CN217999646U - 瓦斯抽采泵自动切换的控制系统 - Google Patents

Abstract

一种瓦斯抽采泵自动切换的控制系统，包括PLC控制柜以及水环真空泵Ⅰ、水环真空泵Ⅱ及其连接管路，本实用新型在设定的时间范围内，PLC控制柜采集电磁流量计、负压表以及瓦斯参数测定仪的数据信号，通过对备用进排气电动阀和进排液电动阀的开合调节，可自动对水环真空泵Ⅰ、水环真空泵Ⅱ进行切换，并使备用水环真空泵抽采瓦斯快速达到稳定状态，同时对上一个周期运行的瓦斯抽采水环真空泵的进排气电动阀和进排液电动阀进行关闭和维护。本实用新型从水环真空泵的进排气电动阀和进排液电动阀开合调节出发，实现两个水环真空泵的自动化切换，实时掌握运行设备状态和现场数据的检测，提高井下工作的安全性，减少劳动力劳动强度。

Description

瓦斯抽采泵自动切换的控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种瓦斯抽采泵控制系统，具体是一种瓦斯抽采泵自动切换的控制系统，属于煤矿瓦斯抽采技术领域。

背景技术

瓦斯抽采泵站就是把煤层、岩层以及采空区中的可燃气（主要是瓦斯）抽出或排出时采用的专用设备。在地面建立瓦斯泵站，经井下抽放瓦斯管道系统与抽放钻孔连接，瓦斯抽采泵运转时造成负压，将井下瓦斯气体通过管道抽至地面排放或者送往瓦斯发电厂进行瓦斯利用。如抽出瓦斯数量较小，或很不稳定，可直接排放到大气中。

然而目前该技术存在一个主要问题，为保证瓦斯抽采泵的稳定运行，减少瓦斯抽采泵的损耗，需要对泵站瓦斯抽采泵定期维护和清理，通常泵站至少设有主备用两套瓦斯抽采泵，而现有瓦斯抽采泵的切换方式效率不高，不仅不能稳定切换瓦斯抽采泵，同时增加了劳动力和劳动强度，而且瓦斯抽采泵在切换后的抽采参数和抽采泵参数不能够快速达到抽采工况的要求，安全隐患较大。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种瓦斯抽采泵自动切换的控制系统，能够自动切换瓦斯抽采泵，使之快速达到抽采工况要求，同时关闭上一个周期的抽采泵，完成自动切换，实时掌握运行设备状态和现场数据的检测，提高井下工作的安全性，减少劳动力劳动强度，提高矿井瓦斯抽采自动化水平。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种瓦斯抽采泵自动切换的控制系统，包括与进气电动总阀连接的瓦斯参数测定仪，瓦斯参数测定仪的输出端分别连接进气电动阀Ⅰ、进气电动阀Ⅱ的进气口端；

进气电动阀Ⅰ的出气口端与水环真空泵Ⅰ的进气口连接，电动机Ⅰ的输出端与水环真空泵Ⅰ的输入端连接，水环真空泵Ⅰ的出气口与气液分离器Ⅰ的进气口连接，气液分离器Ⅰ的出气口与排气电动阀Ⅰ的一端连接；

进气电动阀Ⅱ的出气口端与水环真空泵Ⅱ的进气口连接，电动机Ⅱ的输出端与水环真空泵Ⅱ的输入端连接，水环真空泵Ⅱ的出气口与气液分离器Ⅱ的进气口连接，气液分离器Ⅱ的出气口与排气电动阀Ⅱ的一端连接；

排气电动阀Ⅰ的另一端和排气电动阀Ⅱ的另一端通过三通管路共同连接，连接后的管路分别与排气电磁总阀、瓦斯电厂连接，排气电磁总阀用来控制瓦斯排空；

供液泵的进液口与冷却水池连接，供液泵出液口通过管路分别与水环真空泵Ⅰ、水环真空泵Ⅱ的进液口连通，在供液泵与水环真空泵Ⅰ连通的管路上依次装有负压表Ⅰ、进液电磁流量计Ⅰ、进液电动阀Ⅰ，在供液泵与水环真空泵Ⅱ连通的管路上依次装有负压表Ⅱ、进液电磁流量计Ⅱ、进液电动阀Ⅱ；

