趙偉 閔濤 邵長存

引言

以新安煤礦井下排水系統(tǒng)為例，井下共有3個水平泵房，為達到提高排水效率、減員增效、節(jié)能減排等目的，對井下排水系統(tǒng)進行了自動化改造。在井下各泵房建立PLC控制系統(tǒng)，地面設立集控中心，從而實現(xiàn)對整個井下排水系統(tǒng)的實時監(jiān)控。

1.概述

1.1現(xiàn)場設備情況

1.1.1-100水平泵房。采用3臺D155-67X4型礦用耐磨多級泵，配套電機型號為JK133-2/6KV/220KW，直接啟動；

1.1.2中央泵房。采用5臺D450-60X7型礦用耐磨多級泵，配套電機型號為Y4503-4/6KV/800KW，串電抗器降壓啟動；

1.1.3-392水平泵房。采用3臺MD155-67X5型礦用耐磨多級泵，配套電機型號為YB400S2-2/6KV/220KW，直接啟動；

1.2主要水泵設備管理的難點

（1）手工操作，達不到減員增效的目的，可靠性差；（2）設備狀態(tài)、工作時間難掌握；（3）運行參數(shù)缺少監(jiān)測；（4）礦井涌水量由人為統(tǒng)計，可靠性差；（5）地面調度不能及時清楚地了解水位變化及水泵的運行情況，難以實現(xiàn)科學調度，造成系統(tǒng)能耗高，效率低，水泵系統(tǒng)運行成本費用高。

2.系統(tǒng)功能

2.1控制方式

就地控制、井下集控、遠程控制、全自動控制。

2.2保留了設備原有手動控制方式，手動控制具有優(yōu)先控制權，保證了即使系統(tǒng)出現(xiàn)崩潰，也可以在手動控制下實現(xiàn)水泵的正常工作。

2.3實時監(jiān)測水倉水位、壓力、負壓、流量、效率、電壓、電流、功率、軸溫及定子溫度等參數(shù)。

2.4通過攝像頭將水泵工況畫面?zhèn)鬏數(shù)降孛嬷笓]中心，使地面指揮中心能夠直觀的看到水泵現(xiàn)場的具體情況。

2.5實現(xiàn)設備的遠程監(jiān)控，可以通過圖、表、曲線等方式進行數(shù)據(jù)顯示及分析處理。水泵機組運行參數(shù)歷史數(shù)據(jù)報表形式查詢顯示和打印。

2.6故障判斷和報警。

（1）具有就地及地面集控兩處故障顯示功能，并顯示故障類型。（2）數(shù)據(jù)庫中記錄：自動生成運轉日志。（3）故障排除后，可實現(xiàn)安全復位功能。

2.7系統(tǒng)可進行人員管理、設備管理、檢修管理、故障管理及運行管理。

2.8引入多水平排水系統(tǒng)優(yōu)化控制策略。

2.9可并入全礦自動化系統(tǒng)。

3.系統(tǒng)實施方案

3.1建立集中控制中心

在地面監(jiān)控室建立集中控制中心，實現(xiàn)對井下水泵房機電設備的遠程監(jiān)測控制。

3.2自動監(jiān)控系統(tǒng)

每個水平設計一套泵房水泵自動監(jiān)控系統(tǒng)，主、從站之間通過PROFIBUS-DP總線形式通訊，主站以RS-485總線（MODBUS協(xié)議）形式與開關綜保通訊，來讀取電參量。該系統(tǒng)可以通過千兆以太網(wǎng)和地面調度中心通訊實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，可以通過MPI總線形式與泵房內就地操作屏通訊實時顯示數(shù)據(jù)并可對系統(tǒng)進行運行控制。

3.3對泵房機械電氣設備進行改造

（1）在原有射流抽真空的基礎加兩套真空泵裝置互為備用。（2）將射流及真空泵管路手動球閥全部更換成電動球閥。（3）將手動出水閘閥更換成電動閘閥。（4）安裝各種傳感器（壓力、負壓、流量、液位、溫度等）。

