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石家莊信工久遠自動化工程有限公司
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地面注漿堵水站控制系統 一、概述 為加強煤礦的防 治水工作，防止和減少水害事故，保障煤礦職工生命安 全，根據《安 全生產...
地面注漿堵水站控制系統
一、概述
為加強煤礦的防 治水工作，防止和減少水害事故，保障煤礦職工生命安 全，根據《安 全生產法》、《礦山安 全法》、《關于預防煤礦生產安 全事故的特別規定》等法律、行政法規。國家令第28號《煤礦防 治水規定》，已經2009年8月17日國家局長辦公會議審議通過，并于2009年12月1日起施行。可見國家對注漿堵水的高度重視。
據專家分析，目前隨著煤炭開采層次“向下"發展，開采深 度逐漸加大，深藏地下的“奧灰水"突水幾率也在增加。而相關的科研體系，越來越顯得跟不上形勢的需要。相關業內人士表示，目前奧陶紀灰巖層在全國的分布，學術界掌握得還不太全 面。一些地方的煤礦沒有發生過“奧灰水"災害，不等于說沒有此種隱患，特別是已經開采到16號煤層的煤礦，一定要提高警惕。我國急需建立針對不同地質條件的礦山“奧灰水"防 治科研體系，使今后防 治“奧灰水"災害不再“懊悔"。
二、產品背景
我公司在2008年與中煤科工集團西安研究院聯合研發的堵水灌漿自動控制記錄系統（GS300-2型），已于2009年底在山西壽陽段王煤礦投入運行，使用效果良好。陜西澄合礦業有限公司董家河煤礦地面?注漿站工程項目，是在GS300-2型的基礎上改進、研發的新產品。該項目于2011年8月初調試完畢，該項目低壓配電、計量、自動控制系統部分由我公司設計、制作、安裝及調試，可實現：水+粘土、水+粘土+水泥、水+水泥3種漿液的自動配制，以方便不同場所的需要。系統操作簡單，運行穩定、可靠；制漿、注漿全部實現自動化控制。該工程項目獲2011年度陜西省科學技術進步二等獎。陜西煤化集團召開礦井防 治水專家“會診"報告評審會，與會代表80多人，分別來自陜煤化集團、陜西省、中煤科工集團西安研究院以及澄合二礦公司、董家河礦公司、大佛寺煤礦、胡家河煤礦、孟村煤礦、黃陵一號煤礦、張家卯煤礦、紅柳林煤礦等防 治水專家并參觀董家河礦公司地面注漿站（堵水灌漿自動控制記錄系統GS300-3型），工程項目得到專家的，認為對搞好安 全生產具有十分重要的意義并且安排了下一步礦井防 治水技術工作，明確指出，煤礦企業、礦井應當加強防 治水技術研究和科技攻關，推廣使用防 治水的新技術、新裝備和新工藝，提高防 治水工作的科技水平。
三、系統主要特點
1 監控系統界面友好、直觀，操作簡單。更改漿液品種（粘土漿、水泥漿、粘土水泥漿等）方便，組合靈活。在中控室選擇要制備的漿液，輸入配方，系統即可自動運行，漿液密度、流量、壓力等參數準確可靠，并實時顯示各種參數。
2 系統采用DCS控制模式，與現場檢測、控制儀表的數據交換采用工業現場總線（Profibus-DP總線），結構簡單、數據交換速率快，可靠性高。
3 系統自動化程度高，從漿液配制到成品注漿都實現了自動檢測、控制，整個注漿過程在上位計算機監控之下進行。
4 能夠存儲實時生產數據，打印報表；可隨時查詢歷史記錄。
5 可以按注漿點保存生產數據（注漿的起止時間、操作員、漿液類型、漿液配方、流量、壓力、漿液密度、總量等數據），可按注漿點查詢歷史記錄，所有數據均具有可追溯性，可保存近100年的注漿數據。
