鄭培飛（福建省永安煤業(yè)有限責任公司）

井下自動化排水系統(tǒng)關鍵技術的應用

鄭培飛（福建省永安煤業(yè)有限責任公司）

介紹了礦山井下中央泵房排水自動化系統(tǒng)井下運行時關鍵環(huán)節(jié)的技術應用及解決方案，如多級泵啟動前真空度檢測系統(tǒng)的優(yōu)化、水位檢測系統(tǒng)選型的優(yōu)化、系統(tǒng)失電對高揚程礦井水泵消除水錘方案、機械電氣故障自診斷系統(tǒng)的應用、避峰填谷節(jié)能技術的運用。提高了礦山井下中央泵房排水自動化系統(tǒng)的安全性。

排水；自動化；系統(tǒng)優(yōu)化；獨特技術應用

前言

現(xiàn)有國內(nèi)礦山井下中央泵房排水自動化系統(tǒng)已經(jīng)在多家礦山應用運行，由于工況的復雜性，大部分都存在或多或少的問題，導致全自動運行時存在隱患甚至不能自動化運行。我公司在豐海煤礦、小華煤礦的主排水系統(tǒng)及仙亭煤礦生活供水系統(tǒng)中，同時應用了多項新的技術，保證了供排水自動化全自動運行的可靠性，同時也起到了節(jié)能降耗的作用。

1　真空度檢測系統(tǒng)優(yōu)化

（1）目前市場上絕大多數(shù)廠家在水泵啟動前檢測真空度采用以下兩種方法：

①在進水管安裝真空度壓力變送器檢測負壓值，由于檢測管道中氣水混合且流速很高，負壓變送器很難及時反應出當前負壓值，經(jīng)常出現(xiàn)明顯管道中氣未排凈但是壓力顯示已經(jīng)到達負壓設定值，導致程序判斷失誤，水泵干抽，特別是不銹鋼耐腐多級泵很容易形成葉輪燒死，導致整臺水泵需返廠維修或直接報廢；

②在壓力變送器不能準確判斷時，大部分廠家采用時間判斷，即開啟真空泵或射流泵后，不檢測真空度，而是直接采用延時啟動水泵的方法，這種方法對于真空度的檢測和控制幾乎沒有，對水泵的保護更加缺失。

（2）新采用技術：使用德國進口水流開關配合壓力變送器檢測

采用德國原裝進口的水流檢測裝置完美的解決了水泵真空度難檢測的問題：在水泵進水管增加水流檢測管道，安裝該水流檢測裝置，通過檢測真空管道水流量的方式精確檢測水泵真空度，確保水泵在真空度達到要求后啟動。同時以負壓變送器檢測為輔助檢測手段，對兩個數(shù)據(jù)的同時比較，更加精確的判斷水泵的引水效果。

2　水位檢測系統(tǒng)選型的優(yōu)化

（1）目前國內(nèi)其他廠家一般選用單個浮球開關或單個液位計進行檢測，在傳感器出故障后整個自動化系統(tǒng)將癱瘓；

（2）采用技術：冗余設計及獨特選型

①冗余設計

水位監(jiān)測系統(tǒng)使用冗余設計：使用兩臺互相備用的超聲波液位計檢測水倉水位，PLC系統(tǒng)設有檢測判斷程序，當主液位計出現(xiàn)故障導致信號不準確時，系統(tǒng)會自動切換至備用液位計；

同時系統(tǒng)設計兩個浮球開關檢測水倉水位，該信號為開關量信號，作為最終保障：當兩臺液位計全部故障，浮球開關設置為水位高及水位超高信號，系統(tǒng)接收后會自動甩開液位計信號，根據(jù)浮球開關信號控制系統(tǒng)動作（見圖1）。

②對于水面有波浪水倉的水位檢測

選用超聲波液位計檢測水倉液位，針對水面有波浪的水倉，一般采用導波管測量法，即在超聲波探頭下方加一根DN100以上的PVC管，固定于水倉池壁，PVC管底部與最低液位設定點持平，保證管內(nèi)壁光滑無毛刺即可，此時水面的波浪就無法影響到超聲波液位計的檢測，保證了檢測的可靠性。

