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【摘 要】瓦斯机是高瓦斯煤矿生产的必备的重要大型设备，其工作的安全性和经济性，关系着矿井的一通三防工作的成败。如能在现有基础上，应用PLC技术和先进的电气控制理论，使其水循环系统实现自动化控制，将会使瓦斯机运行更加安全可靠，更能产生良好的经济效益，是一项实用性极强的科技项目。
【关键词】瓦斯机；PLC技术；水循环；自动化
0.引言
铁能集团公司所本部所有矿井均为高瓦斯矿井。按照国家“通风可靠、抽采达标、监控有效、管理到位”煤矿瓦斯治理十六字工作体系要求，公司各矿均设有瓦斯泵房。晓南矿瓦斯泵房，其作用是完成全矿井下瓦斯的抽放，向煤层气公司瓦斯机发电站和张庄住宅供气的工作。瓦斯机的安全性至关重要，其是否能经济运行，又关系着全矿节能减排工作的顺利开展。
下面从其安全性及运行现状两方面，对该矿瓦斯机存在的问题进行说明。
首先，瓦斯机安全性存在的问题。瓦斯机汽水分离器中水位调节，采用人工调节方式，稳定性和安全性都难以保证，一旦水位过低可能造成瓦斯泄露，可能造成人身危险；水位过高可能造成变频装置保护动作，瓦斯机停机，如司机不能及时发现，很可能造成井下瓦斯超限，威胁井下作业人员人身安全。瓦斯机的冷却水循环系统温度监测为人工监测，水温过高不及时发现可能使设备损坏。
其次，瓦斯机经济运行的问题。瓦斯机汽水分离器中水位与泵体中水位相同，如负压不变情况下，水位超过规定水位上限长时间运行，不仅会向外输送带水过多的瓦斯气体，而且电动机负载加大，会增加瓦斯机电能消耗。瓦斯机水温正常或低于规定值时，人工观察不及时，继续向系统内加冷却水，向外排出循环系统内的水，势必会造成水资源的浪费。我们可以在现有的设备基础上，利用现代电控技术完成对瓦斯机的自动化控制，从而解决瓦斯机运行的安全性和经济性问题。
1.瓦斯机水循环系统自动化管路阀门改造设计及电控系统设计
1.1现有瓦斯机水循环系统的工作原理
正常情况下，按下就地启动按钮，瓦斯泵启动运行，将工作水供给闸阀打开，向泵内注入来自水箱的水，当在水环真空泵泵体内液体达到要求，即可通过连接井下瓦斯管路将井下瓦斯抽入到水环真空泵内，将水和瓦斯通过泵气连接管路送到气水分离器中，水通过工作水控制闸阀排到水池中，再由小水泵通过水箱上水闸阀打入水箱中，从而完成工作水循环（即瓦斯机水循环）。气体则通过排气管路输送到张庄住宅瓦斯大罐中。运行过程中，当气水分离器中水位达到要求后，人为通过观看玻璃管水位计上的水位显示，掌握泵内水位高度，将其水位控制在水位计上高、低水位标记中间，是通过调整作水控制闸阀，人为将水位控制在规定范围内。但是在此时人为如果看不住水位，就会出现前面所讲问题。
停泵操作时，按下停止按钮，瓦斯泵停止运行，将工作水供给闸阀关闭，将小水泵停止，将工作水控制闸阀和水箱上水闸阀关闭。
瓦斯机水温控制方式，瓦斯机正常运行时，水温不超过规定值（40℃），自来水进水闸阀和外排闸阀均处于关闭状态，当水温超过规定值（40℃）时，关闭水箱上水闸阀，将自来水进水闸阀和外排闸阀全部打开，就实现了高温水外排，冷却水补水的目的。
1.2设计改造后瓦斯机水循环自动控制系统的工作原理
正常情况下，按下就地启动按钮，瓦斯泵启动运行，启动信号传给PLC，PLC按照程序设定自动将供给电磁阀打开，向泵内注入来至水箱的水，当在水环真空泵泵体内液体达到要求，即可通过连接井下瓦斯管路将井下瓦斯抽入到水环真空泵内，将水和瓦斯通过泵气连接管路送到气水分离器中，通过磁翻柱液位计开始监测气水分离器中的水位，当水位达到自动控制系统的设定值时，系统自动打开控制电动蝶阀将水排到水池中，系统自动控制小水泵开启，上水电动阀打开，排水电动阀关闭，小水泵将水从上水电动阀打入水箱2中，从而完成工作水循环（即瓦斯机水循环）。气体则通过排气管路输送到张庄住宅瓦斯大罐中。运行过程中，当气水分离器中水位达到要求后，自动控制系统通过磁翻柱液位计监测水位变化，并将其转换成电信号传入PLC，PLC则根据内部程序及时调整控制电动蝶阀的开度即调整排水量，使水位始终保持在设定范围内，此时的控制准确程度、可靠程度大大的超过人工操作。从而提高安全性，保证能耗处于最低状态。
停泵操作时，按下停止按钮，瓦斯泵停止运行，停止信号传给PLC，PLC按照程序设定自动将供给电磁阀关闭，将小水泵停止，将控制电动蝶阀和上水电动阀关闭。
