董超群 馬超

中圖分類號：TD442 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）30-0272-02

1 系統(tǒng)概述

泵房自動化系統(tǒng)可實時監(jiān)測鐵礦井下排水系統(tǒng)各設(shè)備的工作狀態(tài)，對水泵成套設(shè)備的運行狀態(tài)、參數(shù)、過程進行實時監(jiān)測和節(jié)能優(yōu)化控制，具有自動控制、手動控制、就地控制和地面遠程控制四種工作方式。可實現(xiàn)礦井排水設(shè)備的自動運行、故障診斷和無人值守，使得井下排水系統(tǒng)能安全可靠、經(jīng)濟合理地運行，以達到減人增效、安全生產(chǎn)的目的。鎮(zhèn)北鐵礦井下排水中段主要為-170m水平、-210m水平和-410m水平，吳莊鐵礦井下排水中段主要為-430m水平和-480m水平。本文以兩個鐵礦為例進行項目改造說明。

2 項目改造內(nèi)容

2.1 整體改造說明

2.1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

ZPS127排水監(jiān)控裝置由礦用隔爆兼本安型可編程控制箱、礦用本安型操作臺、礦用本安型人機界面、各類傳感器和變送器、電動閘閥組成。排水系統(tǒng)不需要單獨設(shè)置上位機操作站及監(jiān)控軟件，上位監(jiān)控畫面由綜合自動化平臺實現(xiàn)。

2.1.2 抽真空改造

鎮(zhèn)北和吳莊兩個鐵礦目前均未實現(xiàn)自動化控制，抽真空方式基本采用底閥和手動操作射流的方式。本項目通過更換相應(yīng)閥門、增加真空泵（一用一備）、改造抽真空管路、增加相應(yīng)傳感器、控制器設(shè)備實現(xiàn)礦井主排水自動化與無人值守，改造后系統(tǒng)采用真空泵抽真空的方式。

2.2 具體實施內(nèi)容

（1）更換原來的手動閘閥作為電動閘閥，在輸水管道中保留手動球閥，并并聯(lián)連接電動球閥。增加真空泵及啟動設(shè)備并改造抽真空管路。

（2）在輸水管道和負(fù)壓傳感器中安裝正壓傳感器。每個泵配備有出口壓力傳感器、噴射泵控制閥和流量計。

（3）-165m水平無預(yù)埋溫度傳感器，增加外貼式PT100傳感器采集電機、水泵溫度信號。

（4）為水倉配置2臺液位計實時監(jiān)測水倉水位。

（5）每個泵房配置PLC控制柜、小功率多回路組合開關(guān)柜、集中操作臺等設(shè)備，滿足井下就地控制需求。

（6）在地面監(jiān)控室配置操作站（采用綜合自動化系統(tǒng)操作站）。

（7）每臺PLC主站配置以太網(wǎng)通訊模塊，保證該控制系統(tǒng)能夠通過以太網(wǎng)接入礦井工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，實現(xiàn)水泵監(jiān)控子系統(tǒng)與全礦井的監(jiān)控系統(tǒng)信息共享。

3 系統(tǒng)特點

系統(tǒng)采用三級控制結(jié)構(gòu)，控制可在可編程控制箱、操作臺、地面操作站上進行，實現(xiàn)就地、集中和遠程控制；

系統(tǒng)PLC點數(shù)規(guī)模滿足真空泵與射流方式同時實現(xiàn)自動化控制的點數(shù)需求，為后續(xù)系統(tǒng)升級改造及系統(tǒng)I/O點冗余提供基礎(chǔ)；

采用高可靠性的模塊化結(jié)構(gòu)可編程控制器，系統(tǒng)有良好的靈活性、擴展性，可適用于各種規(guī)模和配置的井下泵房；

可通過以太環(huán)網(wǎng)連到地面監(jiān)控中心，單獨構(gòu)成排水子系統(tǒng)或并入到全礦井綜合自動化系統(tǒng)中，實現(xiàn)地面遠程監(jiān)控；

就地操作臺配置本安型人機界面，實現(xiàn)就地顯示，同時支持觸摸功能，大大簡化人員操控的復(fù)雜度；

多個排水泵房之間可以設(shè)置邏輯關(guān)系，實現(xiàn)聯(lián)合調(diào)度和優(yōu)化調(diào)度；

根據(jù)長期的運行歷史數(shù)據(jù)，得出各泵的實際運行效果與理論設(shè)計的對比分析；

可以與設(shè)備管理軟件對接，提供運行參數(shù)和起停狀況，實現(xiàn)預(yù)防性維修；

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，功能先進，采用多重抗干擾技術(shù)，故障自診斷能力強，運行可靠性高。

