利用压力变送器和PID调节器对煤矿水源井自动控制系统进行整改-铂睿测

摘 要： 根据义桥煤矿用水规律，在水源井水塔顶部安装压力变送器与PID 调节器，实现用水压反馈信号，动态调节潜水泵的运转速度，保证整个供水系统的恒压供水，有利于设备平稳运行，减少设备启停次数，减少了停水现象的发生。

        1 义桥煤矿给水系统介绍及水源井供水存在的问题根据义桥煤矿生产、生活及消防用水特点，按水质水压要求，在建矿设计初期，分成两个供水系统：（1）生活消防给水系统，由水源井供水至日用生活消防水池，然后经过加压设备供生活用水和地面消防用水；（2）生产供水系统，矿井水自井下排至矿井水处理站，处理后供井下消防用水、防火灌浆用水、煤壁注水和地面生产系统用水等。

        随着义桥煤矿发展，人员不断增加，生活区面积不断扩大，生活用水需求不断增加，水源井供水日益紧张，造成水源井水泵频繁启停，多次造成设备损坏，由于停水给广大职工生活带来很大不便。义桥煤矿水源井原使用浮球液位仪控制高低水位，这种控制方式采用低水位启动潜水泵，高水位停止潜水泵。由于矿井日常生产、生活用水负荷波动大，管阻水压变化快等因素，原控制方式不能实现供水和用水之间的动态平衡，存在电能、水资源浪费，水泵、控制设备频繁启停易造成设备损坏等缺点。

2 义桥煤矿水源井自动控制系统改造
2.1 改造原理
        压力变送器用于测量液体、气体或蒸汽的液位、密度和压力，然后将压力信号转变成4-20mADC 信号输出。主要有电容式压力变送器和扩散硅压力变送器，陶瓷压力变送器，应变式压力变送器等。介质压力直接作用于敏感膜片上，分布于敏感膜片上的电阻组成的惠斯通电桥，利用压阻效应实现了压力量向电信号的转换，通过电子线路将敏感元件产生的毫伏信号放大为工业标准信号。

        PID 调节器以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到******的数学模型时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID 控制技术非常为方便。即当不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效地测量手段来获得系统参数时，非常适合用PID 控制技术。PID 控制，实际中也有PI 和PD 控制。PID 控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。

        通过在水源井水塔上方安设压力变送器获得管网水压，实时电信号通过二芯线传输给PID 调节器，PID 调节器经过数据处理，将4~20mA 的标准信号转化为0~10V 的电压信号供给变频器内置的PLC，经内置PLC 运算后，获得水压差值对应的频率值，调整变频器输出的电压频率直接作用在电机上，控制潜水泵电机的转速。在水源井水塔顶部安设的压力变送器工作电压是直流24V，且电源线同时兼传输线，节省了控制线，24V 电压属于安全电压，确保了水塔上安设的压力变送器的安全使用。

2.2 改造后的成果
        通过现场查看，仔细研究整个义桥煤矿用水规律，在水源井水塔顶部安装压力变送器与PID 调节器，实现用水负荷波动形成的水压反馈信号，动态调节潜水泵的运转速度，保证整个供水系统的恒压供水，从而减少了电能、水资源浪费，有利于设备平稳运行，减少设备启停次数，减少了停水影响的发生。改后实现了水源井恒压供水，降低了水源井水泵的维修量，提高了水泵使用寿命。改造前每年换潜水泵2 台，每台3650 元，改造后每年节约设备费用7300 元；改造前每天用电费405 元，改造后每天节约电费81 元。每年节约电费30000 元左右。