泵房自動(dòng)化系統(tǒng)在非煤礦山的應(yīng)用研究

董超群 馬超

中圖分類號(hào)：TD442 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）30-0272-02

1 系統(tǒng)概述

泵房自動(dòng)化系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鐵礦井下排水系統(tǒng)各設(shè)備的工作狀態(tài)，對(duì)水泵成套設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、參數(shù)、過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和節(jié)能優(yōu)化控制，具有自動(dòng)控制、手動(dòng)控制、就地控制和地面遠(yuǎn)程控制四種工作方式?？蓪?shí)現(xiàn)礦井排水設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行、故障診斷和無(wú)人值守，使得井下排水系統(tǒng)能安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理地運(yùn)行，以達(dá)到減人增效、安全生產(chǎn)的目的。鎮(zhèn)北鐵礦井下排水中段主要為-170m水平、-210m水平和-410m水平，吳莊鐵礦井下排水中段主要為-430m水平和-480m水平。本文以兩個(gè)鐵礦為例進(jìn)行項(xiàng)目改造說(shuō)明。

2 項(xiàng)目改造內(nèi)容

2.1 整體改造說(shuō)明

2.1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

ZPS127排水監(jiān)控裝置由礦用隔爆兼本安型可編程控制箱、礦用本安型操作臺(tái)、礦用本安型人機(jī)界面、各類傳感器和變送器、電動(dòng)閘閥組成。排水系統(tǒng)不需要單獨(dú)設(shè)置上位機(jī)操作站及監(jiān)控軟件，上位監(jiān)控畫面由綜合自動(dòng)化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。

2.1.2 抽真空改造

鎮(zhèn)北和吳莊兩個(gè)鐵礦目前均未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，抽真空方式基本采用底閥和手動(dòng)操作射流的方式。本項(xiàng)目通過(guò)更換相應(yīng)閥門、增加真空泵（一用一備）、改造抽真空管路、增加相應(yīng)傳感器、控制器設(shè)備實(shí)現(xiàn)礦井主排水自動(dòng)化與無(wú)人值守，改造后系統(tǒng)采用真空泵抽真空的方式。

2.2 具體實(shí)施內(nèi)容

（1）更換原來(lái)的手動(dòng)閘閥作為電動(dòng)閘閥，在輸水管道中保留手動(dòng)球閥，并并聯(lián)連接電動(dòng)球閥。增加真空泵及啟動(dòng)設(shè)備并改造抽真空管路。

（2）在輸水管道和負(fù)壓傳感器中安裝正壓傳感器。每個(gè)泵配備有出口壓力傳感器、噴射泵控制閥和流量計(jì)。

（3）-165m水平無(wú)預(yù)埋溫度傳感器，增加外貼式PT100傳感器采集電機(jī)、水泵溫度信號(hào)。

（4）為水倉(cāng)配置2臺(tái)液位計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水倉(cāng)水位。

（5）每個(gè)泵房配置PLC控制柜、小功率多回路組合開關(guān)柜、集中操作臺(tái)等設(shè)備，滿足井下就地控制需求。

（6）在地面監(jiān)控室配置操作站（采用綜合自動(dòng)化系統(tǒng)操作站）。

（7）每臺(tái)PLC主站配置以太網(wǎng)通訊模塊，保證該控制系統(tǒng)能夠通過(guò)以太網(wǎng)接入礦井工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)水泵監(jiān)控子系統(tǒng)與全礦井的監(jiān)控系統(tǒng)信息共享。

3 系統(tǒng)特點(diǎn)

系統(tǒng)采用三級(jí)控制結(jié)構(gòu)，控制可在可編程控制箱、操作臺(tái)、地面操作站上進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)就地、集中和遠(yuǎn)程控制；

系統(tǒng)PLC點(diǎn)數(shù)規(guī)模滿足真空泵與射流方式同時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的點(diǎn)數(shù)需求，為后續(xù)系統(tǒng)升級(jí)改造及系統(tǒng)I/O點(diǎn)冗余提供基礎(chǔ)；

采用高可靠性的模塊化結(jié)構(gòu)可編程控制器，系統(tǒng)有良好的靈活性、擴(kuò)展性，可適用于各種規(guī)模和配置的井下泵房；

可通過(guò)以太環(huán)網(wǎng)連到地面監(jiān)控中心，單獨(dú)構(gòu)成排水子系統(tǒng)或并入到全礦井綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)地面遠(yuǎn)程監(jiān)控；

就地操作臺(tái)配置本安型人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)就地顯示，同時(shí)支持觸摸功能，大大簡(jiǎn)化人員操控的復(fù)雜度；

多個(gè)排水泵房之間可以設(shè)置邏輯關(guān)系，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合調(diào)度和優(yōu)化調(diào)度；

根據(jù)長(zhǎng)期的運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)，得出各泵的實(shí)際運(yùn)行效果與理論設(shè)計(jì)的對(duì)比分析；

可以與設(shè)備管理軟件對(duì)接，提供運(yùn)行參數(shù)和起停狀況，實(shí)現(xiàn)預(yù)防性維修；

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，功能先進(jìn)，采用多重抗干擾技術(shù)，故障自診斷能力強(qiáng)，運(yùn)行可靠性高。