气液分离器Ⅰ的出液口通过管路连通至冷却水池，在气液分离器Ⅰ与冷却水池连通的管路上依次装有排液电动阀Ⅰ、排液电磁流量计Ⅰ；气液分离器Ⅱ的出液口通过管路连通至冷却水池，在气液分离器Ⅱ与冷却水池连通的管路上依次装有排液电动阀Ⅱ、排液电磁流量计Ⅱ；

还包括由PLC控制处理器和信号处理模块组成的PLC控制柜，信号处理模块用于将传感器输出的模拟量信号转换为数字量信号，PLC控制处理器用于对设备运行系统进行控制，瓦斯参数测定仪、负压表Ⅰ、负压表Ⅱ、进液电磁流量计Ⅰ、进液电磁流量计Ⅱ、排液电磁流量计Ⅰ、排液电磁流量计Ⅱ均与PLC控制柜连接，经过信号处理器将所采集到的数据包含瓦斯泵参数和抽采参数反馈到PLC控制柜中；

进气电动总阀、排气电磁总阀、进气电动阀Ⅰ、进气电动阀Ⅱ、排气电动阀Ⅰ、排气电动阀Ⅱ、进液电动阀Ⅰ、进液电动阀Ⅱ、排液电动阀Ⅰ、排液电动阀Ⅱ与PLC控制柜连接，由PLC控制处理器控制所有电动阀的开合。

与现有技术相比，本实用新型利用PLC控制柜来显示进液电磁流量计Ⅰ、进液电磁流量计Ⅱ、排液电磁流量计Ⅰ、排液电磁流量计Ⅱ、负压表Ⅰ、负压表Ⅱ、瓦斯参数测定仪检测的各项数据，并在PLC控制柜界面实时显示，然后通过PLC控制柜控制进气电动总阀、排气电磁总阀、进气电动阀Ⅰ、进气电动阀Ⅱ、排气电动阀Ⅰ、排气电动阀Ⅱ、进液电动阀Ⅰ、进液电动阀Ⅱ、排液电动阀Ⅰ、排液电动阀Ⅱ的开合角度，对瓦斯抽采水环真空泵Ⅰ和水环真空泵Ⅱ进行切换控制，同时使负压表Ⅰ、负压表Ⅱ的负压、进液流量等参数快速达到抽采工况要求，并将实时数据传送至PLC控制柜；完成切换，实现了瓦斯抽采水环真空泵Ⅰ和水环真空泵Ⅱ的快速自动化切换，保证井下工作面安全，延长瓦斯水环真空泵Ⅰ和水环真空泵Ⅱ的使用寿命，减少人工工作量，大幅度提高井下瓦斯抽采的效率，操作简单，数据可靠。

附图说明

图1是本实用新型的工作原理框图（图中省略了PLC控制柜以及其连接线路）；

图2是本实用新型的控制流程示意图。

图中：1、进气电动总阀，2、瓦斯参数测定仪，3、进气电动阀Ⅰ，4、进气电动阀Ⅱ，5、电动机Ⅰ，6、电动机Ⅱ，7、负压表Ⅰ，8、负压表Ⅱ，9、进液电磁流量计Ⅰ，10、进液电磁流量计Ⅱ，11、进液电动阀Ⅰ，12、进液电动阀Ⅱ，13、水环真空泵Ⅰ，14、水环真空泵Ⅱ，15、气液分离器Ⅰ，16、气液分离器Ⅱ，17、排气电动阀Ⅰ，18、排液电动阀Ⅰ，19、排气电动阀Ⅱ，20、排液电动阀Ⅱ，21、排气电磁总阀，22、排液电磁流量计Ⅰ，23、排液电磁流量计Ⅱ，24、供液泵，25、瓦斯电厂，26、冷却水池。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，一种瓦斯抽采泵自动切换的控制系统，包括与进气电动总阀1连接的瓦斯参数测定仪2，瓦斯参数测定仪2的输出端分别连接进气电动阀Ⅰ3、进气电动阀Ⅱ4的进气口端；

进气电动阀Ⅰ3的出气口端与水环真空泵Ⅰ13的进气口连接，电动机Ⅰ5的输出端与水环真空泵Ⅰ13的输入端连接，水环真空泵Ⅰ13的出气口与气液分离器Ⅰ15的进气口连接，气液分离器Ⅰ15的出气口与排气电动阀Ⅰ17的一端连接；

