井下泵房自动化

2024-06-29

井下泵房自动化（精选八篇）

井下泵房自动化篇1

关键词：井下中央泵房,自动化,PLC,无人值守,以太网

0 引言

随着工业自动化技术的不断普及,以单一生产为主的煤矿各个系统也在一步步趋于工业自动化。尤其是井下的车间,也在逐步完善。煤矿排水系统作为煤矿的重要系统之一,其运转的好坏直接影响到煤矿生产的安全与否。因此,如何可靠、简便地实现中央泵房工业自动化,并与远程调度相连成为了亟待解决的问题。本文就如何实现中央泵房的工业自动化作了系统探讨,并对此方法在淮南矿业集团新建矿井予以应用实践。

1 主排水系统

根据矿井涌水量要求,安装4台流量420 m3、扬程96×12 m的多级离心泵,并配套4台电压10 kV、功率2 000 kW的三相异步防爆电机。主排水管路共有4路,每一路都与4台泵相连,可独立将水排至上井口污水处理站。水泵排真空采用真空泵和水射流(也可改成风射流)2种方式,大大提高了水泵抽真空的可靠度,进而延长了水泵的使用寿命。此外,在水泵的进水口处安装有负压传感器和机械负压表,两者相互对照比较。在出水口处安装有正压传感器和正压表,水仓内安装了液位传感器,这些传感器的应用为实现水泵自动化提供了可行条件。

2 自动化控制系统设计

2.1 工作方式

(1)系统对电机和电动闸阀具有就地箱控制/自动控制/本地操作台手动控制/本地操作台检修控制4种工作模式;

(2)每台水泵可设置“运行”、“备用”、“检修”3种工作方式。

2.2 主要功能

(1)根据传感器传输数据自动控制水泵的启停,并实时动态模拟显示系统的整体运行状态和工艺参数,如水仓水位、泵体流量、排水管状态、电动机及电动闸阀等的工作状态;

(2)实时显示各设备的故障信息,并按故障级别在触摸屏发出相应报警,如显示警示,严重故障时立即闭锁停机;

(3)超温保护:电动机绕组及轴承设有温度传感器,系统接受其输出信号,当温度超过设定值或上升速率超过规定时,及时报警并退出运行;

(4)水泵启动保护:根据水泵启动时的流量、压力、真空度等参数自动判断水泵是否正常启动,非正常启动时能及时报警;

(5)系统具有水位、流量等模拟量的实时显示功能;

(6)系统留有通讯接口,能够与整个矿井综合自动化信息系统连接,为接入矿井综合自动化系统提供技术支持。

2.3 硬件系统构成

系统采用集中控制模式,总体结构如图1所示。

硬件系统主要由PLC控制柜、高压电磁启动器、就地按钮箱以及外围传感器执行机构构成。要实现水泵的自动启停,就需要采集各种开关量和模拟量,这就要求PLC模块既要有数字量输入输出模块又要有模拟量输入模块,考虑到普遍性,采用了西门子S7-300系列PLC,CPU模块选用了CPU315-2DP。由于数据量的采集比较多,所以扩展了PLC模块,增加了2个栈,采用2个远程I/O ET200M模块,采集一些现场底层的数字量和模拟量,一些电动球阀的到位信号就直接输入到主站的数字量输入模块。主站和2个分站之间采用PROFIBUS-DP总线相互连接,将采集的现场数据通过总线送给PLC的CPU模块,经PLC逻辑判断处理,通过总线再返回到ET200M的输出模块,发出一系列指令,控制水泵的启停及闸阀的开关。水泵的启停控制是由PLC的CPU发出的,PLC控制高压电磁启动器,考虑到可靠性,没有采取PLC和电磁启动器之间通讯,而是采用了硬线连接方式。PLC输出一个硬线合/分闸信号,电磁启动器接到这个合/分闸信号后进行相应的合/分闸。与此同时,电磁启动器输出给PLC一个运行信号,便于监视其运行状态。此外,该系统采用WINCC进行组态,在液晶显示屏上形象直观地显示各设备的运行状态。

2.4 软件系统构成

本控制系统软件部分是采用基于西门子S7-300系列PLC的编程软件STEP7编译环境开发编制的,编程采用梯形图语言,形象、易理解、易掌握。整个自动化控制流程如下:根据水仓水位传感器传输的数据判断是否达到排水水位,达到设定排水水位后,PLC发出指令,打开电磁阀,启动真空泵;此后根据水仓水位及水泵吸水管的中心高度计算出达到真空度的值,再和负压传感器的值进行比较,判断是否达到真空;达到真空后,PLC发出指令,启动水泵。水泵启动后,判断正压传感器的值是否达到设定值,达到后,PLC发出指令,打开电动闸阀。至此,整个水泵的启动排水过程结束。当水仓水位达到停泵水位时,PLC发出关闭电动闸阀的指令,当电动闸阀关闭到位后,PLC发出停泵指令,停止排水。至此,停泵过程结束。整个启停水泵的过程全由PLC进行监控,实现了水泵排水的全自动化。整个程序流程如图2所示。

