新型礦井中央泵房自動化檢測系統(tǒng)的應(yīng)用

李為行++解洋++王紅

摘 要：本檢測系統(tǒng)通過檢測水倉水位和排水量等參數(shù)，從而控制各水泵的工作狀態(tài)并適當(dāng)啟動備用水泵泵，合理調(diào)配水泵工作，實時地反映水倉水位、各水泵工作狀態(tài)、排水管流量以及電機工作電流等參數(shù)。該系統(tǒng)的通訊模塊與綜控主機可實現(xiàn)數(shù)據(jù)互換，大大提升了礦井中央泵房自動化檢測系統(tǒng)的精度。

關(guān)鍵詞：自動化；水泵；觸摸屏；工作狀態(tài)；數(shù)據(jù)交換

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.175

礦井中央泵房是煤礦安全系統(tǒng)的重要組成部分，是保障煤礦生產(chǎn)安全運行的守護神。目前，我國礦山中央泵房的自動化檢測水平和發(fā)達(dá)國家還有較大差距，該新型自動化檢測系統(tǒng)應(yīng)用可大大提高礦井運行的安全性和實效性。

1 系統(tǒng)組成

1.1 控制臺

控制臺負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的控制程序（PLC）的運行。本PLC帶有以太網(wǎng)口可直接與交換機相連。控制臺設(shè)有控制按鈕、數(shù)字顯示屏和報警信息，負(fù)責(zé)防爆電動執(zhí)行閥的低壓配電，它與PLC共同實現(xiàn)對電動閘閥的各種智能控制。

1.2 傳感器和智能數(shù)字儀表

液位開關(guān)和超聲波液位計用來檢測電機定子和軸承的溫度、各水倉的液位深度等參數(shù)。遠(yuǎn)傳負(fù)壓表用來檢測射流泵排真空時真空度是否達(dá)到設(shè)定值。遠(yuǎn)傳正壓表用來檢測水泵出口的壓力是否達(dá)到設(shè)定值。采用渦街流量傳感器用來檢測整個水泵控制系統(tǒng)的排水能力。

系統(tǒng)運行的電流和電壓參數(shù)可以由微機保護裝置通過多功能口的交換機直接傳到PLC和上位機，以圖形或數(shù)字的方式顯示。

PLC通過通訊協(xié)議和通訊接口，與以太網(wǎng)交換機進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。礦用光纖將系統(tǒng)運行參數(shù)與工作狀態(tài)傳至地面，實現(xiàn)測得數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示；操作人員可在地面將操作指令傳至井下交換機，控制泵房運轉(zhuǎn)。井下安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)與地面生產(chǎn)調(diào)度監(jiān)控中心可實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，管理人員可實時掌握泵房主排水系統(tǒng)設(shè)備的工作狀態(tài)和檢測數(shù)據(jù)，監(jiān)測監(jiān)控主機可實時呈現(xiàn)主排水系統(tǒng)運行運行參數(shù)圖表、模擬圖、、記錄系統(tǒng)運行狀況和相關(guān)故障。

2 工作流程

礦井排水系統(tǒng)在中央泵房設(shè)置3臺泵，水倉設(shè)水位傳感器按照水位輸出4段開關(guān)量信號，傳感器輸出信號通過PLC，能夠?qū)崿F(xiàn)自動開、關(guān)泵的功能。礦井發(fā)生水災(zāi)時，全部泵必須都能開啟。射流泵與真空泵配套，以射流泵為主，真空泵為輔，分別配有電動響應(yīng)閘閥、正壓表和負(fù)壓表。當(dāng)水位到達(dá)預(yù)警值時，水位報警裝置立即報警，水位自動控制開關(guān)將射流泵電動閥門打開，當(dāng)射流泵真空度達(dá)到設(shè)定值時，主排水泵自啟動并立即開始運轉(zhuǎn)。此時主排水泵電動閥導(dǎo)通，水泵開始排水，同時射流泵電動閥門截止，射流泵停止工作。待井中水位降到設(shè)定值時，低水位短時報警，水位控制開關(guān)控制主排水泵閥門進(jìn)行關(guān)閉，停機。當(dāng)射流泵出現(xiàn)故障不能正常工作時，自動切換到真空泵工作狀態(tài)。該系統(tǒng)與礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，礦井以太網(wǎng)系統(tǒng)建立的了面調(diào)度監(jiān)控中心與水泵房控制室互通互聯(lián)的通訊機制，管理人員可隨時調(diào)取運行數(shù)據(jù)，實時研判主排水泵的運行狀態(tài)，可實現(xiàn)水泵房控制室與地面調(diào)度監(jiān)控中心的遠(yuǎn)程自動控制，如果水情異常可立即觸發(fā)聲光報警。

