单位文秘网 2021-10-27 08:24:17 点击: 次
摘要:分析了煤矿井下瓦斯抽放管道积水的危害以及当前普遍使用的机械式自动放水器的缺陷,设计了一种基于时间的具有控制核心和通信接口的自动放水装置,放水参数可由用户设定,通过通信接口放水器可连接到井下控制网络,以实现控制中心对放水器的远控监控。
关键词:瓦斯抽放;自动放水;数据通信;远程监控;定时
中图分类号:TP311 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2014)35-8563-02
煤矿井下瓦斯抽放管道是保证煤矿安全生产的必要设备[1],抽风机通过瓦斯抽放管道将煤岩中的瓦斯抽到地面,以防止井下瓦斯局部积聚和瓦斯突出。管道内存水是瓦斯抽放的一个附属问题,在抽出瓦斯的同时,煤层中一部分水也被抽出,积聚在管道的低洼处,长时间积累会严重影响瓦斯抽放效果[2]。为了解决这一问题,煤矿井下在瓦斯抽放管道上装有多个放水器,放水器可以将积聚在管道内的水放出[3]。
放水器分为两种:手动放水器和自动放水器,手动放水器需要工人定期手动操作放水,自动放水器无需人工干预,可以自行将瓦斯抽放管道内的水放出,当前煤矿使用的自动放水器多为机械式放水器,放水器内装有水位开关,当放水器内聚集的水到达一定量时,水位开关动作,通过机械驱动打开阀门将水放出。机械式自动放水器大大减小了工人的劳动强度,提高了放水效率。由于放水器数量多,且布局分散,使用机械式自动放水器,煤矿管理部门难以掌握每个放水器的工作情况和运行时间,不利于放水器的集中监控。
本文设计了一种基于时间的具有控制核心和通信接口的自动放水装置,放水参数可由用户设定,并且所有放水器都可以与监控中心联网,实现远程监视和控制。操作员坐在地面集控中心就可以掌握每个放水器的运行情况,在紧急情况下可以实现对每个放水器的打开关闭操作。
1 装置组成
如图1,自动放水装置由储水箱、进水球阀、出水球阀、泄压电磁阀和控制箱组成,图中控制箱到进水球阀、出水球阀和泄压电磁阀的虚线表示控制电缆。自动放水装置的工作分为集水和放水两种状态。在装置安装到位开始工作前,进水球阀、出水球阀和泄压电磁阀均处于关闭状态,控制箱首先控制进水球阀打开,此时如果瓦斯抽发管道中有积水,水就会通过进水球阀流入储水箱,装置进入集水状态。进水球阀打开到位后,控制箱开始定时,定时时间可以由用户根据特定区域管道中的水量进行设备,定时时间结束后,控制箱控制进水球阀关闭,然后开始放水的过程。进水球阀关闭前,储水箱中的气压与瓦斯抽放管道的气压是一致的,即负压,进水球阀关闭后,储水箱中仍然保持负压,如果只打开出水球阀,储水箱中的水在外部大气压的作用下是无法流出的,因此,应先打开泄压电磁阀,使储水箱中的气压与外部大气压相同,然后打开出水球阀,这样储水箱中的水就会在重力的作用下通过出水球阀流出。出水球阀打开到位后,控制箱再次定时,定时时间根据储水箱的容积设定,定时的时间应保证储水箱中的水能全部流出。定时时间结束后,控制箱控制出水球阀和泄压电磁阀关闭,然后进水球阀打开,再次进入集水状态。自动放水装置不断重复集水和放水的过程,实现瓦斯抽发管道中的水定时放出。
2 主要功能
控制箱是自动放水装置的控制核心,装置的主要功能都由控制箱实现。
2.1 工作方式
自动放水装置有三种工作方式:自动、手动和检修,用控制箱右侧的转换开关进行选择。控制箱面板上有4个按钮和1个4位数码管。数码管可以显示定时时间和控制箱的工作状态,按钮方便用户实现各种操作。
1) 在自动方式下,控制箱根据设定的集水时间和放水时间自动切换集水、放水状态。当由其他工作方式转换到自动方式时,程序会先自动进行一次放水,然后再根据设定的集水时间和放水时间自动切换集水、放水状态。观察窗以倒计时方式显示集水或放水的剩余时间,第一位数码管的小数点亮表示当前处于放水状态,第二位数码管的小数点亮表示当前处于集水状态。按一下4号按钮,还可以显示当前时钟时间,再按一下4号按钮则返回倒计时显示状态。
2) 在手动方式下,利用面板上1号和2号按钮分别控制放水和集水,按一下1号按钮,停止集水,开始放水,按一下2号按钮,停止放水,开始集水。当由其他工作方式转换到手动方式时,程序首先进入集水状态,然后再根据按钮的状态判断进行集水还是放水。观察窗显示当前时钟时间,作为操作员进行操作的时间参考,第一位数码管的小数点亮表示当前处于放水状态,第二位数码管的小数点亮表示当前处于集水状态。