3 系统通讯

ET200M通过PROFIBUS-DP总线和PLC交换信息,西门子液晶触摸屏和主站PLC之间也采用PROFIBUS-DP总线进行通讯,采用WINCC组态软件进行组态,组态成功后,可实现与水泵PLC(通讯IP地址:192.168.0.2)之间的通讯。主站PLC中安装有以太网通讯模块,留有以太网接口,能和地面调度中心进行远程通讯。操作人员既可以在操作台上操作水泵的启停,也可以通过远程调度中心对水泵的自动化排水过程进行监视和控制,这样管理人员既可以在地面掌握井下泵房设备的信息,又可根据反映的信息对水泵进行远程控制,从而实现了井下泵房的自动化和无人值守。

4 结语

基于PLC技术的中央泵房排水系统的自动化控制模式,实现了水泵排水的自动化和无人值守,而工业以太网技术实现了水泵的远程控制,这一控制方式的应用极大地提高了矿井泵房的自动化管理水平,为实现煤矿生产调度的自动化提前做好了准备。

参考文献

[1]陈在平.可编程控制器(PLC)系统设计[M].北京:电子工业出版社, 2007

[2]阳宪惠.现场总线技术及其应用[M].北京:清华大学出版社,2008

[3]卢恩贵.开滦集团范各庄矿自动化排水设计[J].煤矿机电,2004 (6):4-5

基于PLC的泵房自动化控制应用篇2

关键词：PLC;井下排水系统;自动控制;北宿煤矿

一、概述

井下泵房排水系统作为煤矿生产的主要设备，担负着井下排水防涝的重要任务。但是，目前煤矿井下主排水系统控制和管理水平都相对比较落后，与国外相比具有很大的差异。主要表现有：在电气控制上，自动化监控程度较低，水泵的开停及选择切换均需要人工完成，还做不到根据水位等参数自动开停水泵;在管理水平上，大部分泵站的管理记录和统计都是手工操作。这些都影响了排水系统的管理和经济效益的提高。

北宿煤矿-290m水平的中央泵房内安装三台MDM280-43

×3多级离心式排水泵，每台水泵的流量为280 m3/h，扬程129M，配带电机容量为160KW，电压为660V。我们对三台水泵及其附属的抽真空系统与管道电动阀门等装置实施了自动控制改造，实现了基于PLC的自动控制，并能够实现运行参数自动检测和动态显示，并将数据传送到地面生产调度中心，进行实时监测及报警显示。

二、设计模型及依据

系统是根据水仓水位的高低与连续开机次数累加等参数建立数学模型，合理调度三台排水泵，实现其全自动运转，;同时由PLC控制柜上的触摸屏实时显示监测水泵的运转参数。

水泵的开机顺序为：打开射流电磁阀（每泵二只）自动灌引水、开启排水泵、自动打开排水管路上气动阀、关闭射流电磁阀，实现排水泵自动开机。

水泵的关机顺序为：自动关闭排水管路上电动阀、关闭排水泵，实现排水泵自动关机。

系统将水仓水位的上限、下限分别设置两级。水位上限为：一级（高）、二级（高高）;水位下限为：一级（低）、二级（低低）。

水位上限时的开机顺序：一级超限时，起动第一台水泵运行排水，二级超限时声光告警，启动第二台水泵运转;在水位下限时的停机顺序与开机时相反，分别为：一级低限时，停止一台水泵运行排水，二级低限时停止第二台水泵运转。

下次开机时的开机顺序由各台水泵的开机次数的累加值决定，实现各台水泵轮换运转，即开机次数最少的水泵下次开机时应优先开机，开机次数最多的水泵下次应最后开机。并且，单台水泵的单次运行时间最多为8个小时，超过8个小时时，系统自动停止此台水泵运行，并自动开启下一台水泵。以使各台水泵具有较为平均的开机时间累加，延长其使用寿命，保证安全生产。开机次数达到50次时，在触摸屏上显示维护信息，确认后，开机次数复位为零。

三、系统监控与保护

数据自动采集与检测主要分为两类：模拟量数据和数字量数据。模拟量检测的数据主要有：水仓水位、电机工作电流、电机温度、3趟排水管流量;数字量检测的数据主要有：水泵软启动器的状态、电动阀的工作状态、电磁阀状态、水泵吸水管真空度及水泵出水口压力。

