王玉彬 方 政 孫曉鵬

礦山井下深部排水遠程/自動控制系統(tǒng)設(shè)計應用

王玉彬 方 政 孫曉鵬

山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司三山島金礦，山東 煙臺 261400

-780m水泵房承擔著西山礦區(qū)-690m中段以下的排水重任，日排水量從2000m3逐漸增加到12000m3以上，-780m泵房在深部安全生產(chǎn)中的作用越來越重要。但由于分礦人員配置不足，長期以來，-780m泵房的排水作業(yè)都是由-690m泵房水泵操作工兼顧，水泵操作工往返于-690m泵房及-780m泵房之間，工作強度較大，而且，一旦-780m泵房出現(xiàn)突發(fā)狀況，操作工無法及時發(fā)現(xiàn)，快速處理，存在極大的排水安全隱患。為解決這一難題，并積極響應集團關(guān)于“機械化換人，自動化減人”的號召，西山分礦技術(shù)員經(jīng)過仔細的技術(shù)探討研究，設(shè)計出一套安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟的遠程控制系統(tǒng)。

遠程控制；降低勞動強度；減員增效

一、立項背景

-780m水泵房于2016年4月份投運以來，承擔著西山分礦-690m中段以下的排水重任，日排水量從2000m3逐漸增加到12000m3以上，-780m泵房在深部安全生產(chǎn)中的作用越來越重要。但由于分礦人員配置不足，長期以來，-780m泵房的排水作業(yè)都是由-690m泵房水泵操作工兼顧，水泵操作工往返于-690m泵房及-780m泵房之間，工作強度較大，而且，一旦-780m泵房出現(xiàn)突發(fā)狀況，操作工無法及時發(fā)現(xiàn)，快速處理，存在極大的排水安全隱患。

為解決這一難題，并積極響應集團關(guān)于“機械化換人，自動化減人”的號召，西山分礦技術(shù)員經(jīng)過仔細的技術(shù)探討研究，設(shè)計出一套安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟的遠程控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實現(xiàn)遠程/自動控制切換，高、低水位視、聽報警保護，故障蜂鳴報警，可遠程控制射流泵的啟停、電動閥門的啟停和水泵的啟停，可視頻監(jiān)控-780m泵房內(nèi)的狀況，并對水倉水位、電動閥門位置等重點部位施行高清監(jiān)控，給-780m泵房提供經(jīng)濟、安全、有效的遠程自動控制系統(tǒng)，以減輕工人勞動強度，提高設(shè)備自動化管理水平，保證排水的安全性。

二、實施方案

本項目的實施方案為：該遠程/自動控制系統(tǒng)將傳統(tǒng)繼電器控制與視頻監(jiān)控系統(tǒng)和電機固態(tài)軟啟動系統(tǒng)有效結(jié)合，包括一個遠程控制箱(位于-690m泵房值班室)、一個現(xiàn)場電源箱、一個視頻監(jiān)控系統(tǒng)、一個HPISD型數(shù)字式智能電機軟啟動器以及若干傳感器和執(zhí)行元件。

本項目控制系統(tǒng)電路圖如下：

本項目中TC為控制變壓器，容量200VA，一次電壓380v，二次電壓220v、24v，為控制系統(tǒng)提供電源。

本項目中共計三個按鈕開關(guān)，其中SA為遠程/自動控制切換開關(guān)，用于遠程控制及自動控制切換；SA1為射流泵電磁閥控制按鈕，用于啟停射流泵電磁閥；SB為報警信號解除開關(guān)，用于操作工聽到報警電鈴手動解除。

本項目中共計6個繼電器，電壓均為AC220v，其中KZ為遠程/自動控制切換中間繼電器；SJ1、SJ2為時間繼電器，控制射流泵電磁閥YV1、YV2的啟停；K3、K4為高、低水位信號輸出中間繼電器，控制高、低水位報警及自動狀態(tài)下的射流泵、水泵啟?？刂菩盘?；KA為報警信號解除繼電器，用于電鈴報警信號解除。

本項目中為改變傳統(tǒng)的人工操作模式，將射流泵手動操作閥改為Q941F-16P DN25/220VAC型電動法蘭球閥，由上述開關(guān)SA1和繼電器SJ1、SJ2控制；