3) 在检修方式下,面板上4个按钮分别代表放水启动,放水停止,集水启动和集水停止,观察窗显示当前时钟时间,第一位数码管的小数点亮表示出水球阀开到位,第二位数码管的小数点亮表示出水球阀关到位,第三位数码管的小数点亮表示进水球阀开到位,第四位数码管的小数点亮表示进水球阀关到位。
2.2 时间设定模式
分别长按1号、2号、3号按钮5秒以上,可以分别进入自动放水时间、自动集水时间和时钟时间的设定模式,可以根据数码管中间两个点的闪烁情况来判断是否进入了设定模式,在非设定模式下,两个点以1秒为时间间隔闪烁,当两个点处于常亮状态,则进入了设定模式可以松开按钮了。
1) 长按1号按钮5秒以上,进入自动放水时间设定模式。在此模式下,按一下1号按钮小时加1,按一下2号按钮小时减1,按一下3号按钮分钟加1,按一下4号按钮分钟减1,15秒4个按钮都无操作则退出设定模式。
2) 长按2号按钮5秒以上,进入自动集水时间设定模式。在此模式下,按一下1号按钮小时加1,按一下2号按钮小时减1,按一下3号按钮分钟加1,按一下4号按钮分钟减1,15秒4个按钮都无操作则退出设定模式。
3) 长按3号按钮5秒以上,进入时钟时间设定模式。在此模式下,按一下1号按钮小时加1,按一下2号按钮小时减1,按一下3号按钮分钟加1,按一下4号按钮分钟减1,15秒4个按钮都无操作则退出设定模式。
2.3 数据通信
控制箱具有CAN总线接口,可以与控制中心实现数据互联,将本装置的运行参数实时传到控制中心,也可接收来自控制中心的操作命令。如果控制中心距离不远,可以通过CAN总线直接实现通信,如果距离较远或者控制中心在地面,则可通过协议转换网关将CAN总线信号接入矿井以太环网实现数据通信。
3 技术方案
控制箱是装置的控制核心,是决定装置性能的关键部分。电动球阀和电磁阀工作原理简单,装置的技术方案主要是指控制箱的设计方案。
3.1 控制电路设计方案
控制芯片选用PIC单片机,计时选用专用定时芯片,观察窗指示板由4位数码管和5个发光二极管组成。电路原理框图如图2。
输出端子控制电动球阀和电磁阀的打开和关闭,并将状态信号(打开或关闭)接入输入端子。单片机读取定时芯片中的数据,以此作为定时基准,来控制输出口何时输出,并根据输入口的状态判断何时撤销输出。单片机将当前要显示的时间和状态信息传给观察窗指示板进行显示。
3.2 软件流程设计
控制箱的软件从功能上可以分为控制和计时显示两个主要部分,其中控制程序是核心。控制程序的流程图如图3,初始化完成后,程序首先判断当前的工作方式,根据工作方式的不同执行相应的功能函数,功能函数执行完毕后,再次判断控制箱的工作方式是否发生变化,如果没有发生变化,则再次执行本工作方式的功能函数,如果发生变化,则判断当前的工作方式以执行相应的功能函数。
4 结束语
煤矿井下瓦斯抽放管道内的积水会严重影响瓦斯抽放效果,必须及时排出,该文设计的基于时间的具有控制核心和通信接口的自动放水装置,不但可以完成普通机械式自动放水器的所有功能,还能实现控制中心对自动放水器的远程监控,在一定程度推动了煤矿井下电控设备的一体化管理。此种放水器已在煤矿井下实际应用,运行稳定,效果良好。
参考文献:
[1] 官平刚,黄大永.煤矿瓦斯抽放系统全自动放水器的改进[J].矿业安全与环保,2004,31(增刊):11-12.
[2] 沈必君. ZFS自动放水器的研制及其应用[J].矿业安全与环保,2001,28(3):21-22.
[3] 余天明.自动放水器在瓦斯抽放系统中的应用与改造[J].煤矿现代化,2010(1):72-73.
[4] 李国雄,孙德宁,王洪存,等.瓦斯抽放管路系统的设计及其设备的配套选型[J].工矿自动化,2012,38(2):78-81.
(责任编辑:单位文秘网) )地址:https://www.kgf8887.com/show-149-97266-1.html
版权声明:
本站由单位文秘网原创策划制作,欢迎订阅或转载,但请注明出处。违者必究。单位文秘网独家运营 版权所有 未经许可不得转载使用