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        礦井主排水泵房無(wú)人值守遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的應(yīng)用

        2020-09-10 11:57:26王世瑞
        環(huán)球市場(chǎng) 2020年10期

        王世瑞

        摘要:礦井主排水泵房承擔(dān)著將井下的涌水排到地面的重要任務(wù),是保證礦井安全生產(chǎn)的重要場(chǎng)所。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的礦井排水自動(dòng)化水平還不是很高,直接影響礦井排水系統(tǒng)的安全性和高效性,而礦井主排水泵房無(wú)人值守自動(dòng)化系統(tǒng)可以解決這些問(wèn)題。鑒于此,本文提出一種實(shí)現(xiàn)礦井主排水泵房無(wú)人值守遠(yuǎn)程控制系統(tǒng),能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)礦井水倉(cāng)水位和水泵運(yùn)行狀態(tài),及時(shí)掌握水泵房水倉(cāng)容量,以便及時(shí)進(jìn)行排水,對(duì)礦井的安全生產(chǎn)具有重要意義。

        關(guān)鍵詞:礦井中央水泵房;無(wú)人值守;遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

        實(shí)施礦并主排水房無(wú)人值守遠(yuǎn)程控制及監(jiān)控可以在礦井地面控制中心通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控水泵房各水泵的運(yùn)行情況、主要的運(yùn)行參數(shù)及信號(hào),同時(shí)可根據(jù)水倉(cāng)水位情況實(shí)現(xiàn)地面控制中心對(duì)水泵的遠(yuǎn)程開(kāi)停,設(shè)定和修改水泵的運(yùn)行條件,以達(dá)到對(duì)水泵的無(wú)人值守以及地面遠(yuǎn)程開(kāi)停和監(jiān)控。

        一、系統(tǒng)的組成部分

        系統(tǒng)的組成主要由地面自動(dòng)化控制中心、信息傳輸通道、水泵房主排水系統(tǒng)及監(jiān)控單元、水泵房真空泵自動(dòng)引水裝置四部分組成。

        (一)地面自動(dòng)化控制中心

        地面自動(dòng)化控制中心一般設(shè)置在調(diào)度室??刂浦行脑O(shè)有地面水泵遠(yuǎn)程控制工作站,通過(guò)工作站可以對(duì)井下泵房排水系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程集控和數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。主要設(shè)備有地面控制上位機(jī),液晶顯示屏、交換機(jī)、不間斷電源、組態(tài)軟件、集控軟件等組成。

        (二)信息傳輸通道

        利用工業(yè)以太網(wǎng)作為井下水泵房主排水設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的主干線,用來(lái)實(shí)現(xiàn)井下中央主排水系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)傳輸。主要設(shè)備為井上下交換機(jī)、傳輸光纖光纜。

        (三)水泵房主排水系統(tǒng)及監(jiān)控單元

        水泵房主排水系統(tǒng)是礦井排水的核心設(shè)備,主要由主排水泵、各類閘閥、管道、儀表等組成;監(jiān)控單元由泵房控制站、信號(hào)采集裝置及各類傳感器組成??刂普咀鳛榫驴刂撇糠值耐ㄓ嵑诵?,完成井下監(jiān)控信息向地面控制中心傳遞,以達(dá)到地面控制中心的實(shí)時(shí)監(jiān)控和對(duì)設(shè)備的操控。

        二、系統(tǒng)循環(huán)功能

        主排水泵自動(dòng)化控制系統(tǒng)由排真空環(huán)節(jié)、閘閥操縱環(huán)節(jié)、水位自動(dòng)監(jiān)控環(huán)節(jié)、參數(shù)傳示環(huán)節(jié)和故障保護(hù)環(huán)節(jié)組成。

        (一)排真空環(huán)節(jié):排水泵只有在其葉輪完全淹沒(méi)于水中時(shí),泵體內(nèi)部才能造成必要的真空度實(shí)現(xiàn)正常排水。若真空度不夠,泵內(nèi)有空氣存在,將會(huì)造成不上水及轉(zhuǎn)動(dòng)部件燒壞等故障。所以,啟動(dòng)前的排真空是水泵工作的重要操作項(xiàng)目之一。在系統(tǒng)中采用射流閥抽真空,使用高精度真空傳感器監(jiān)測(cè)真空度,用壓力和流量監(jiān)測(cè)作為真空度的后備保障。

        (二)閘閥操縱環(huán)節(jié):為了減少啟動(dòng)時(shí)的功率,水泵一定要關(guān)閉出水閘閥啟動(dòng),而當(dāng)水泵停止時(shí),為避免水錘事故,必須先關(guān)閉閘閥,緩慢減小流速,最后停泵。在泵體內(nèi)充滿水后,先啟動(dòng)電動(dòng)機(jī),然后打開(kāi)相應(yīng)電動(dòng)閘閥,停泵時(shí)先關(guān)電動(dòng)閥,最后停電機(jī)。

