成莊礦井下泵房遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用

靳張浩

（晉城藍(lán)焰煤業(yè)股份有限公司成莊礦，山西 晉城 048000）

1 研發(fā)背景

成莊礦二、三盤區(qū)資源日益枯竭，四盤區(qū)成為接替盤區(qū)。目前四盤區(qū)1#和2#水泵房閥門均為現(xiàn)場(chǎng)人工手動(dòng)操作，水泵啟停流程內(nèi)各項(xiàng)工序均需現(xiàn)場(chǎng)人員按預(yù)案依次完成，勞動(dòng)強(qiáng)度偏大，操作過程繁瑣，水泵啟停所需時(shí)間較長(zhǎng)，關(guān)鍵設(shè)備故障難以在第一時(shí)間被發(fā)現(xiàn)；泵房相關(guān)設(shè)備運(yùn)行高度依賴現(xiàn)場(chǎng)值班人員，人員素養(yǎng)不確定性對(duì)排水安全造成較大隱患。因而，現(xiàn)有的泵房設(shè)備粗放式管理模式已不再滿足精細(xì)化管理的需求，急需建立一套井下泵房遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)，切實(shí)保障泵房排水系統(tǒng)穩(wěn)定、高效地運(yùn)行。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 功能化模塊實(shí)現(xiàn)

基于“精準(zhǔn)高效”的控制思路，結(jié)合國(guó)內(nèi)礦井的先進(jìn)泵房控制系統(tǒng)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研的基礎(chǔ)上，經(jīng)反復(fù)論證，最終確定成莊礦四盤區(qū)泵房遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)核心以PLC 控制為基礎(chǔ)，采取在關(guān)鍵部位設(shè)置穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)采集器為手段，在成熟的組態(tài)軟件平臺(tái)支持下，實(shí)現(xiàn)對(duì)水倉(cāng)水位、水壓、水泵運(yùn)行狀態(tài)、管網(wǎng)流量等關(guān)鍵數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳、存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)泵房排水系統(tǒng)自動(dòng)化和無人化控制[1-5]。泵房遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)如圖1。

圖1 系統(tǒng)組成示意圖

2.2 地面監(jiān)控中心上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

地面控制中心的主要功能是將井下泵房關(guān)鍵設(shè)備傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，并將其以各種形式進(jìn)行匯總、分析，直觀地呈現(xiàn)給監(jiān)控人員；在井下泵房關(guān)鍵設(shè)備出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，第一時(shí)間進(jìn)行聲光報(bào)警通知值班人員，并按照設(shè)定程序啟動(dòng)預(yù)案，防止損失擴(kuò)大，同時(shí)，將出現(xiàn)的報(bào)警狀況存儲(chǔ)下來作為事后分析的依據(jù)；控制室值班人員通過監(jiān)視器實(shí)現(xiàn)對(duì)井下泵房關(guān)鍵設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從源頭上杜絕事故發(fā)生。地面監(jiān)控中心的功能如圖2。

圖2 上位機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)圖

1）實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。實(shí)時(shí)監(jiān)控分為遠(yuǎn)程控制模式和排水界面待機(jī)兩種模式。在遠(yuǎn)程控制模式下，工作人員在獲得授權(quán)的情況下可遠(yuǎn)程啟停泵房設(shè)備；在排水界面待機(jī)模式下，工作人員可實(shí)時(shí)監(jiān)控井下設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

2）報(bào)警信息功能。報(bào)警信息分為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)報(bào)警和歷史報(bào)警記錄查詢兩大類。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)報(bào)警僅顯示當(dāng)前狀況，以聲光組合報(bào)警形式給值班人員警示；歷史報(bào)警查詢是將以往報(bào)警信息存儲(chǔ)到文檔中進(jìn)行長(zhǎng)久保存，操作人員可根據(jù)需要調(diào)取不同類型的報(bào)警記錄，為后期的事故處理提供參考。

3）報(bào)表信息功能。井下泵房重要設(shè)備產(chǎn)生的各類實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)將以圖表的形式進(jìn)行長(zhǎng)期存儲(chǔ)，操作人員可以快速地調(diào)集設(shè)備運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)、狀態(tài)、管網(wǎng)流量、水倉(cāng)水位等關(guān)鍵信息，方便操作人員進(jìn)行設(shè)備日常檢修與維護(hù)[6-7]。

2.3 上位機(jī)界面開發(fā)與設(shè)計(jì)

排水集控上位機(jī)系統(tǒng)擁有豐富的可視化界面，主要包含“待機(jī)界面”“操作界面”“報(bào)警歷史”“操作記錄”“參數(shù)設(shè)置”“個(gè)性設(shè)置”等諸多顯示界面。

