梁修權(quán)鶴壁煤電股份有限公司機電管理部，河南鶴壁　　458030

鶴煤九礦-420中央泵房自動化控制技術(shù)改造

梁修權(quán)
鶴壁煤電股份有限公司機電管理部，河南鶴壁458030

摘要實現(xiàn)泵房水泵自動化控制，是現(xiàn)代化礦井管理的要求。通過工業(yè)計算機對設備的運行狀態(tài)、運行過程進行遠程監(jiān)測和控制，從而達到有效節(jié)約能源、降低勞動強度、降低運行成本等目的。

關(guān)鍵詞自動化；控制；監(jiān)測；工業(yè)以太網(wǎng)

1　項目概況

鶴煤九礦-420中央泵房的控制方式為傳統(tǒng)的人工手動操作，不僅操作過程繁瑣、勞動強度大、人為因素多，而且啟動時間長、自動化程度低，已不能滿足現(xiàn)代化礦井管理的要求。煤礦井下排水自動化控制系統(tǒng)是根據(jù)礦井的實際情況，在原來的排水系統(tǒng)基礎上進行自動化改造，使設備實現(xiàn)自動運行和自我診斷的一套系統(tǒng)。為此，鶴煤九礦對-420中央泵房進行了自動化控制技術(shù)改造。

2　實施方案

鶴煤九礦-420中央泵房共安裝有3臺MD450-60X11型礦用高揚程耐磨多級離心泵，流量450m3/h，揚程660m，配套電機功率1250kW，后期計劃再建設一臺多級離心泵。本次改造的內(nèi)容既是針對現(xiàn)有的三臺水泵進行自動化控制改造，同時對第四臺水泵預留相應的接口以備后期進行接入。

3　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

-420泵房水泵排水自動化控制控系統(tǒng)主要由三部分組成：地面控制中心，工業(yè)以太網(wǎng)和泵房控制系統(tǒng)。

地面控制中心設置在地面監(jiān)控室，設置兩臺操控站（一主一備），操控站選用高性能工控機，通過操控站對井下泵房相關(guān)設施進行集控和監(jiān)視。

工業(yè)以太網(wǎng)為泵房監(jiān)控系統(tǒng)的信息傳輸平臺，目前鶴煤九礦在建設井下電力監(jiān)控系統(tǒng)時已經(jīng)建設一套光纖工業(yè)以太網(wǎng)，并預留有RJ45接口，此次數(shù)據(jù)傳輸可以借用此網(wǎng)絡，實現(xiàn)泵房與地面操控站的數(shù)據(jù)交換。

泵房控制系統(tǒng)是井下排水自動化控制系統(tǒng)的重要組成部分，由隔爆兼本安型可編程控制器、本安操作臺、礦用球閥以及相應的傳感器等組成。

4　控制系統(tǒng)

針對現(xiàn)有控制設備的數(shù)量和特點，此次-420泵房水泵自動控制系統(tǒng)設計配置兩臺礦用隔爆兼本安可編程控制器，同時配置兩臺不間斷電源以保證可編程控制器在意外斷電的情況下能夠持續(xù)正常工作。

礦用隔爆兼本安型控制箱以PLC作為控制核心，并配備相應的I/O模塊進行數(shù)據(jù)采集和傳輸，完成水位的監(jiān)測、水泵運行工況的監(jiān)測、各閥門的開合監(jiān)測以及水泵的開停，同時配備以太網(wǎng)接口模塊，便于接入工業(yè)以太網(wǎng)傳輸平臺。

5　閘閥改造

由于主排水管路上的閘閥已經(jīng)為電動閘閥，因此對原有閘閥系統(tǒng)不做更換，進行改造接入現(xiàn)有控制系統(tǒng)。對于射流抽真空系統(tǒng)，每個泵現(xiàn)有的兩臺手動抽真空閥門不變，另增設礦用電動球閥。

6　水泵主要設備及傳感器配置

1）對于排真空管路改造配置：把每臺水泵的射流閥改成電動球閥，共8臺。

2）出口壓力監(jiān)測：在每個泵出水口配置一個壓力傳感器，共4臺，技術(shù)參數(shù)：

測量精度：±0.5%；測量范圍：0-10MPa；供電電壓：24V±6V；信號輸出：4-20mA；防護等級：IP65；防爆標志：Exia。

3）真空度監(jiān)測。

在泵進水口上端配置一個真空度傳感器，共4臺。技術(shù)參數(shù)：

測量精度：±0.5%；測量范圍：-100-0 kPa；供電電壓：24V±6V；信號輸出：4-20mA；防護等級：IP65；防爆標志：Exia。

4）流量監(jiān)測。

在每個總管路配置一臺超聲波流量計，共3臺。技術(shù)參數(shù)：

類型：外夾式；測量精度：±1.5%；測量流速范圍：0.3-12.0 m/s；工作電源：AC127 ；功耗：<10w；防護等級：IP54；防爆標志：Exd[ib]Ⅰ。