瓦斯机水温自动控制方式，瓦斯机正常运行时，水温不超过规定值（40℃），W1出水温度传感器将温度信号传到PLC内部，PLC按照设定程序将自来水进水电动阀和排水电动阀均关闭，当水温超过规定值（40℃）时，出水温度传感器将温度信号传到PLC内部，PLC按照设定程序关闭上水电动阀，将自来水进水电动阀和排水电动阀全部打开，就实现了高温水外排，冷却水补水的目的。当系统温度低于设定温度时，出水温度传感器将温度信号传到PLC内部，PLC控制相关电磁阀，使系统结束补水工作，回到正常工作状态。
1.3瓦斯机水循环自动控制系统电气设计
1.3.1瓦斯机水循环系统电控设计要求
因瓦斯机属于有易燃易爆瓦斯的存在，按照相关规定。按照井下管理。其采用设备必具有防爆功能。所以设计难度有所增加。再有设计中要求，其与原有手动控制系统同时存在，在其出问题后要做到不能影响手动系统的使用。工作时要求有现场控制台通过人机界面能够进行操作，并能将其控制系统以通讯形式传到调度室或者集中控制机房，实现远程操作。必须应用先进的PLC控制技术，通过优化设计使整个系统工作安全可靠。
1.3.2 瓦斯机水循环自动化系统硬件结构图的建立
瓦斯机水循环自动化系统硬件结构图，如图1所示，主要控制系统由传感器实现信号的采集，由现场操作台控制屏及远程集中控制实现系统的操作，全部信号进入PLC控制系统，再由PLC按照程序指令，控制执行电器，即各个阀门电动机及控制阀。达到自动控制的目地。
2.瓦斯机水循环系统自动化改造后的前景展望
瓦斯机水循环系统自动控制，所用器件必须符合防爆的要求，由于要求安全性非常高，所以现在还没有比较成型的成套产品，经过反复论证比较，如果该系统能够成功应用于现场，在提高安全性的同时，还能使瓦斯机用水量进一步降低，保守估计可以节约10%的水量，去除设备的初期投资，两年即可收回成本，产生较好的经济效益，对于企业总体的节能工作提供了强有力的技术支持。如在全公司推广使用，安全效益及经济效益更会大大的增加。 [科]
【参考文献】
[1]吴志敏，阳胜峰主编.西门子PLC与变频器触控屏综合应用教程（第一版）.中国电力出版社，2009.7.
[2]訾贵昌，邓开陆主编.电气控制与可编程控制技术（第一版），煤炭工业出版社，2006.12.
[3]傅恩锡，李世新主编.模拟电子技术（第一版），高等教育出版社，2001.12.
【关键词】瓦斯机；PLC技术；水循环；自动化
0.引言
铁能集团公司所本部所有矿井均为高瓦斯矿井。按照国家“通风可靠、抽采达标、监控有效、管理到位”煤矿瓦斯治理十六字工作体系要求，公司各矿均设有瓦斯泵房。晓南矿瓦斯泵房，其作用是完成全矿井下瓦斯的抽放，向煤层气公司瓦斯机发电站和张庄住宅供气的工作。瓦斯机的安全性至关重要，其是否能经济运行，又关系着全矿节能减排工作的顺利开展。
下面从其安全性及运行现状两方面，对该矿瓦斯机存在的问题进行说明。
首先，瓦斯机安全性存在的问题。瓦斯机汽水分离器中水位调节，采用人工调节方式，稳定性和安全性都难以保证，一旦水位过低可能造成瓦斯泄露，可能造成人身危险；水位过高可能造成变频装置保护动作，瓦斯机停机，如司机不能及时发现，很可能造成井下瓦斯超限，威胁井下作业人员人身安全。瓦斯机的冷却水循环系统温度监测为人工监测，水温过高不及时发现可能使设备损坏。
其次，瓦斯机经济运行的问题。瓦斯机汽水分离器中水位与泵体中水位相同，如负压不变情况下，水位超过规定水位上限长时间运行，不仅会向外输送带水过多的瓦斯气体，而且电动机负载加大，会增加瓦斯机电能消耗。瓦斯机水温正常或低于规定值时，人工观察不及时，继续向系统内加冷却水，向外排出循环系统内的水，势必会造成水资源的浪费。我们可以在现有的设备基础上，利用现代电控技术完成对瓦斯机的自动化控制，从而解决瓦斯机运行的安全性和经济性问题。
1.瓦斯机水循环系统自动化管路阀门改造设计及电控系统设计
1.1现有瓦斯机水循环系统的工作原理
正常情况下，按下就地启动按钮，瓦斯泵启动运行，将工作水供给闸阀打开，向泵内注入来自水箱的水，当在水环真空泵泵体内液体达到要求，即可通过连接井下瓦斯管路将井下瓦斯抽入到水环真空泵内，将水和瓦斯通过泵气连接管路送到气水分离器中，水通过工作水控制闸阀排到水池中，再由小水泵通过水箱上水闸阀打入水箱中，从而完成工作水循环（即瓦斯机水循环）。气体则通过排气管路输送到张庄住宅瓦斯大罐中。运行过程中，当气水分离器中水位达到要求后，人为通过观看玻璃管水位计上的水位显示，掌握泵内水位高度，将其水位控制在水位计上高、低水位标记中间，是通过调整作水控制闸阀，人为将水位控制在规定范围内。但是在此时人为如果看不住水位，就会出现前面所讲问题。