本項目總水倉水位的監(jiān)控由EMMOTT-CY3800分體式四線制標準型超聲波液位儀(YWX)實現(xiàn)，該液位儀利用超聲波在空氣中的傳播速度，測量聲波在發(fā)射后遇到液位發(fā)射回來的時間，根據(jù)發(fā)射和接受的時間差計算發(fā)射點到液位的實際距離，通過換算得到液位值，具有測量準確、抗干擾能力強的優(yōu)點。本項目中利用液位儀高、低位繼電器常開輸出觸點(J1、J2)作為高、低水位報警信號輸出。

本項目中故障報警信號來自于HPISD型數(shù)字式智能電機軟啟動器的故障繼電器K3，HPISD固態(tài)軟啟動柜具有短路、過載、電壓缺相、電流缺相等電機綜合保護功能。若水倉水位未到達指定高低位而電鈴報警，則為主電機系統(tǒng)故障。

為進一步提高該系統(tǒng)排水的安全系數(shù)，杜絕因電器元件故障引起的排水安全事故，發(fā)揮人工的主觀能動性，在該系統(tǒng)中加入視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對射流泵引水管、電動閥門、水倉上方等局部重點部位架設(shè)高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)，使系統(tǒng)排水安全形成雙重保護。

三、科技含量

(一)電氣系統(tǒng)設(shè)計合理，功能完善，投資小，施工快捷，且可在自動控制與手動操作之間相互切換，方便不同的工作、檢修需求；

(二)系統(tǒng)控制電源采用24V，安全可靠；

(三)采用Q941F-16P DN25/220VAC型電動法蘭球閥替代射流泵手動操作閥，由安裝在2#泵房內(nèi)總控箱開關(guān)SA1和繼電器SJ1、SJ2，來實現(xiàn)對3#泵房內(nèi)水泵的遠程控制；

(四)總水倉水位監(jiān)控由EMMOTT-CY3800分體式四線制標準型超聲波液位儀(YWX)實現(xiàn)，該液位計具有測量準確、抗干擾能力強的優(yōu)點。

(五)故障報警信號采集由HPISD型數(shù)字式智能電機軟啟動器來實現(xiàn)。并且該柜具有短路、過載、電壓缺相、電流缺相等電機綜合保護功能，所以當水倉水位未到達指定高、低位而報警時，即可斷定為主電機系統(tǒng)故障，方便了維修人員的相關(guān)排故工作。

(六)視頻監(jiān)控方面，采用節(jié)能環(huán)保型LED照明燈作為光源，采用高清攝像頭、監(jiān)控電腦進行24小時實時全程監(jiān)控。遠控報警與視頻監(jiān)控的聯(lián)合使用，而實現(xiàn)了對3#泵房的雙重監(jiān)控與保護，提高了泵房現(xiàn)場管理的安全性與可靠性。

(七)該系統(tǒng)主控部分IP防護等級為55，部分接觸水的部件IP防護等級為IP57，確保了整個系統(tǒng)的安全性與可靠性。

四、效益分析

本項目自2016年7月開始投入運行，對3#泵房各水泵進行遠程/自動控制，及實時視頻監(jiān)控。在一年多的使用中，其控制系統(tǒng)和水泵、電機運行正常，提高了井下排水的安全性和自動化程度，減輕了工人的勞動強度，達到了減員增效的目的。

經(jīng)濟效益方面：按相關(guān)規(guī)定，泵房應配備8名操作人員，人均工資6000元；日常吉普車運輸、維修費用，專用24小時排故吉普車采購、運輸及維修費用，保守地按每月2000元/人計算，去除系統(tǒng)建設(shè)費用10萬元，則每年可創(chuàng)造經(jīng)濟效益：(0.6+0.2)×8×12-10=66.8萬元；

社會效益方面：本項目適用于海底深井礦山中，要求局部實現(xiàn)自動控制的臨時系統(tǒng)中，具有科技含量相對較高、安全可靠、投資小、安裝迅速、易于使用與維護的優(yōu)點，對于提高設(shè)備的局部自動化管理水平具有較高的促進意義。

[1]李益華.自動控制原理湖南大學出版社.

[2]王兆晶.維修電工機械工業(yè)出版社.

TD

A

1006-0049-(2017)22-0207-01