4 系統(tǒng)功能

（1）集中式控制器用于監(jiān)控泵房的運(yùn)行。它可以自動(dòng)和手動(dòng)控制泵的啟動(dòng)和停止以及閘閥的開啟、關(guān)閉和打開。具有自診斷功能，可實(shí)現(xiàn)泵房無(wú)人值守運(yùn)行。

（2）控制系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)與煤礦工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)相連，實(shí)現(xiàn)泵監(jiān)控子系統(tǒng)與礦井監(jiān)控系統(tǒng)之間的信息共享。

（3）集中式控制器采用諧波PLC和先進(jìn)的過(guò)程控制軟件，考慮礦井的各種安全信息，實(shí)現(xiàn)井下排水監(jiān)控系統(tǒng)的最優(yōu)控制策略。

（4）井下排水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的報(bào)警信息表明，報(bào)表的統(tǒng)計(jì)處理集成到整個(gè)礦井監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)中。所有數(shù)據(jù)都可以存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中以供以后調(diào)用。

（5）泵房現(xiàn)場(chǎng)采用圖形界面結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)操作，最大限度地簡(jiǎn)化操作和狀態(tài)顯示。

（6）旋轉(zhuǎn)巡檢功能，自動(dòng)泵旋轉(zhuǎn)。

（7）結(jié)合水槽水位和整個(gè)礦井的電力負(fù)荷信息，根據(jù)“移峰填谷”的原則確定泵的啟停時(shí)間。

（8）實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程、現(xiàn)場(chǎng)編程、完善修改系統(tǒng)功能。

（9）水泵監(jiān)控子系統(tǒng)支持三種工作方式，“自動(dòng)”、“手動(dòng)”、“檢修”。該系統(tǒng)自動(dòng)打開，停止泵的運(yùn)行，并可根據(jù)工作條件的設(shè)定、時(shí)間、水位和電負(fù)荷實(shí)現(xiàn)泵閥的聯(lián)鎖啟動(dòng)，并能實(shí)時(shí)控制所有的操作參數(shù)。通過(guò)接口分析數(shù)據(jù)。

（10）自動(dòng)模式：地面運(yùn)行站的計(jì)算機(jī)根據(jù)設(shè)定的開啟時(shí)間、電峰谷、水箱水位等預(yù)設(shè)條件自動(dòng)開啟泵。

①當(dāng)水位達(dá)到高水位或不處于高水位且處于低功耗期間時(shí)，泵將自動(dòng)啟動(dòng)操作。

②當(dāng)水位不在高位時(shí)，在耗電高峰時(shí)自動(dòng)停止泵。

③當(dāng)水位達(dá)到上限水位時(shí)，“運(yùn)行泵和備用泵”將自動(dòng)運(yùn)行直至水位低于高水位，“備用泵”停止運(yùn)行，僅運(yùn)行“運(yùn)行泵”，當(dāng)水位達(dá)到正常值時(shí)泵自動(dòng)停止。低水平，處于電力消費(fèi)高峰時(shí)期。

④當(dāng)正壓和流量不足時(shí)自動(dòng)關(guān)閉管路，停止操作并報(bào)警。

⑤當(dāng)泵出現(xiàn)故障時(shí)，可及時(shí)報(bào)警，自動(dòng)打開備用泵。

⑥根據(jù)所用泵的數(shù)量和水位的變化率，可以判斷礦井涌水量，并確定水泵的增產(chǎn)數(shù)量。

（11）手動(dòng)：操作人員根據(jù)水位顯示水位，手動(dòng)打開水泵并確定泵的開度臺(tái)數(shù)，通過(guò)PLC自動(dòng)執(zhí)行電機(jī)和閥的開閉，即PLC完成單泵真空泵、開式液壓閥等自動(dòng)控制。完成操作停止。

（12）檢修：操作任何泵電機(jī)、閘閥、電磁閥開關(guān)。相互的行動(dòng)并沒有相互鎖定。

（13）執(zhí)行水泵運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)控，包括水位、電壓、電流、壓力、功率、溫度、真空度等。

（14）具有較強(qiáng)的兼容性和可擴(kuò)展性。

5 監(jiān)測(cè)參數(shù)

安全控制離不開完整的監(jiān)控。泵的自動(dòng)控制系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)信號(hào)為設(shè)備的控制提供了可靠的保證。該控制系統(tǒng)是在PLC泵房集中控制站的井下泵房集中控制室中，根據(jù)工藝流程采集各種信號(hào)，控制各種泵及相應(yīng)的電動(dòng)閘閥，顯示各種工作狀態(tài)。整個(gè)集中控制系統(tǒng)由PLC集中控制和監(jiān)控部分和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備組成。

6 結(jié) 語(yǔ)

該系統(tǒng)通過(guò)增加PLC和壓力、液位傳感器、局部操作臺(tái)、高壓保護(hù)器等方式實(shí)現(xiàn)了主排水自動(dòng)化。該系統(tǒng)與綜合自動(dòng)化平臺(tái)相連接，通過(guò)骨干環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能。

參考文獻(xiàn)

[1]車永軍，王成真，杜利宏.煤礦井下中央水泵房自動(dòng)化排水系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J].煤礦開采，2013，18（05）：28～31+37.

收稿日期：2018-9-12