3 主要功能

PLC自動化控制系統(tǒng)可基于井下用電量的峰谷值、水倉水位的高低綜合供電部門所劃定的平段、谷段和峰段供電電價時間段等因素，建立數(shù)學(xué)模型，合理調(diào)度水泵運行，根據(jù)現(xiàn)場工況決定水泵的起閉順序和同時開啟水泵的數(shù)量，當(dāng)現(xiàn)場出現(xiàn)險情時可及時報警，管理人員可依據(jù)險情程度啟動相應(yīng)緊急預(yù)案。

本系統(tǒng)配置的水位傳感器為投入式模擬量信號輸出的高精度傳感器。用電負(fù)荷率可依據(jù)檢測到的井下供電電流值計算得出；控制程序?qū)⑹占降乃荒M量信號分成若干個水位段，可分別計算出不同水位段水位在單位時間內(nèi)的上升速率，從而計算出礦井的涌水量，根據(jù)礦井用電負(fù)荷和涌水量，控制系統(tǒng)可在一天中電價最低和用電低峰時啟動水泵，用電高峰和電價高時停止水泵運行，以達(dá)到避峰填谷的節(jié)能目的。

4 控制方式

該系統(tǒng)通過設(shè)在井下集中控制臺上的轉(zhuǎn)換開關(guān)和調(diào)度中心遠(yuǎn)程控制計算機實現(xiàn)操控方式的切換。操控方式分為井下集控、井上集控和就地控制。井下集控和井上集控還分為自動控制和手動控制。

就地控制方式，通過每臺水泵的就地控制箱和集控臺上的按鈕，實現(xiàn)對各個水泵和其他設(shè)備的控制，此控制方式在應(yīng)急狀態(tài)和定期維護時使用，設(shè)備的起停沒有鎖閉裝置的限制。

地面集控+手動方式，即通過地面集中控制室內(nèi)上位機的相應(yīng)按鍵實現(xiàn)對每臺設(shè)備的控制。受閉鎖條件限制了每臺水泵的起停順序。

地面集控+自動方式，上位機又分為半自動和全自動兩種方式。半自動方式下，水泵所對應(yīng)的各設(shè)備的起停狀態(tài)受控于地面控制室內(nèi)上位機相應(yīng)泵的起停按鍵，每臺水泵的起停順序受閉鎖條件的限制。處于全自動方式時，首先要選擇哪一臺泵投入全自動，選擇完成后該泵在滿足非低水位及“避峰添谷”時間或高水位時自動對該泵系統(tǒng)進(jìn)行起停控制。閉鎖關(guān)系及起停順序與半自動方式下一樣。在設(shè)備啟動前首先要選擇設(shè)備控制方式，就地/地面集控/井下集控，就地/手動/自動。選擇排水管路，1#管路/2#管路。在自動方式下要選擇射流泵，1#射流泵/2#射流泵。

5 結(jié)束語

實踐證明該新型礦井中央泵房自動化檢測系統(tǒng)運行穩(wěn)定、易于操作、自動化程度和可靠性高，可實現(xiàn)較高的社會效益和經(jīng)濟效益，更重要的是為煤礦的安全生產(chǎn)提供了可靠的技術(shù)保障。

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作者簡介：李為行（1982-），男，山東棗莊人，工學(xué)碩士，講師，研究方向：數(shù)控加工技術(shù)。