进气电动阀Ⅱ4的出气口端与水环真空泵Ⅱ14的进气口连接，电动机Ⅱ6的输出端与水环真空泵Ⅱ14的输入端连接，水环真空泵Ⅱ14的出气口与气液分离器Ⅱ16的进气口连接，气液分离器Ⅱ16的出气口与排气电动阀Ⅱ19的一端连接；进气电动阀Ⅰ3、进气电动阀Ⅱ4用于调节水环真空泵Ⅰ13、水环真空泵Ⅱ14的抽采负压。

排气电动阀Ⅰ17的另一端和排气电动阀Ⅱ19的另一端通过三通管路共同连接，连接后的管路分别与排气电磁总阀21、瓦斯电厂25连接，排气电磁总阀21用来控制瓦斯排空，排气电磁总阀21、排气电动阀Ⅰ17、排气电动阀Ⅱ19用于调节排放的瓦斯。

供液泵24的进液口与冷却水池26连接，供液泵24出液口通过管路分别与水环真空泵Ⅰ13、水环真空泵Ⅱ14的进液口连通，在供液泵24与水环真空泵Ⅰ13连通的管路上依次装有负压表Ⅰ7、进液电磁流量计Ⅰ9、进液电动阀Ⅰ11，在供液泵24与水环真空泵Ⅱ14连通的管路上依次装有负压表Ⅱ8、进液电磁流量计Ⅱ10、进液电动阀Ⅱ12；

气液分离器Ⅰ15的出液口通过管路连通至冷却水池26，在气液分离器Ⅰ15与冷却水池26连通的管路上依次装有排液电动阀Ⅰ18、排液电磁流量计Ⅰ22；气液分离器Ⅱ16的出液口通过管路连通至冷却水池26，在气液分离器Ⅱ16与冷却水池26连通的管路上依次装有排液电动阀Ⅱ20、排液电磁流量计Ⅱ23；

还包括由PLC控制处理器和信号处理模块组成的PLC控制柜，信号处理模块用于将进液电磁流量计Ⅰ9、进液电磁流量计Ⅱ10、排液电磁流量计Ⅰ22、排液电磁流量计Ⅱ23输出的模拟量信号转换为数字量信号，PLC控制处理器用于对设备运行系统进行控制（信号处理模块以及PLC控制处理器都是现有成熟技术），瓦斯参数测定仪2、负压表Ⅰ7、负压表Ⅱ8、进液电磁流量计Ⅰ9、进液电磁流量计Ⅱ10、排液电磁流量计Ⅰ22、排液电磁流量计Ⅱ23均与PLC控制柜连接，经过信号处理器将所采集到的数据包含瓦斯泵参数和抽采参数反馈到PLC控制柜中；

进气电动总阀1、排气电磁总阀21、进气电动阀Ⅰ3、进气电动阀Ⅱ4、排气电动阀Ⅰ17、排气电动阀Ⅱ19、进液电动阀Ⅰ11、进液电动阀Ⅱ12、排液电动阀Ⅰ18、排液电动阀Ⅱ20与PLC控制柜连接，由PLC控制处理器控制所有电动阀的开合。

PLC控制柜以上一个运行周期的瓦斯抽采水环真空泵的进排液量、负压、瓦斯抽采量作为给定量（比如以水环真空泵Ⅰ13对应的进液电动阀Ⅰ11、排液电动阀Ⅰ18、负压表Ⅰ7、进气电动阀Ⅰ3、排气电动阀Ⅰ17作为定给量），分别对下一个周期的瓦斯抽采水环真空泵Ⅱ14的进气电动阀Ⅱ4、排气电动阀Ⅱ19调节开合；对进液电动阀Ⅱ12、排液电动阀Ⅱ20进行自动开合调节；使得下一个周期的瓦斯抽采水环真空泵Ⅱ14的进排液量、负压、瓦斯抽采量与给定量一致。

因为随着井下工作工况相差较大，本实用新型涉及到的相关器件针对的型号选型也就不同，所以本实用新型中针对进气电动总阀1、进气电动阀Ⅰ3、进气电动阀Ⅱ4、负压表Ⅰ7、负压表Ⅱ8、进液电磁流量计Ⅰ9、进液电磁流量计Ⅱ10、进液电动阀Ⅰ11、进液电动阀Ⅱ12、排气电动阀Ⅰ17、排液电动阀Ⅰ18、排气电动阀Ⅱ19、排液电动阀Ⅱ20、排气电磁总阀21、排液电磁流量计Ⅰ22、排液电磁流量计Ⅱ23的型号和量程无法具体给出，需要根据具体工况进行选择，但是上述器件都是现有器件，选用哪种型号或者哪种量程的器件都是本领域技术人员的常规操作手段。

