蘇章希（永安煤業(yè)有限責(zé)任公司,福建　永安　366000）

淺談煤礦生活泵無(wú)人值守自動(dòng)化控制應(yīng)用

蘇章希
（永安煤業(yè)有限責(zé)任公司,福建永安366000）

隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展,自動(dòng)化控制技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。本文介紹了PLC在煤礦生活水泵的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了生活水泵的無(wú)人值守，達(dá)到提高運(yùn)行效率、節(jié)省人力、電力資源目的。

PLC;水泵;自動(dòng)化控制

1　前言

上京礦區(qū)生活供水系統(tǒng)水源來(lái)自井田內(nèi)ZK 10鉆孔，現(xiàn)水泵房位于三采區(qū)+580m底部車(chē)場(chǎng)，水源從鉆孔水引至+580m水倉(cāng)，該供水系統(tǒng)由+580m的水倉(cāng)經(jīng)離心泵抽至+783m水池，再有+783水池供給各單位使用。目前生活水泵存在著運(yùn)行效率低、供水可靠性差，操作工勞動(dòng)強(qiáng)度大，工資成本費(fèi)用高等。本文針對(duì)生活泵使用存在的問(wèn)題，采用PLC為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)，根據(jù)地面用水需求及遠(yuǎn)程操作信息由PLC發(fā)出動(dòng)作指令，通過(guò)繼電器隔離操作對(duì)應(yīng)的自耦降壓?jiǎn)?dòng)柜，實(shí)現(xiàn)水泵的無(wú)人控制。

2　設(shè)計(jì)構(gòu)想

2.1水泵原始資料

水泵型號(hào)150D II-30×8，揚(yáng)程240m，流量155m3/h，電機(jī)功率185kW，自藕減壓?jiǎn)?dòng)箱XJ01-200kW，兩臺(tái)輪換運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.2控制結(jié)構(gòu)

采用礦用光纖網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)，將仙亭煤礦地面調(diào)度室、+783m供水站、三采區(qū)+580m生活水泵房，構(gòu)成控制層、傳輸層、設(shè)備層三級(jí)網(wǎng)絡(luò)（總體結(jié)構(gòu)如下圖所示）。水泵開(kāi)停由+783m供水站控制，同時(shí)引一條信號(hào)電纜至仙亭煤礦地面調(diào)度室（標(biāo)高+660m），實(shí)時(shí)檢測(cè)水泵房的運(yùn)行情況。+783m水站設(shè)置水池液位采集柜，對(duì)水池液位信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，三采區(qū)+580m生活水泵房可根據(jù)+783m水站水位情況自動(dòng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。

2.3運(yùn)行模式

仙亭煤礦地面調(diào)度室監(jiān)控平臺(tái)能夠監(jiān)視+580m生活水泵運(yùn)行時(shí)的電流、電壓、流量、壓力等參數(shù)，并具有相應(yīng)的查詢功能，同時(shí)可以根據(jù)需要轉(zhuǎn)入遠(yuǎn)程控制模式，直接啟動(dòng)任意一臺(tái)水泵。+580m水泵房?jī)?nèi)兩臺(tái)水泵自動(dòng)輪換工作，相互備用，并根據(jù)水泵的平均備用時(shí)間自動(dòng)輪換水泵的運(yùn)行，在滿足礦區(qū)生活、生產(chǎn)用水需求的前提下，通過(guò)合理調(diào)節(jié)水泵運(yùn)行時(shí)間，有效避開(kāi)高峰時(shí)段運(yùn)行，盡可能讓水泵在低谷時(shí)段運(yùn)行，達(dá)到避峰填谷、節(jié)約抽水電費(fèi)開(kāi)支的目的。

3　系統(tǒng)的功能

3.1系統(tǒng)軟件配置

編程軟件采用西門(mén)子公司的STEP7V5.3SP3，組態(tài)軟件為的西門(mén)子公司的WINCCV6.2SP3，數(shù)據(jù)庫(kù)軟件采用微軟公司的SQLserver2000WINCC版。

3.2系統(tǒng)主要功能

能根據(jù)+783m生活供水的實(shí)際情況，自動(dòng)控制水泵的開(kāi)停，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)兩臺(tái)水泵的工況參數(shù)，包括電壓、電流、流量、壓力、振動(dòng)等，可以查詢?cè)O(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)及歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)。