3.4安裝調試

（1）實現(xiàn)就地控制。對水泵機組進行逐臺進行電控改造滿足電控要求后，首先進行就地控制的安裝調試，實現(xiàn)執(zhí)行機構的一對一控制。

（2）井下觸摸屏控制。將現(xiàn)場傳感器采集數(shù)據(jù)及執(zhí)行機構的控制變量納入半自動控制邏輯，并于觸摸屏監(jiān)控軟件進行組態(tài)連接，實現(xiàn)井下觸摸屏集控。

（3）遠程控制。在PLC控制軟件中并入遠程控制點，遠程控制終端通過OPC下發(fā)的控制指令實現(xiàn)遠程控制，同時現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)通過OPC上傳至遠程監(jiān)控終端的實時數(shù)據(jù)庫。

（4）自動控制。軟件投入后，實現(xiàn)了水泵機組的自動控制，水泵按照水位等因素自動啟停，并根據(jù)累積運行時間實現(xiàn)均勻磨損。

4.系統(tǒng)結構

4.1控制系統(tǒng)總體結構

系統(tǒng)采用現(xiàn)場層（遠程IO）、控制層（PLC）和管理層（遠程工業(yè)計算機）組成的三級控制系統(tǒng)來實現(xiàn)排水系統(tǒng)的自動控制。PLC作為控制器完成邏輯處理和控制任務，遠程IO實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和上傳，各水平之間通過專門的控制網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和統(tǒng)一調度控制。

4.2單水平集控系統(tǒng)

系統(tǒng)由PLC、觸摸屏、檢測部分、執(zhí)行部分等組成。

4.3現(xiàn)場級控制網(wǎng)絡

系統(tǒng)采用目前較為成熟的現(xiàn)場總線實現(xiàn)設備層和控制層的連接。

4.4分站間數(shù)據(jù)交換

系統(tǒng)設立三個水平的控制分站，要實現(xiàn)整個排水系統(tǒng)的統(tǒng)一調度和管理，三個水平的控制分站之間需要交換必要的監(jiān)測、控制信息。

4.5遠程監(jiān)控網(wǎng)絡

各分系統(tǒng)與調度中心監(jiān)控終端連接采用拓撲結構的以太網(wǎng)。

5.系統(tǒng)特色

本系統(tǒng)分別引入了綜合管理功能、最優(yōu)控制策略和系統(tǒng)可靠性保障。

5.1綜合管理功能

可進行人員管理、設備管理、檢修管理、故障管理及運行管理。具備相關信息顯示，值班人員安排，操作員權限設置等?？商峁┲髋潘畬嵤┑南嚓P信息，如設備型號、參數(shù)、運行累計時間、檢修日期提示、檢修情況記錄、顯示設備的當前狀態(tài)。設備出現(xiàn)故障時，對設備的維護起到一定的指導作用。能根據(jù)一定時期內水泵的運行狀況給出水泵性能評估。

5.2控制策略

針對排水系統(tǒng)的變量（涌水速率）非線性特點建立多水平排水系統(tǒng)功耗模型，避峰填谷、實時動態(tài)修改當前排水方案，有效降低噸水排出費用。

5.3系統(tǒng)可靠性保障

（1）設備可靠性保障

利用C#平臺開發(fā)了排水系統(tǒng)控制軟件的輔助管理模塊，對設備進行統(tǒng)一的管理。設備的累計工作時間、工況情況等存入歷史數(shù)據(jù)庫，監(jiān)控軟件的設備輔助管理模塊讀取相應數(shù)據(jù)后進行邏輯處理，給出維護意見，從管理上來彌補設備本身在可靠性上的不足。

（2）傳感器可靠性保障

對于局部傳感器（壓力、負壓、流量等），主要采取自診斷方式判斷其是否正常工作，出現(xiàn)異常報警，提示工作人員進行維護或者更換。

（作者單位：山東能源棗礦集團新安煤業(yè)公司）