摘要:介紹了井下排水系統(tǒng)集中監(jiān)測的意義,根據(jù)水泵房現(xiàn)場情況以及水泵在線監(jiān)測與集控系統(tǒng)的功能需求,設計了一種井下排水自動控制系統(tǒng),從而達到遠程監(jiān)測與控制的目的。
關鍵詞:井下排水系統(tǒng);集中監(jiān)測;遠程控制
1 井下排水系統(tǒng)集中監(jiān)測的意義
(1)在地面集中監(jiān)測控制水泵,減少現(xiàn)場人員,進而降低人員傷亡的可能性;同時,改善工人工作環(huán)境,提高安全系數(shù),確保職工人身安全。
(2)實現(xiàn)現(xiàn)場無人值守和定期巡檢,可減少看護人員,有效降低人員成本;實現(xiàn)設備自動控制,減少員工工作壓力。
(3)按期巡檢,變被動事后修理為主動按期修理,提高設備利用率及設備維護效率,避免不必要的故障發(fā)生。
(4)通過全面的數(shù)據(jù)監(jiān)測,對水泵、電機等設備進行有效保護,避免人工操作失誤,延長設備使用壽命。
(5)根據(jù)水池液位開停水泵,有效增加水泵運轉時間,減少運營資金;可利用調整水泵的啟停時間,避開用能高峰期,“躲峰用谷”,節(jié)約電量開支。
(6)通過集中、全面的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控,提高人員對設備的故障分析、判斷能力,減少停機事故,提高排水能力。
(7)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,報警聯(lián)動,加強調度管理,提高調度管理能力,減少礦井災難發(fā)生。
(8)為自動化體系搭建一個高速、安全、牢靠的管理平臺,發(fā)揮自動化體系的綜合管理功能;實現(xiàn)金廠峪管控一體化,提高金廠峪的安全生產調度管理水平。
2 水泵房現(xiàn)場情況
(1)該水泵房為在建水泵房,水泵房主要由2臺380 V、110 kW的電機和2臺型號為160DL-100-75的配套離心立式水泵組成,水泵排水量為100 m3/h,揚程為160 m,功率為75 kW。
(2)每臺離心泵利用回水管道灌水,出口直徑為168 mm。
(3)水泵出口需配備遠傳數(shù)顯壓力表。
(4)2臺主泵共用1個水倉,水倉深度在5 m左右。
3 水泵在線監(jiān)測與集控系統(tǒng)需實現(xiàn)的功能
(1)常規(guī)參數(shù)近程/遠程實時監(jiān)測功能,實現(xiàn)近程/遠程實時雙重顯示,主要實現(xiàn)以下參數(shù)監(jiān)測:1)每臺水泵電機電流、電壓、功率等電參數(shù)監(jiān)測;2)出口壓力、排水流量、水倉水位監(jiān)測;3)電機軸承溫度、水泵軸承溫度監(jiān)測;4)電機、水泵、閥門狀態(tài)監(jiān)測。
(2)實現(xiàn)故障實時監(jiān)測與報警處理:1)每臺水泵電流異常、電壓缺相等電參數(shù)異常;2)出口壓力過高異常;3)軸承溫度過高異常;4)水倉液位過低、水倉液位過高等異常報警;5)電機、水泵、閥門狀態(tài)異常報警。
(3)實現(xiàn)每臺水泵遠程/近程集中控制,實現(xiàn)現(xiàn)場無人值守:1)實現(xiàn)集控、就地互鎖操作;2)實現(xiàn)近程/遠程互鎖操作;3)實現(xiàn)自動/手動互鎖操作;4)實現(xiàn)PLC控制降壓啟動,穩(wěn)定運行;5)實現(xiàn)手動/自動模式運行,手動模式互相獨立運行,自由啟停;6)實現(xiàn)自動模式智能啟停,智能運行。
(4)實現(xiàn)遠程組態(tài),動畫模擬現(xiàn)場水泵實時狀態(tài),遠程還原水泵實際運行狀態(tài)。