5）液位監(jiān)測。

在每臺水泵的吸水口配置一臺液位傳感器，共2臺。技術(shù)參數(shù)：

工作電壓： 15V-24V；工作電流：100mA；測量范圍：0-10m；顯示分辨率： 0.01m ；測量精度： 0.02m；使用環(huán)境：0-40℃；相對濕度： ≤98% ；防爆型式：礦用本質(zhì)安全型 ；防爆標志： ExibI。

6）泵溫度監(jiān)測。

每個泵前軸和后軸各配置一個溫度傳感器，共6個。技術(shù)參數(shù)：

量程：0-200℃；感溫元件：PT100；輸出信號：電阻信號；精度：A級 B級；防爆標志：ExibⅠ。

7）水泵電機相關(guān)電氣參數(shù)監(jiān)測。

對每臺電機配置一臺電力采集模塊和相應的電壓電流互感器，監(jiān)測電機的電壓、電流、功率、電量等參數(shù)，共4套。

7　系統(tǒng)功能

井下排水自動化控制系統(tǒng)的建設完成后，系統(tǒng)可實現(xiàn)如下功能。

7.1 顯示功能

1）工況圖：動態(tài)顯示井下泵房各泵、閥的運行工況，以及水流量的大小。

2）故障及保護顯示：實時顯示各臺水泵中各傳感器的狀態(tài)，對缺相、過電流、超溫、水泵欠壓、真空度不足等故障類型進行診斷顯示。

3）具有水泵運行主要工況檢測數(shù)據(jù)計算功能：電機輸入功率、泵軸功率、泵的輸出功率、管路效率、系統(tǒng)效率、水泵效率、噸水百米電耗，并在組態(tài)畫面上顯示。

7.2 控制方式

系統(tǒng)具備遠程自動控制、遠程單機控制、就地手動控制和檢修控制4種操作方式。

1）遠程自動控制：在地面控制中心通過計算機對水泵進行連鎖自動開泵、自動倒泵等自動控制。

2）遠程單機控制：由控制中心操作員通過計算機對泵、閥進行單機開停控制。

3）就地手動控制：現(xiàn)場人員通過設置在泵房的本安操作臺上的按鈕，實現(xiàn)對泵、閥的現(xiàn)場開?？刂?。當PLC控制系統(tǒng)故障時，不影響就地手動控制方式。

4）檢修控制：在設備檢修時，現(xiàn)場檢修人員通過本安操作臺對泵、閥進行現(xiàn)場控制。

以上控制方式的優(yōu)先級為：檢修控制——就地手動控制——遠程單機控制——遠程自動控制。此項目作為礦井自動化的子系統(tǒng)，留有以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接口，為后期礦綜合自動化系統(tǒng)接入提供標準數(shù)據(jù)協(xié)議（西門子標準s7-300PLC協(xié)議）。

5）報表功能

把需要的工況數(shù)據(jù)如電流、電壓、壓力、功率、真空度、流量、溫度、液位電量等數(shù)據(jù)做成日月年報表格式，供操作人員查詢和統(tǒng)計。

8　經(jīng)濟效益分析

該系統(tǒng)投入運行后，-420水平中央泵房實現(xiàn)了自動化控制，在保障礦井排水系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的同時，減少了操作人員的勞動強度。本系統(tǒng)設計以系統(tǒng)安全、可靠、先進為原則，系統(tǒng)實現(xiàn)了在地面控制中心對井下排水系統(tǒng)泵房的所有設備進行監(jiān)視和控制，保證設備安全可靠運行。通過水泵自動控制和多功能閥的應用，實現(xiàn)泵房無人值守，實現(xiàn)無人值守后，每天可節(jié)約人工工資約300元，每年可節(jié)約人工成本300元×30 天×12月=10.8萬元。采用遠程集中控制，每天可節(jié)約開泵時間約1小時，水泵電機功率為1250kW每天可節(jié)約用電1250kW×0.8=1000 kW/h。每年可節(jié)約用電1000×30×12=360000 kW/h折合人們幣219600元。

9　項目推廣前景及意義

-420水平泵房排水泵自動控制系統(tǒng)是綜合生產(chǎn)自動化系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)。該系統(tǒng)的信號傳輸和控制系統(tǒng)框架立足于現(xiàn)代化礦井信息化的整體設計要求，滿足了現(xiàn)代化礦井對生產(chǎn)調(diào)度全方位信息的需要，最終為安全生產(chǎn)、科學管理、調(diào)度指揮提供可靠的實時數(shù)據(jù)、信息，對推動礦井信息化建設起著重要作用，推廣應用前景廣闊。

作者簡介：梁修權(quán)，本科，助理工程師，研究方向：電氣工程及自動化

中圖分類號TD63

文獻標識碼A

文章編號1674-6708（2015）141-0137-02