停泵操作时，按下停止按钮，瓦斯泵停止运行，将工作水供给闸阀关闭，将小水泵停止，将工作水控制闸阀和水箱上水闸阀关闭。
瓦斯机水温控制方式，瓦斯机正常运行时，水温不超过规定值（40℃），自来水进水闸阀和外排闸阀均处于关闭状态，当水温超过规定值（40℃）时，关闭水箱上水闸阀，将自来水进水闸阀和外排闸阀全部打开，就实现了高温水外排，冷却水补水的目的。
1.2设计改造后瓦斯机水循环自动控制系统的工作原理
正常情况下，按下就地启动按钮，瓦斯泵启动运行，启动信号传给PLC，PLC按照程序设定自动将供给电磁阀打开，向泵内注入来至水箱的水，当在水环真空泵泵体内液体达到要求，即可通过连接井下瓦斯管路将井下瓦斯抽入到水环真空泵内，将水和瓦斯通过泵气连接管路送到气水分离器中，通过磁翻柱液位计开始监测气水分离器中的水位，当水位达到自动控制系统的设定值时，系统自动打开控制电动蝶阀将水排到水池中，系统自动控制小水泵开启，上水电动阀打开，排水电动阀关闭，小水泵将水从上水电动阀打入水箱2中，从而完成工作水循环（即瓦斯机水循环）。气体则通过排气管路输送到张庄住宅瓦斯大罐中。运行过程中，当气水分离器中水位达到要求后，自动控制系统通过磁翻柱液位计监测水位变化，并将其转换成电信号传入PLC，PLC则根据内部程序及时调整控制电动蝶阀的开度即调整排水量，使水位始终保持在设定范围内，此时的控制准确程度、可靠程度大大的超过人工操作。从而提高安全性，保证能耗处于最低状态。
停泵操作时，按下停止按钮，瓦斯泵停止运行，停止信号传给PLC，PLC按照程序设定自动将供给电磁阀关闭，将小水泵停止，将控制电动蝶阀和上水电动阀关闭。
瓦斯机水温自动控制方式，瓦斯机正常运行时，水温不超过规定值（40℃），W1出水温度传感器将温度信号传到PLC内部，PLC按照设定程序将自来水进水电动阀和排水电动阀均关闭，当水温超过规定值（40℃）时，出水温度传感器将温度信号传到PLC内部，PLC按照设定程序关闭上水电动阀，将自来水进水电动阀和排水电动阀全部打开，就实现了高温水外排，冷却水补水的目的。当系统温度低于设定温度时，出水温度传感器将温度信号传到PLC内部，PLC控制相关电磁阀，使系统结束补水工作，回到正常工作状态。
1.3瓦斯机水循环自动控制系统电气设计
1.3.1瓦斯机水循环系统电控设计要求
因瓦斯机属于有易燃易爆瓦斯的存在，按照相关规定。按照井下管理。其采用设备必具有防爆功能。所以设计难度有所增加。再有设计中要求，其与原有手动控制系统同时存在，在其出问题后要做到不能影响手动系统的使用。工作时要求有现场控制台通过人机界面能够进行操作，并能将其控制系统以通讯形式传到调度室或者集中控制机房，实现远程操作。必须应用先进的PLC控制技术，通过优化设计使整个系统工作安全可靠。
1.3.2 瓦斯机水循环自动化系统硬件结构图的建立
瓦斯机水循环自动化系统硬件结构图，如图1所示，主要控制系统由传感器实现信号的采集，由现场操作台控制屏及远程集中控制实现系统的操作，全部信号进入PLC控制系统，再由PLC按照程序指令，控制执行电器，即各个阀门电动机及控制阀。达到自动控制的目地。
2.瓦斯机水循环系统自动化改造后的前景展望
瓦斯机水循环系统自动控制，所用器件必须符合防爆的要求，由于要求安全性非常高，所以现在还没有比较成型的成套产品，经过反复论证比较，如果该系统能够成功应用于现场，在提高安全性的同时，还能使瓦斯机用水量进一步降低，保守估计可以节约10%的水量，去除设备的初期投资，两年即可收回成本，产生较好的经济效益，对于企业总体的节能工作提供了强有力的技术支持。如在全公司推广使用，安全效益及经济效益更会大大的增加。 [科]
【参考文献】
[1]吴志敏，阳胜峰主编.西门子PLC与变频器触控屏综合应用教程（第一版）.中国电力出版社，2009.7.
[2]訾贵昌，邓开陆主编.电气控制与可编程控制技术（第一版），煤炭工业出版社，2006.12.
[3]傅恩锡，李世新主编.模拟电子技术（第一版），高等教育出版社，2001.12.