4 系統(tǒng)功能

（1）集中式控制器用于監(jiān)控泵房的運行。它可以自動和手動控制泵的啟動和停止以及閘閥的開啟、關(guān)閉和打開。具有自診斷功能，可實現(xiàn)泵房無人值守運行。

（2）控制系統(tǒng)通過以太網(wǎng)與煤礦工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)相連，實現(xiàn)泵監(jiān)控子系統(tǒng)與礦井監(jiān)控系統(tǒng)之間的信息共享。

（3）集中式控制器采用諧波PLC和先進的過程控制軟件，考慮礦井的各種安全信息，實現(xiàn)井下排水監(jiān)控系統(tǒng)的最優(yōu)控制策略。

（4）井下排水監(jiān)測系統(tǒng)的報警信息表明，報表的統(tǒng)計處理集成到整個礦井監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)中。所有數(shù)據(jù)都可以存儲在數(shù)據(jù)庫中以供以后調(diào)用。

（5）泵房現(xiàn)場采用圖形界面結(jié)合現(xiàn)場操作，最大限度地簡化操作和狀態(tài)顯示。

（6）旋轉(zhuǎn)巡檢功能，自動泵旋轉(zhuǎn)。

（7）結(jié)合水槽水位和整個礦井的電力負(fù)荷信息，根據(jù)“移峰填谷”的原則確定泵的啟停時間。

（8）實現(xiàn)遠程編程、現(xiàn)場編程、完善修改系統(tǒng)功能。

（9）水泵監(jiān)控子系統(tǒng)支持三種工作方式，“自動”、“手動”、“檢修”。該系統(tǒng)自動打開，停止泵的運行，并可根據(jù)工作條件的設(shè)定、時間、水位和電負(fù)荷實現(xiàn)泵閥的聯(lián)鎖啟動，并能實時控制所有的操作參數(shù)。通過接口分析數(shù)據(jù)。

（10）自動模式：地面運行站的計算機根據(jù)設(shè)定的開啟時間、電峰谷、水箱水位等預(yù)設(shè)條件自動開啟泵。

①當(dāng)水位達到高水位或不處于高水位且處于低功耗期間時，泵將自動啟動操作。

②當(dāng)水位不在高位時，在耗電高峰時自動停止泵。

③當(dāng)水位達到上限水位時，“運行泵和備用泵”將自動運行直至水位低于高水位，“備用泵”停止運行，僅運行“運行泵”，當(dāng)水位達到正常值時泵自動停止。低水平，處于電力消費高峰時期。

④當(dāng)正壓和流量不足時自動關(guān)閉管路，停止操作并報警。

⑤當(dāng)泵出現(xiàn)故障時，可及時報警，自動打開備用泵。

⑥根據(jù)所用泵的數(shù)量和水位的變化率，可以判斷礦井涌水量，并確定水泵的增產(chǎn)數(shù)量。

（11）手動：操作人員根據(jù)水位顯示水位，手動打開水泵并確定泵的開度臺數(shù)，通過PLC自動執(zhí)行電機和閥的開閉，即PLC完成單泵真空泵、開式液壓閥等自動控制。完成操作停止。

（12）檢修：操作任何泵電機、閘閥、電磁閥開關(guān)。相互的行動并沒有相互鎖定。

（13）執(zhí)行水泵運行參數(shù)的監(jiān)控，包括水位、電壓、電流、壓力、功率、溫度、真空度等。

（14）具有較強的兼容性和可擴展性。

5 監(jiān)測參數(shù)

安全控制離不開完整的監(jiān)控。泵的自動控制系統(tǒng)的監(jiān)測信號為設(shè)備的控制提供了可靠的保證。該控制系統(tǒng)是在PLC泵房集中控制站的井下泵房集中控制室中，根據(jù)工藝流程采集各種信號，控制各種泵及相應(yīng)的電動閘閥，顯示各種工作狀態(tài)。整個集中控制系統(tǒng)由PLC集中控制和監(jiān)控部分和現(xiàn)場設(shè)備組成。

6 結(jié) 語

該系統(tǒng)通過增加PLC和壓力、液位傳感器、局部操作臺、高壓保護器等方式實現(xiàn)了主排水自動化。該系統(tǒng)與綜合自動化平臺相連接，通過骨干環(huán)網(wǎng)實現(xiàn)遠程控制功能。

參考文獻

[1]車永軍，王成真，杜利宏.煤礦井下中央水泵房自動化排水系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J].煤礦開采，2013，18（05）：28～31+37.

收稿日期：2018-9-12