礦井主排水泵房無(wú)人值守遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的應(yīng)用

王世瑞

摘要：礦井主排水泵房承擔(dān)著將井下的涌水排到地面的重要任務(wù)，是保證礦井安全生產(chǎn)的重要場(chǎng)所?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)的礦井排水自動(dòng)化水平還不是很高，直接影響礦井排水系統(tǒng)的安全性和高效性，而礦井主排水泵房無(wú)人值守自動(dòng)化系統(tǒng)可以解決這些問(wèn)題。鑒于此，本文提出一種實(shí)現(xiàn)礦井主排水泵房無(wú)人值守遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)礦井水倉(cāng)水位和水泵運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)掌握水泵房水倉(cāng)容量，以便及時(shí)進(jìn)行排水，對(duì)礦井的安全生產(chǎn)具有重要意義。

關(guān)鍵詞：礦井中央水泵房;無(wú)人值守;遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

實(shí)施礦并主排水房無(wú)人值守遠(yuǎn)程控制及監(jiān)控可以在礦井地面控制中心通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控水泵房各水泵的運(yùn)行情況、主要的運(yùn)行參數(shù)及信號(hào)，同時(shí)可根據(jù)水倉(cāng)水位情況實(shí)現(xiàn)地面控制中心對(duì)水泵的遠(yuǎn)程開(kāi)停，設(shè)定和修改水泵的運(yùn)行條件，以達(dá)到對(duì)水泵的無(wú)人值守以及地面遠(yuǎn)程開(kāi)停和監(jiān)控。

一、系統(tǒng)的組成部分

系統(tǒng)的組成主要由地面自動(dòng)化控制中心、信息傳輸通道、水泵房主排水系統(tǒng)及監(jiān)控單元、水泵房真空泵自動(dòng)引水裝置四部分組成。

（一）地面自動(dòng)化控制中心

地面自動(dòng)化控制中心一般設(shè)置在調(diào)度室?？刂浦行脑O(shè)有地面水泵遠(yuǎn)程控制工作站，通過(guò)工作站可以對(duì)井下泵房排水系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程集控和數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。主要設(shè)備有地面控制上位機(jī)，液晶顯示屏、交換機(jī)、不間斷電源、組態(tài)軟件、集控軟件等組成。

（二）信息傳輸通道

利用工業(yè)以太網(wǎng)作為井下水泵房主排水設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的主干線，用來(lái)實(shí)現(xiàn)井下中央主排水系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)傳輸。主要設(shè)備為井上下交換機(jī)、傳輸光纖光纜。

（三）水泵房主排水系統(tǒng)及監(jiān)控單元

水泵房主排水系統(tǒng)是礦井排水的核心設(shè)備，主要由主排水泵、各類(lèi)閘閥、管道、儀表等組成;監(jiān)控單元由泵房控制站、信號(hào)采集裝置及各類(lèi)傳感器組成?？刂普咀鳛榫驴刂撇糠值耐ㄓ嵑诵?，完成井下監(jiān)控信息向地面控制中心傳遞，以達(dá)到地面控制中心的實(shí)時(shí)監(jiān)控和對(duì)設(shè)備的操控。

二、系統(tǒng)循環(huán)功能

主排水泵自動(dòng)化控制系統(tǒng)由排真空環(huán)節(jié)、閘閥操縱環(huán)節(jié)、水位自動(dòng)監(jiān)控環(huán)節(jié)、參數(shù)傳示環(huán)節(jié)和故障保護(hù)環(huán)節(jié)組成。

（一）排真空環(huán)節(jié)：排水泵只有在其葉輪完全淹沒(méi)于水中時(shí)，泵體內(nèi)部才能造成必要的真空度實(shí)現(xiàn)正常排水。若真空度不夠，泵內(nèi)有空氣存在，將會(huì)造成不上水及轉(zhuǎn)動(dòng)部件燒壞等故障。所以，啟動(dòng)前的排真空是水泵工作的重要操作項(xiàng)目之一。在系統(tǒng)中采用射流閥抽真空，使用高精度真空傳感器監(jiān)測(cè)真空度，用壓力和流量監(jiān)測(cè)作為真空度的后備保障。

（二）閘閥操縱環(huán)節(jié)：為了減少啟動(dòng)時(shí)的功率，水泵一定要關(guān)閉出水閘閥啟動(dòng)，而當(dāng)水泵停止時(shí)，為避免水錘事故，必須先關(guān)閉閘閥，緩慢減小流速，最后停泵。在泵體內(nèi)充滿(mǎn)水后，先啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，然后打開(kāi)相應(yīng)電動(dòng)閘閥，停泵時(shí)先關(guān)電動(dòng)閥，最后停電機(jī)。

（三）水位自動(dòng)監(jiān)控環(huán)節(jié)：該環(huán)節(jié)的任務(wù)是根據(jù)水位的高低自動(dòng)準(zhǔn)確發(fā)出開(kāi)、停泵命令。水位傳感器的可靠性和準(zhǔn)確性直接影響整個(gè)控制系統(tǒng)的工作可靠性。本系統(tǒng)選用的超聲波液位傳感器，具有高精度、非接觸式、非機(jī)械型、維護(hù)方便、便于安裝、標(biāo)定簡(jiǎn)單等許多優(yōu)點(diǎn)。