圖1

3　系統(tǒng)失電對高揚程礦井水泵消除水錘方案

（1）國內(nèi)礦山中高揚程礦井對于系統(tǒng)失電造成的水錘損害沒有特別好的辦法；

（2）在排水自動化項目中可應用EPS應急電源，該電源自有逆變技術，SPWM+IGBT良好的高速開關特性；具有高電壓和大電流的工作特性；采用電壓型驅動，只需要很小的控制功率。總的容量可供失電后水泵閘閥動作及泵房照明。

在系統(tǒng)失電時，自動化系統(tǒng)供電自動切換到EPS輸出，此時系統(tǒng)自動關閉水泵出口電動閘閥以達到消除水錘、保護水泵的目的。我公司在三個礦井自動化排水系統(tǒng)中因有設置截止閥，因此均未應用EPS電源系統(tǒng)。

4　機械電氣故障自診斷系統(tǒng)的應用

（1）目前國內(nèi)礦山排水自動化系統(tǒng)沒有機械電氣故障自診斷系統(tǒng)應用先例；

（2）此系統(tǒng)以多年礦山排水自動化運行及調(diào)試經(jīng)驗積累編寫的數(shù)據(jù)庫為核心，在線監(jiān)測系統(tǒng)各項關鍵參數(shù)與數(shù)據(jù)庫進行實時比對，在故障發(fā)生前進行預警，故障發(fā)生后及時報警；

在每個報警發(fā)生后，用戶可在故障列表界面發(fā)現(xiàn)閃爍的故障報警，此時可點擊該報警條，點擊后會彈出一個故障自診斷界面：界面上會列舉出各項會引起該故障的各種因素，并詳細的介紹了該如何去查詢、處理該故障，為緊急排除故障保證生產(chǎn)提供了有力的幫助。

以1#水泵電機A相溫度高報警為例：當系統(tǒng)檢測電機A相溫度超過125℃時，系統(tǒng)上位機主畫面會跳出報警條：“1#水泵電機A相溫度高報警”，且在不停的閃爍，此時可用鼠標點擊該報警條，進入該報警畫面，因為同時CPU在檢測電機電流信號、電壓信號，系統(tǒng)會根據(jù)其他信號進行分析，如果其他兩相繞組溫度正常，電流正常，電壓正常，主畫面會給出兩個選項提醒用戶檢查：

①檢查電源是否虛接；

②停止電機運轉，測量電機各繞組的電阻值，比較A相繞組靜態(tài)阻值是否比其他兩項大，如果確定則是電機本身故障；

如果系統(tǒng)檢測到其他兩相繞組溫度同樣報警，且電流都超大，主畫面則會提醒：

①檢查電源電壓是否偏高；

②檢測水泵是否過載或堵轉等。

5　避峰填谷節(jié)能技術的應用

避峰填谷原則是指礦山生產(chǎn)過程中，針對不同時段采用不同電價的區(qū)別電價政策。一般來說在白天用電高峰的時候電價比較高；夜間則電價比較低。針對這一實際情況在高電價時間段將一臺、兩臺水泵的啟動水位增加一個修正值：△H，△H＞0，即將水位向上修正，這樣就達到了在白天減少水泵啟動時間的作用（見圖2）。

經(jīng)過一段時間的試運行，經(jīng)統(tǒng)計得出：實施避峰填谷及不實施避峰填谷所消耗的電量對比是很可觀的，一年運行下來每個水倉均能節(jié)省大筆的電費。

6　結語

通過對礦山井下中央泵房排水自動化系統(tǒng)關鍵環(huán)節(jié)的特殊設計、選型，新技術的應用后，極大的提高了故障的應對能力，使自動化在井下的應用更加成熟可靠，同時也極大的方便了檢修就維護，對礦井安全生產(chǎn)具有極大的意義。

圖2

TP273

A

2095-2066（2016）25-0266-02

2016-8-22

［1］西門子（中國）有限公司自動化與驅動集團.S7-300可編程序控制器系統(tǒng)手冊，2004.

［2］崔 堅，李 佳.西門子工業(yè)網(wǎng)絡通信指南.2004，9.