1）系統(tǒng)主界面

系統(tǒng)主界面含設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和報(bào)警顯示兩塊內(nèi)容。系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)主要顯示當(dāng)前1#和2#水泵房的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況；報(bào)警顯示包括水泵故障報(bào)警、高液位報(bào)警、通信故障報(bào)警等諸多異常狀態(tài)；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)自動(dòng)排水系統(tǒng)從井上控制室到井下泵房各個(gè)節(jié)點(diǎn)的通信狀態(tài)。當(dāng)其中一項(xiàng)內(nèi)容出現(xiàn)異常時(shí)，可及時(shí)提示值班人員，并精準(zhǔn)顯示故障節(jié)點(diǎn)位置，便于現(xiàn)場(chǎng)巡查人員解決。

2）四盤區(qū)2#水泵房界面

四盤區(qū)2#水泵房畫面如圖3。該界面中，操作人員可以看到2#水泵房所有設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，包括液位顯示、排氣壓力、閘閥開度、流量等主要信息。

圖3 2#泵房主界面示意圖

3）單臺(tái)水泵界面

在1#或者2#泵房主界面任意點(diǎn)擊排水水泵可進(jìn)入單臺(tái)水泵運(yùn)行界面。主頁分圖界面顯示單臺(tái)水泵運(yùn)行狀態(tài)，呈現(xiàn)水泵運(yùn)行關(guān)鍵信息和故障情況。工作界面包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、液位曲線顯示、故障報(bào)警顯示、回路工作狀態(tài)顯示與實(shí)時(shí)模擬圖形。主頁分圖界面采用形象畫面方式展現(xiàn)井下排水狀況圖，水倉(cāng)的液位會(huì)隨著真實(shí)液位上升或者下降，管路和閥門、水泵在停止使用時(shí)用灰色標(biāo)識(shí)，在開泵排水時(shí)用綠色標(biāo)識(shí)，這樣形象直觀，方便使用。

2.4 水泵故障保護(hù)設(shè)計(jì)

水泵在長(zhǎng)期的運(yùn)行過程中，往往出現(xiàn)“帶病”工作的情況，若不及時(shí)處理，往往會(huì)造成難以挽回的損失。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初，為該系統(tǒng)設(shè)置了以下4 種保護(hù)功能：1）水泵壓力保護(hù)。通過預(yù)先安置于水泵出水口的壓力傳感器，系統(tǒng)不斷采集與分析水泵出水口壓力值，若壓力值低于設(shè)定值，系統(tǒng)會(huì)向控制中心發(fā)出警報(bào)，若值班人員長(zhǎng)時(shí)間未處理，水泵會(huì)自發(fā)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。2）電機(jī)、水泵運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集電機(jī)電壓、電流等相關(guān)參數(shù)，監(jiān)控電機(jī)短路、過流、欠壓等故障，對(duì)水泵運(yùn)行狀態(tài)中流量、液位等關(guān)鍵參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)參數(shù)值異常，發(fā)出報(bào)警后立即停止工作。3）動(dòng)作超時(shí)未響應(yīng)。當(dāng)水泵或閥門發(fā)出開機(jī)信號(hào)，電機(jī)或閥門未能及時(shí)動(dòng)作，為防止設(shè)備或管路受損，水泵及時(shí)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。4）現(xiàn)場(chǎng)布置視頻監(jiān)控點(diǎn)，安裝多臺(tái)高清攝像頭，實(shí)時(shí)監(jiān)控水泵運(yùn)行狀態(tài)，防止?jié)撛谑鹿拾l(fā)生。

3 工業(yè)性試驗(yàn)

成莊礦井下遠(yuǎn)程自動(dòng)化排水系統(tǒng)安裝上線后，四盤區(qū)1#泵房和2#泵房實(shí)現(xiàn)就地控制、自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程控制等多種控制方式。在地面監(jiān)控中心可實(shí)時(shí)查看各臺(tái)水泵的運(yùn)行狀態(tài)與參數(shù)，實(shí)現(xiàn)單臺(tái)水泵就地控制和集中遠(yuǎn)程控制；通過顯示屏可查看水倉(cāng)水位、管網(wǎng)流量等關(guān)鍵參數(shù)，參數(shù)出現(xiàn)異常后可實(shí)現(xiàn)及時(shí)報(bào)警；通過井下泵房安裝防爆攝像頭可遠(yuǎn)程跟蹤水泵運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)與井下現(xiàn)場(chǎng)人員遠(yuǎn)距離通話，及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)狀況，確保泵房設(shè)備運(yùn)行安全。

4 結(jié)論

遠(yuǎn)程自動(dòng)排水系統(tǒng)成功上線后，實(shí)現(xiàn)“減人增效，無人值守”，減少專職排水人員6 名，合計(jì)30萬元/年的人力成本；值班人員單班勞動(dòng)強(qiáng)度降低82.3%，工作效率提高72%。排水系統(tǒng)有效消除井下水災(zāi)事故隱患，杜絕溢倉(cāng)現(xiàn)象出現(xiàn)，降低機(jī)電設(shè)備故障率，延長(zhǎng)設(shè)備高效服務(wù)年限，有力保障礦井安全高效生產(chǎn)。