        (三)水位自動(dòng)監(jiān)控環(huán)節(jié):該環(huán)節(jié)的任務(wù)是根據(jù)水位的高低自動(dòng)準(zhǔn)確發(fā)出開(kāi)、停泵命令。水位傳感器的可靠性和準(zhǔn)確性直接影響整個(gè)控制系統(tǒng)的工作可靠性。本系統(tǒng)選用的超聲波液位傳感器,具有高精度、非接觸式、非機(jī)械型、維護(hù)方便、便于安裝、標(biāo)定簡(jiǎn)單等許多優(yōu)點(diǎn)。

        (四)參數(shù)傳示環(huán)節(jié):在操作臺(tái)的模擬屏上可模擬顯示水倉(cāng)水位、水泵流量、水泵壓力及電動(dòng)機(jī)、電磁閥和電動(dòng)閥的各種工作狀態(tài)。所有的監(jiān)測(cè)參數(shù)及工作狀態(tài)均可由井下PLC通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò)傳送給地面控制計(jì)算機(jī),再由計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理,在顯示器上模擬顯示,以便地面值班人員對(duì)井下主排水泵進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

        (五)故障保護(hù)環(huán)節(jié):由于主排水泵電機(jī)容量大,耗電量高,屬于礦井一級(jí)負(fù)荷。因此,對(duì)主排水設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)的安全性、可靠性要求較高。該系統(tǒng)裝設(shè)如下幾種保護(hù):①流量保護(hù)。當(dāng)水泵啟動(dòng)后或正常運(yùn)行中,如流量達(dá)不到正常值,通過(guò)流量保護(hù)裝置使本臺(tái)水泵停機(jī)。②電動(dòng)機(jī)保護(hù)。PLC監(jiān)視水泵電機(jī)欠壓、過(guò)流、短路等故障,由中央變電所控制的高壓開(kāi)關(guān)柜的綜合保護(hù)器提供并參與控制。③電動(dòng)閘閥保護(hù)。由電動(dòng)機(jī)綜保監(jiān)視閘閥電機(jī)的主要保護(hù)并參與控制。

        三、系統(tǒng)工作模式

        (一)自動(dòng)控制:自動(dòng)控制下,集中控制室控制所有設(shè)備,并顯示各水泵及閘閥工作狀況和各種故障顯示。PLC采集各種信號(hào),集中控制室按照PLC閉鎖程序順序控制水泵及閘閥的開(kāi)啟。由超聲液位傳感器連續(xù)檢測(cè)水倉(cāng)水位,根據(jù)吸水井的水位及其他因素,合理調(diào)節(jié)自動(dòng)開(kāi)停水泵及其閥門,在正常水位時(shí),各臺(tái)水泵能自動(dòng)輪換工作,最大涌水及突出涌水時(shí),自動(dòng)投入必要數(shù)量的水泵運(yùn)行。此方式下可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。當(dāng)水泵出現(xiàn)故障時(shí),能夠及時(shí)報(bào)警,并能夠自動(dòng)開(kāi)啟備用水泵。

        (二)手動(dòng)控制:操作人員根據(jù)水倉(cāng)顯示水位,人工手動(dòng)開(kāi)停水泵及確定開(kāi)泵臺(tái)數(shù),電機(jī)及其閥門的開(kāi)、停由PLC自動(dòng)執(zhí)行,即PLC完成單臺(tái)水泵抽真空、啟泵、開(kāi)液壓閥等自動(dòng)控制,并完成運(yùn)行停止。手動(dòng)運(yùn)行包括就地手動(dòng)及集控手動(dòng)兩種操作模式。集控手動(dòng)就是指在地面控制中心,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的水位、電壓、電流、壓力、流量、溫度等各種傳感器傳回來(lái)的信息,在上位機(jī)上通過(guò)操作人員來(lái)控制水泵的啟停。就地手動(dòng)是指通過(guò)每臺(tái)泵前的操作箱,人為地對(duì)每臺(tái)水泵進(jìn)行啟、停操作。系統(tǒng)在正常運(yùn)行過(guò)程中,不論何種工作方式,均可實(shí)時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)的各種參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)傳動(dòng)地面調(diào)度室及集中控制室。

        (三)檢修控制:可操作任一臺(tái)水泵電機(jī)、閘閥開(kāi)關(guān),可以實(shí)現(xiàn)不通過(guò)PLC程序完成水泵的啟停,相互動(dòng)作互不閉鎖。檢修模式下,水位、電壓、電流、壓力、流量、溫度等所有的傳感器數(shù)據(jù)的監(jiān)視仍然有效,控制中心可以對(duì)井下所有數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視。其中檢修模式的切入,必須在井下泵房?jī)?nèi)才能進(jìn)行,控制中心無(wú)法切換進(jìn)該種運(yùn)行模式。

        三種運(yùn)行模式的切換只有在所有水泵停機(jī)并且出水電動(dòng)閘閥關(guān)閉的情況下才能進(jìn)行,否則無(wú)法進(jìn)行切換,強(qiáng)制切換系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生報(bào)警。

        四、結(jié)語(yǔ)

        礦井主排水泵房無(wú)人值守遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)投入使用后,可使主排水系統(tǒng)更加安全可靠,提高排水能力,降低事故率,減少故障處理時(shí)間,提高礦井生產(chǎn)效益。它能夠最大限度地減少因電控系統(tǒng)故障而造成的事故,提高供電的可靠性,節(jié)約水泵設(shè)備維修費(fèi)用,延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

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