如图2所示，给出本实用新型的一种控制方法，包括以下步骤：

①在即将到达设定瓦斯抽采水环泵自动切换的时间时，PLC控制柜记录水环真空泵Ⅰ13的负压表Ⅰ7的示数P₁、进液电磁流量计Ⅰ9的示数Q_1进、瓦斯参数测定仪2的示数M₁以及进液电动阀Ⅰ11和排液电动阀Ⅰ18的开度；

②PLC控制柜开启水环真空泵Ⅱ14，同时开启进液电动阀Ⅱ12，自动调节进液电动阀Ⅱ12的开度，使得进液电磁流量计Ⅱ10的示数Q_2进=Q_1进，从而负压表Ⅱ8的示数P₂=P₁，气液分离器Ⅱ16液位持续上升；

③当气液分离器Ⅱ16的液位上升至H=20mm时，PLC控制柜打开排液电动阀Ⅱ20，同时调节排液电动阀Ⅱ20的开度，使得排液电磁流量计Ⅱ23的示数Q_2排=Q_1进；

④PLC控制柜打开进气电动阀Ⅱ4、排气电动阀Ⅱ19，水环真空泵Ⅱ14开始抽采井下瓦斯，此时Q_2进发生变化，同时负压表Ⅱ8的负压发生变化，系统再次自动调节进液电动阀Ⅱ12的开度，使得进液电磁流量计Ⅱ10的示数Q_2进=Q_1进，负压表Ⅱ8的示数再次逐渐趋向稳定，P₂ =P₁；

⑤当排液电磁流量计Ⅱ23的示数Q_2排=Q_1进，进液电磁流量计Ⅱ10的示数Q_2进=Q_1进时，此时Q_2进=Q_2排，PLC控制柜关闭水环真空泵Ⅰ13、关闭进液电动阀Ⅰ11、关闭进气电动阀Ⅰ3，延迟15min后，PLC控制柜关闭排气电动阀Ⅰ17、关闭排液电动阀Ⅰ18，延迟半小时后，PLC控制柜打开水环真空泵Ⅰ13的排污阀排走泵内剩余溶液；

⑥在设定1-2月时间后，进行程序复位，水环真空泵Ⅱ14与水环真空泵Ⅰ13再次发生自动切换，重复①②③④⑤操作，实现循环。

实施例

① 在即将到达设定瓦斯抽采水环泵自动切换的时间时，设定时间为1个月，PLC控制柜记录水环真空泵Ⅰ13的负压表Ⅰ7的示数P₁为30kPa、进液电磁流量计Ⅰ9的示数Q_1进为15.0m³/h、瓦斯参数测定仪2的示数M₁为200.0m³/min，以及进液电动阀Ⅰ11和排液电动阀Ⅰ18的开度；

② PLC控制柜开启水环真空泵Ⅱ14，同时开启进液电动阀Ⅱ12，自动调节进液电动阀Ⅱ12的开度，使得进液电磁流量计Ⅱ10的示数Q_2进=Q_1进=15.0m³/h，从而负压表Ⅱ8的示数P₂=P₁=30kPa，气液分离器Ⅱ16液位持续上升；

③ 当气液分离器Ⅱ16液位上升至H=20mm时，PLC控制柜打开排液电动阀Ⅱ20，同时调节排液电动阀Ⅱ20的开度，使得排液电磁流量计Ⅱ23的示数Q_2排= Q_1进=15.0m³/h。

④ PLC控制柜打开进气电动阀Ⅱ4、排气电动阀Ⅱ19，水环真空泵Ⅱ14开始抽采井下瓦斯，此时Q_2进发生变化，同时负压表Ⅱ8的负压发生变化，系统再次自动调节进液电动阀Ⅱ12的开度，使得进液电磁流量计Ⅱ10的示数Q_2进=Q_1进=15.0m³/h，负压表Ⅱ8的示数再次逐渐趋向稳定至30kPa；

