，有聲光報(bào)警。保護(hù)裝置智能化程度高、性能穩(wěn)定、動(dòng)作可靠、故障顯示直觀，使用方便。但由于泵房陰冷潮濕，檢測(cè)電極易受潮，腐蝕，容易造成水位報(bào)警失效。
    通過對(duì)上述兩個(gè)方案進(jìn)行綜合論證比較，由于KJD18型帶式輸送機(jī)綜合保護(hù)裝置的堆煤保護(hù)、速度保護(hù)、溫度保護(hù)與水泵自動(dòng)控制的低水位保護(hù)、流量保護(hù)、超溫保護(hù)相似，將兩者配套使用，可以避免水倉漫水和水泵空轉(zhuǎn)現(xiàn)象，保證了水泵的合理運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)水泵的自動(dòng)控制，故決定采用投資小、性能較穩(wěn)定、便于操作維護(hù)的第二方案。
3、KJD18型帶式輸送機(jī)綜合保護(hù)裝置的主要功能
    堆煤保護(hù)具有煤電極式和煤位開關(guān)兩種，煤電阻整定值在1 ~3 Mfl，煤位動(dòng)作時(shí)延時(shí)1.5 s停車。速度保護(hù)具有反時(shí)限特性，完全斷帶時(shí)2s停車，低速保護(hù)值出廠時(shí)調(diào)整在3 s/f。溫度保護(hù)用于檢測(cè)輸送帶至滾筒或其他點(diǎn)的溫度，設(shè)于傳感器內(nèi)可供選擇的。保護(hù)動(dòng)作值有35℃、40℃、60℃三檔。
    煤位傳感器用于檢測(cè)煤倉或機(jī)頭煤位高度，采用煤電極式，即將堆煤接點(diǎn)引出的電纜裸露于要檢測(cè)的位置，當(dāng)堆煤達(dá)到一定高度，使煤電極與大地之間的煤電阻達(dá)到1～3 Mn時(shí)主機(jī)動(dòng)作。速度傳感器安裝在從動(dòng)滾筒上，其轉(zhuǎn)速可以反映輸送帶的運(yùn)行速度，采用磁切割原理，將從動(dòng)滾筒的轉(zhuǎn)速變換成開關(guān)信號(hào)送給主機(jī)。
    溫度傳感器采用集成感溫探頭，在正常情況下紅燈亮，動(dòng)車時(shí)燈滅，同時(shí)將輸出的高電平變?yōu)榈碗娖叫盘?hào)傳送給主機(jī)，使其動(dòng)作。使用時(shí)距被測(cè)點(diǎn)位置≤100 mm。
4、自動(dòng)控制過程
    圖1為水位顯示的工作方式。
    將浮筒l放置于水中，用鋼絲繩懸掛，鋼絲繩繞過定滑輪B，定滑輪A和動(dòng)滑輪后，分別固定在固定梁上；配重塊的鋼絲繩上端固定在定滑輪上，下端與配重塊連接。標(biāo)尺指針連接于動(dòng)滑輪上，可以隨動(dòng)滑輪在標(biāo)尺架上移動(dòng)，當(dāng)水位變化時(shí)，浮筒在水的浮力作用下向上移動(dòng)時(shí)動(dòng)滑輪9向下移動(dòng)，帶動(dòng)標(biāo)尺移動(dòng)，即可指示水位的變化方向和高度。
    標(biāo)尺涂刷成白色，刻度值貼上紅色反光膜，顯示十分醒目，方便司泵工準(zhǔn)確觀察水位。
    水位報(bào)警裝置是由KJD18型帶式輸送機(jī)綜合保護(hù)裝置的堆煤保護(hù)、速度保護(hù)、溫度保護(hù)、控制電路和電源等組成。把KJD18帶式輸送機(jī)綜合保護(hù)裝置的速度傳感器，改為液體流量傳感器。因水渦輪的轉(zhuǎn)速與水流量成正比，水渦輪轉(zhuǎn)速可以反映水流量的大小，采用磁切割原理，將水渦輪的轉(zhuǎn)速變換成開關(guān)信號(hào)送給主機(jī)，若主機(jī)2s內(nèi)收不到磁開關(guān)信號(hào)，主機(jī)將判斷為水泵沒有流量或流量不夠，輸送機(jī)綜合保護(hù)裝置即動(dòng)作，真空磁力開關(guān)跳閘，可避免出現(xiàn)水泵故障現(xiàn)象；高煤位保護(hù)輸入端接在水倉低水位保護(hù)輸入端，該保護(hù)由浮筒、滑輪組、配重、及連接浮筒與配重的繩索和磁塊、磁接近開關(guān)等組成。保護(hù)輸入端串入一只阻值為2.5 Mfl的電阻，以免造成輸入電流大燒壞輸入端；把電極改成磁接近開關(guān)是因?yàn)樗畟}濕度大引起電極對(duì)地電阻減小，使保護(hù)該動(dòng)作，控制電路如圖2所示，由VT1、VI2和繼電器J等組成。當(dāng)水倉水位達(dá)到上限時(shí)，電極A、B被水淹沒，VTI導(dǎo)通，繼電器J，帶電動(dòng)作，其常開觸點(diǎn)JJ-1閉合，繼電器Jz動(dòng)作，其常開觸點(diǎn)J2-2閉合，報(bào)警回路開通，電鈴報(bào)警；當(dāng)水位達(dá)到下限時(shí)，電極B、C被水淹沒而開路，同理，電鈴報(bào)警，如此周而復(fù)始，實(shí)現(xiàn)水位的控制。
5、使用效果
    實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制后，按每人每年費(fèi)用為2.4萬元計(jì)算，僅人工費(fèi)年節(jié)約就達(dá)7.2萬元。使用自動(dòng)報(bào)警裝置后保證了水泵及時(shí)開停，避免了水倉滿水事故和水泵空轉(zhuǎn)現(xiàn)象，延長了水泵的使用壽命；可以實(shí)現(xiàn)無人看守和現(xiàn)場監(jiān)護(hù)，水泵送水更安全可靠，減少了不安全隱患，實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)。
    該保護(hù)裝置性能穩(wěn)定、動(dòng)作可靠、運(yùn)行狀況良好、故障顯示直觀、操作簡單方便，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。