3.3水泵運(yùn)行方式

水泵有三種工作方式，分別為“全自動(dòng)”、“就地手動(dòng)”、“遠(yuǎn)程半自動(dòng)（即遠(yuǎn)程手動(dòng)）。在全自動(dòng)方式，井下+580mPLC機(jī)實(shí)時(shí)采集水位和浮球狀態(tài)，并根據(jù)水倉(cāng)水位情況和浮球的狀態(tài)，按照+783水倉(cāng)水位高低控制水泵的運(yùn)行或停機(jī)，水泵能自動(dòng)輪換工作，不需要人工參與。下位機(jī)在正常運(yùn)行過(guò)程中，可以脫離上位機(jī)的通訊仍能正常運(yùn)行。在就地手動(dòng)方式,就地通過(guò)控制柜操作面板手動(dòng)控制水泵與閘閥的啟停。在遠(yuǎn)程半自動(dòng)方式,由授權(quán)值班工作人員通過(guò)上位計(jì)算機(jī)控制水泵的啟動(dòng)和停止，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)傳到地面調(diào)度室。

3.4顯示及報(bào)警

采集柜正常工作時(shí)可顯示水池水位、井下水泵工作狀態(tài)及報(bào)警狀態(tài)，出現(xiàn)報(bào)警時(shí)可通過(guò)聲光報(bào)警器發(fā)出報(bào)警。

4.工作原理

4.1控制核心

采用西門(mén)子S7200系列可編程控制器。通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊采集+783m水池水位信號(hào)決定是否開(kāi)啟水泵。數(shù)據(jù)采集模塊將由傳感器采集的各項(xiàng)參數(shù)，通過(guò)光纖以太網(wǎng)的連接傳輸，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與控制。

4.2工作原理

由可編程控制器、信號(hào)變送器、中間繼電器、電動(dòng)閘閥等主要控制單元等組成，按要求完成對(duì)井上下采集信號(hào)的接受、變換、放大，并通過(guò)PLC運(yùn)算、及時(shí)發(fā)出各種控制信號(hào)，監(jiān)控水泵的運(yùn)行狀態(tài)，直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)閘閥的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)水泵房的無(wú)人值守。

4.3水位控制原則

該無(wú)人值守系統(tǒng)以+783m供水站水池水位作為水泵的起停的條件，為保證+783m水池水位檢測(cè)的準(zhǔn)確性及可靠性，采用輸出模擬量的投入式液位計(jì)，配以輸出開(kāi)關(guān)量的浮球開(kāi)關(guān)作為備用水位檢測(cè)方式。當(dāng)投入式液位計(jì)輸出出現(xiàn)錯(cuò)誤值時(shí)，應(yīng)用浮球開(kāi)關(guān)做為+580m水泵的啟、停控制信號(hào)。在此條件滿足的前提下，首先設(shè)定兩個(gè)水位限值，以及水位差△h，其中△h對(duì)應(yīng)的是在有電價(jià)避峰填谷要求時(shí)的水位差值，電價(jià)避峰填谷的原則也可以通過(guò)在一定水位范圍內(nèi)定時(shí)段供水的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

5　運(yùn)行適用性分析

5.1運(yùn)行經(jīng)濟(jì)

控制系統(tǒng)改造前，三采區(qū)+580m水泵房共有3名水泵操作工，運(yùn)行人工費(fèi)用高等，投入資金改造后的水泵實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，兩年左右即可回收投資成本。另外人為操作啟動(dòng)水泵，會(huì)使水泵處于不均勻的運(yùn)行狀態(tài)，增加水泵的疲勞度，從而減低水泵的使用壽命。使用自動(dòng)化控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水泵的均勻磨損，避免了某臺(tái)水泵經(jīng)常使用造成設(shè)備疲勞等。

5.2適用范圍較廣

系統(tǒng)采用了技術(shù)先進(jìn)的西門(mén)子S7200型PLC，能進(jìn)行自動(dòng)數(shù)據(jù)采集、記錄、故障報(bào)警、事故分析、水泵啟動(dòng)的切換等，投入使用以來(lái)性能穩(wěn)定，故障率低。因此可推廣應(yīng)用到礦井井下排水系統(tǒng)等，通過(guò)自動(dòng)化改造，達(dá)到提高了礦山的安全性和可靠性目的。

6　結(jié)束語(yǔ)

生活供水應(yīng)用PLC控制達(dá)到了設(shè)備自動(dòng)監(jiān)視和控制，投入使用半年才來(lái)，出水指標(biāo)穩(wěn)定，設(shè)備運(yùn)行可靠。不但提高了礦山的自動(dòng)化水平，還達(dá)到了人員精簡(jiǎn)減少成本的目的。而自動(dòng)化相對(duì)人工而言操作方面更具可靠性，從節(jié)能減排方面又避開(kāi)了高峰、低谷之間的電價(jià)差。

[1]周慶貴.電氣控制技術(shù)(第二版).

[2]王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)(第二版).

蘇章希(1974-),男,機(jī)電工程師，1996年畢業(yè)于原煤炭工業(yè)學(xué)校機(jī)電專(zhuān)業(yè)，從事機(jī)電技術(shù)管理工作。