6 現場控制柜的低壓電器（接觸器、繼電器、變頻器、操作按鈕等）均采用國外品牌，保證了系統的可靠性。
7 系統的核心部件采用德國西門子產品，穩定可靠。
8 流量計、質量密度計、液位計等檢測部件，均采用電磁、超聲波等檢測部件，與被測介質不接觸，延長檢測部件的使用壽命。
四、控制方案介紹
自動配料及過程控制的關鍵在于制造出密度穩定、合格的漿液，而漿液的密度取決于粘土、水泥、水之間的比例控制精度。以粘土漿液為例，要生產出合格的漿液，首先務必保證粘土、水的計量精度，粘土采用皮帶秤計量及定量控制（控制精度±1%），清水采用電磁流量計計量（計量精度0.5%），變頻調速控制清水的實際流量；其次，務必保證粘土與水的比例關系；本系統采用水對粘土隨動控制，即根據粘土的實際流量計算出當前的配水量，經過PID調節運算，調節控制水泵變頻器的輸出頻率，達到調節水的實際流量的目的，保證水與粘土之間的比例關系，再通過粘土漿液出口安裝的密度計檢測出漿液的實際密度，如果與設定值有偏差，系統通過軟件計算自動微調水與粘土的比例系數，使生產的漿液的密度值與設定值相吻合。
下面以粘土漿（粘土+水）為例，闡述漿液制備的工作過程及控制原理：
根據操作人員輸入的參數，粘土的流量、粘土與水的比例，（如果配水泥粘土漿，需輸入水泥的流量、水泥與粘土漿液的比例），漿液密度的目標值，（或者輸入：漿液的流量、漿液密度的目標值，系統能夠自動計算出上述參數）。上位機將輸入（或計算出的）參數自動下傳給下位機，實現制漿的自動控制。粘土的流量設定值通過現場數據通信總線下傳到定量給料機的控制儀表，儀表將粘土的實際瞬時流量通過總線上傳給PLC，數據準確可靠。粘土的計量控制示意圖如下：
由上圖可見，稱重控制儀表、變頻器、秤體組成閉環控制系統，實現自動控制粘土的定量給料。稱重控制儀表自動控制給料機的運行，控制瞬時實際流量、積算實際下料量，并將實際流量值與設定值比較，通過PID調節運算自動控制變頻器的輸出頻率，使粘土的實際流量值與設定值相符，達到定量、連續、穩定給料的目的。
系統原理框圖如下圖所示。粘土的瞬時流量值實時的反饋給PLC，PLC根據粘土的實際流量經過運算得出當前需要配水的流量值（水的設定值），并將通過電磁流量計得到的水的實際流量值與該值進行比較，通過PID運算，輸出一個（4-20mA）模擬信號控制變頻器的輸出，使水的實際流量值與設定值相符，達到定量連續穩定配水的目的（見下圖“配水控制回路"部分）。
其它漿液的制備過程及其工作原理與此類似，例如：粘土、水泥漿液的制備，只是將采用的計量設備不同，控制原理與上述相同。粘土漿液的流量檢測采用的質量流量計，水泥的計量及控制采用的是螺旋定量給料機；其它與上述相同，這里不再贅述。
五 技術服務
我公司可以為廣大需要地面注漿站設備的客戶提供一攬子服務，從設備的選型、設計到安裝、調試、投產，均由我方承擔。也可以為客戶提供部分設備、技術咨詢服務。現場技術服務人員目負責所供設備調試、正常投運。
無論哪種服務方式，我方均將派遣合格的工程設計、現場服務人員到現場服務。嚴格履行合同，我方現場服務人員具有下列素質：
1 遵守法規，遵守現場的各項規章和制度；
2 有較強的責任感和事業心，按時到位；急用戶所急，想用戶所想。
3 了解合同設備的設計，熟悉其結構，有相同或相近設備的現場工作經驗，能夠正確地進行現場安裝（指導）；適應現場工作的條件。
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