（四）參數(shù)傳示環(huán)節(jié)：在操作臺(tái)的模擬屏上可模擬顯示水倉(cāng)水位、水泵流量、水泵壓力及電動(dòng)機(jī)、電磁閥和電動(dòng)閥的各種工作狀態(tài)。所有的監(jiān)測(cè)參數(shù)及工作狀態(tài)均可由井下PLC通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò)傳送給地面控制計(jì)算機(jī)，再由計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理，在顯示器上模擬顯示，以便地面值班人員對(duì)井下主排水泵進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（五）故障保護(hù)環(huán)節(jié)：由于主排水泵電機(jī)容量大，耗電量高，屬于礦井一級(jí)負(fù)荷。因此，對(duì)主排水設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)的安全性、可靠性要求較高。該系統(tǒng)裝設(shè)如下幾種保護(hù)：①流量保護(hù)。當(dāng)水泵啟動(dòng)后或正常運(yùn)行中，如流量達(dá)不到正常值，通過(guò)流量保護(hù)裝置使本臺(tái)水泵停機(jī)。②電動(dòng)機(jī)保護(hù)。PLC監(jiān)視水泵電機(jī)欠壓、過(guò)流、短路等故障，由中央變電所控制的高壓開(kāi)關(guān)柜的綜合保護(hù)器提供并參與控制。③電動(dòng)閘閥保護(hù)。由電動(dòng)機(jī)綜保監(jiān)視閘閥電機(jī)的主要保護(hù)并參與控制。

三、系統(tǒng)工作模式

（一）自動(dòng)控制：自動(dòng)控制下，集中控制室控制所有設(shè)備，并顯示各水泵及閘閥工作狀況和各種故障顯示。PLC采集各種信號(hào)，集中控制室按照PLC閉鎖程序順序控制水泵及閘閥的開(kāi)啟。由超聲液位傳感器連續(xù)檢測(cè)水倉(cāng)水位，根據(jù)吸水井的水位及其他因素，合理調(diào)節(jié)自動(dòng)開(kāi)停水泵及其閥門(mén)，在正常水位時(shí)，各臺(tái)水泵能自動(dòng)輪換工作，最大涌水及突出涌水時(shí)，自動(dòng)投入必要數(shù)量的水泵運(yùn)行。此方式下可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。當(dāng)水泵出現(xiàn)故障時(shí)，能夠及時(shí)報(bào)警，并能夠自動(dòng)開(kāi)啟備用水泵。

（二）手動(dòng)控制：操作人員根據(jù)水倉(cāng)顯示水位，人工手動(dòng)開(kāi)停水泵及確定開(kāi)泵臺(tái)數(shù)，電機(jī)及其閥門(mén)的開(kāi)、停由PLC自動(dòng)執(zhí)行，即PLC完成單臺(tái)水泵抽真空、啟泵、開(kāi)液壓閥等自動(dòng)控制，并完成運(yùn)行停止。手動(dòng)運(yùn)行包括就地手動(dòng)及集控手動(dòng)兩種操作模式。集控手動(dòng)就是指在地面控制中心，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的水位、電壓、電流、壓力、流量、溫度等各種傳感器傳回來(lái)的信息，在上位機(jī)上通過(guò)操作人員來(lái)控制水泵的啟停。就地手動(dòng)是指通過(guò)每臺(tái)泵前的操作箱，人為地對(duì)每臺(tái)水泵進(jìn)行啟、停操作。系統(tǒng)在正常運(yùn)行過(guò)程中，不論何種工作方式，均可實(shí)時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)的各種參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)傳動(dòng)地面調(diào)度室及集中控制室。

（三）檢修控制：可操作任一臺(tái)水泵電機(jī)、閘閥開(kāi)關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)不通過(guò)PLC程序完成水泵的啟停，相互動(dòng)作互不閉鎖。檢修模式下，水位、電壓、電流、壓力、流量、溫度等所有的傳感器數(shù)據(jù)的監(jiān)視仍然有效，控制中心可以對(duì)井下所有數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視。其中檢修模式的切入，必須在井下泵房?jī)?nèi)才能進(jìn)行，控制中心無(wú)法切換進(jìn)該種運(yùn)行模式。

三種運(yùn)行模式的切換只有在所有水泵停機(jī)并且出水電動(dòng)閘閥關(guān)閉的情況下才能進(jìn)行，否則無(wú)法進(jìn)行切換，強(qiáng)制切換系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生報(bào)警。

四、結(jié)語(yǔ)

礦井主排水泵房無(wú)人值守遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)投入使用后，可使主排水系統(tǒng)更加安全可靠，提高排水能力，降低事故率，減少故障處理時(shí)間，提高礦井生產(chǎn)效益。它能夠最大限度地減少因電控系統(tǒng)故障而造成的事故，提高供電的可靠性，節(jié)約水泵設(shè)備維修費(fèi)用，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

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