4 系統(tǒng)結構組成及控制原理
整個泵站遠程集控系統(tǒng)由以PLC為中心的控制柜、各種傳感器、現(xiàn)場顯示儀表以及傳輸線路組成,在現(xiàn)有電控系統(tǒng)基礎上,現(xiàn)有水泵、電機及主管道連接不變動的情況下,對最小的輔助管道進行改動,增加各種傳感器及輔助檢測裝置,以最經濟、最安全、最穩(wěn)定的控制方案,實現(xiàn)遠程集中控制,實現(xiàn)井下無人值守。
本系統(tǒng)在每臺主泵啟動時,利用潛水泵對兩臺主泵進行灌水;利用水滿檢測裝置,監(jiān)控灌水狀態(tài);將現(xiàn)有水泵啟動柜與PLC控制柜啟?;ユi,利用原動力柜進行啟動;采集原動力柜的三相電流、三相電壓和有功功率等電氣參數(shù),傳輸至PLC控制箱,各種傳感器參數(shù)也傳至PLC控制箱,由PLC控制箱進行決策控制,同時,通過通信接口與地面主控站相連,在主控站進行組態(tài)。水泵房水泵監(jiān)測現(xiàn)場系統(tǒng)如圖1所示。
5 系統(tǒng)組態(tài)實現(xiàn)的主要功能
(1)水泵操作分為現(xiàn)場操作(近程操作)和遠程操作,近程操作和遠程操作都有自動和手動兩種操作方式,轉換靈活,使用方便。
(2)自動管理水泵房的水泵組,達到自動啟泵、自動停泵的全自動無人值守目的。
(3)實時在線監(jiān)測水泵各工況參數(shù),包括水倉水位、管道流量、運行電壓、運行電流、電機功率、出口壓力、軸承溫度、水泵運行狀態(tài)等。
(4)通過對電參數(shù)(如運行電流、運行電壓)進行分析,判斷水泵的運行狀態(tài),針對水泵不上水、缺相、電流/電壓異常等狀況,及時報警并停機。
(5)通過對水泵的功率、效率、電耗、工況點等進行分析,可調整開停機時間,避開電力負荷高峰期,削峰填谷,節(jié)約電費開支,確保經濟運行。
(6)通過對出口壓力、軸承溫度、管道流量等參數(shù)的分析,判斷水泵是否出現(xiàn)故障,若是,及時報警。
(7)當主水泵出現(xiàn)故障時,能自動開啟備用水泵;當一臺泵不能滿足排水需求時,根據(jù)涌水量,自動確定開啟水泵的臺數(shù)。
(8)系統(tǒng)根據(jù)水池液位,可結合分時計費和“躲峰用谷”原則,決定水泵的開停時間。同時,根據(jù)液位控制水泵,實現(xiàn)兩臺水泵相互輪流使用。
(9)操作站上的監(jiān)控軟件以水泵房現(xiàn)場為原型,一對一動態(tài)顯示水泵、閥門、水流的運行狀態(tài)以及各個儀表的數(shù)據(jù)參數(shù)。
(10)具有完善的參數(shù)設置、數(shù)據(jù)查詢和報表處理系統(tǒng),可隨時根據(jù)客戶運行要求,修改系統(tǒng)配置參數(shù),查詢水泵運行數(shù)據(jù),打印水泵運行報表。
(11)具有完善的操作權限管理系統(tǒng)、故障報警處理系統(tǒng)、現(xiàn)場及遠程聯(lián)鎖控制系統(tǒng),使系統(tǒng)運行更安全。工控機組態(tài)如圖2所示。
6 結語
本文主要闡述了井下排水自動控制系統(tǒng)的應用情況,在無人值守的作業(yè)環(huán)境下,該系統(tǒng)利用各種儀表、變送器監(jiān)測水泵運行狀況,模擬現(xiàn)場管理,以PLC為核心集中進行數(shù)據(jù)分析,利用光纖技術傳送信號,實現(xiàn)遠程在線自動控制水泵,提高了操作安全性,降低了人員成本。
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收稿日期:2020-06-01
作者簡介:李岳明(1985—),男,河北石家莊人,工程師,研究方向:工業(yè)自動化控制。