⑤ 当排液电磁流量计Ⅱ23的示数Q_2排=15.0m³/h，进液电磁流量计Ⅱ10的示数Q_2进=15.0m³/h时，此时Q_2进=Q_2排，PLC控制柜关闭水环真空泵Ⅰ13、关闭进液电动阀Ⅰ11、关闭进气电动阀Ⅰ3，延迟十五分钟后，PLC控制柜关闭排气电动阀Ⅰ17、关闭排液电动阀Ⅰ18，延迟半小时后，PLC控制柜打开水环真空泵Ⅰ13的排污阀排走泵内剩余溶液。

⑥在1个月时间后，进行程序复位，水环真空泵Ⅱ14与水环真空泵Ⅰ13再次发生自动切换，重复①②③④⑤操作，实现循环。

Claims (1)

1.一种瓦斯抽采泵自动切换的控制系统，包括水环真空泵Ⅰ（13）、水环真空泵Ⅱ（14）以及与进气电动总阀（1）连接的瓦斯参数测定仪（2），其特征在于，瓦斯参数测定仪（2）的输出端分别连接进气电动阀Ⅰ（3）、进气电动阀Ⅱ（4）的进气口端；

进气电动阀Ⅰ（3）的出气口端与水环真空泵Ⅰ（13）的进气口连接，电动机Ⅰ（5）的输出端与水环真空泵Ⅰ（13）的输入端连接，水环真空泵Ⅰ（13）的出气口与气液分离器Ⅰ（15）的进气口连接，气液分离器Ⅰ（15）的出气口与排气电动阀Ⅰ（17）的一端连接；

进气电动阀Ⅱ（4）的出气口端与水环真空泵Ⅱ（14）的进气口连接，电动机Ⅱ（6）的输出端与水环真空泵Ⅱ（14）的输入端连接，水环真空泵Ⅱ（14）的出气口与气液分离器Ⅱ（16）的进气口连接，气液分离器Ⅱ（16）的出气口与排气电动阀Ⅱ（19）的一端连接；

排气电动阀Ⅰ（17）的另一端和排气电动阀Ⅱ（19）的另一端通过三通管路共同连接，连接后的管路分别与排气电磁总阀（21）、瓦斯电厂（25）连接，排气电磁总阀（21）用来控制瓦斯排空；

供液泵（24）的进液口与冷却水池（26）连接，供液泵（24）出液口通过管路分别与水环真空泵Ⅰ（13）、水环真空泵Ⅱ（14）的进液口连通，在供液泵（24）与水环真空泵Ⅰ（13）连通的管路上依次装有负压表Ⅰ（7）、进液电磁流量计Ⅰ（9）、进液电动阀Ⅰ（11），在供液泵（24）与水环真空泵Ⅱ（14）连通的管路上依次装有负压表Ⅱ（8）、进液电磁流量计Ⅱ（10）、进液电动阀Ⅱ（12）；

气液分离器Ⅰ（15）的出液口通过管路连通至冷却水池（26），在气液分离器Ⅰ（15）与冷却水池（26）连通的管路上依次装有排液电动阀Ⅰ（18）、排液电磁流量计Ⅰ（22）；气液分离器Ⅱ（16）的出液口通过管路连通至冷却水池（26），在气液分离器Ⅱ（16）与冷却水池（26）连通的管路上依次装有排液电动阀Ⅱ（20）、排液电磁流量计Ⅱ（23）；

还包括由PLC控制处理器和信号处理模块组成的PLC控制柜，瓦斯参数测定仪（2）、负压表Ⅰ（7）、负压表Ⅱ（8）、进液电磁流量计Ⅰ（9）、进液电磁流量计Ⅱ（10）、排液电磁流量计Ⅰ（22）、排液电磁流量计Ⅱ（23）均与PLC控制柜连接，经过信号处理器将所采集到的数据包含瓦斯泵参数和抽采参数反馈到PLC控制柜中；

进气电动总阀（1）、排气电磁总阀（21）、进气电动阀Ⅰ（3）、进气电动阀Ⅱ（4）、排气电动阀Ⅰ（17）、排气电动阀Ⅱ（19）、进液电动阀Ⅰ（11）、进液电动阀Ⅱ（12）、排液电动阀Ⅰ（18）、排液电动阀Ⅱ（20）与PLC控制柜连接，由PLC控制处理器控制所有电动阀的开合。

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