水仓水位是系统的最主要参数，它通过装在水仓顶部的两台超声波料位计来采集的，精度可达到1mm。其他参数的监测主要是用于在PLC中作为逻辑处理的条件和依据，控制排水泵的启停以及监测水泵、电机的运行状况，超限报警，以避免水泵和电机损坏。

动态模拟显示选用人机公司的MT-508S型触摸式工业图形显示器（触摸屏），系统通过图形动态显示水泵、电磁阀和电动阀的运行状态，采用改变图形颜色和闪烁功能进行事故报警。实时显示水泵抽真空情况和出水口压力值。用图形填充以及趋势图、棒状图方式和数字形式准确实时地显示水仓水位。自动记录故障类型、时间等历史数据，并在屏幕上端循环显示正在出现的故障，并伴有声音报警，直到故障消除，以提醒工作人员及时检修，避免水泵和电机损坏。PLC与触摸屏通讯的同时也和地面监控中心通讯，实时传送数据，实现远程监控功能。

四、控制模式

系统控制具有自动、半自动和手动检修3种工作方式。自动时，由PLC检测水位、压力及有关信号，自动完成各泵组运行，不需人工参与;半自动工作方式时，由工作人员选择某台或几台泵组投入，PLC自动完成已选泵组的启停和监控工作;手动检修方式为故障检修和手动试车时使用，当某台水泵及其附属设备发生故障时，该泵组将自动退出运行，不影响其它泵组正常运。PLC柜上设有该泵的禁止启动按钮，设备检修时，可防止其他人员误操作。并且，系统设有管理权限，只有输入正确密码后才可以进行单个设备的试机及检修工作，以保证系统安全可靠。系统可随时转换为自动和半自动工作方式运行。

井下泵房自动化篇3

1自动化泵房的构成

1.1 数据采集和检测

数据采集由智能模块完成, 模块检测传感器状态, 并将数据通过通讯模块传送至控制计算机。采集的数据要经过专业系统的分析, 对数据中出现的不正常部分进行处理, 保证整个系统运作的稳定。一旦系统出现问题, 就会显示在采集的数据当中, 就可以让人及时的发现, 并作出相应的处理。

1.2 现场监测与控制

现场监测与控制部分由控制CPU、管理控制软件、手动集中操作面板组成。计算机控制的部分主要是对数据的收集、汇总和处理, 将数据及时的反馈到操作人员的面前, 并且做出一些简单的处理、分类。所以这些工作就必须要用到控制CPU和管理控制的相关软件, 由它们对数据进行处理, 这样就大大的减轻了控制人员的工作量, 还降低了工作的难度。而手动控制面板则是针对那些电脑软件无法处理的问题, 由工作人员根据实际的情况, 进行相应的调控, 保证整个系统正常的排水。两者相互结合, 在很大的程度上, 提高了整个系统的稳定性, 对排水工作的正常进行也提供了保障。

1.3 远端监控指挥

远端监控指挥部分由计算机、管理软件、网络传输部分组成, 通过计算机网络, 同步显示现场工况。这样的方式, 就避免了人员到施工的现场, 降低了施工的风险, 还大大的节约了相关的花费。远端监控具有开放的接口, 还可以扩展功能或接入其他系统。

2系统的功能

2.1 数据的收集和处理

自动化泵房使用的是先进的计算机控制技术, 由预先设计好的各种软件, 对整个排水的过程进行全程的监控。而这些监控则主要是通过对数据的收集、整理、分析和处理来完成的。首先, 由各种安装在各个部位的仪器对现场的温度、水位、流量等数据进行测量, 测量好的数据由相应的输送网络输送到中央控制系统当中。收集好的数据由各个软件进行分类、汇总, 然后再由处理软件来进行相关的处理。一旦发现数据有异常, 系统就会作出相应的处理, 并将其显示在控制界面上。经过收集整理的数据, 系统软件还会将它们自动储存到数据库当中, 作为以后的数据参考。

2.2 实时监控

在整个无人值守自动化泵房当中, 采用的是智能监控的方式来对排水的进行进行控制的。通过在施工的现场安装摄像头, 控制人员可以在控制台对整个排水的过程进行监控, 不需要花费精力到现场实时的监管。一旦排水现场发生事故或问题, 控制人员也可以不必赶往现场, 只要在控制室通过联络工具进行指挥, 派出相应的处理人员就行了。将指挥的过程完全放在指挥室来进行, 可以减少指挥人员, 也减少了相应的花费, 还提高了指挥的效率, 避免多点指挥的繁琐。

2.3 远程遥控

整个无人值守泵房系统主要是由控制系统和管道输送系统组成, 管道系统主要的作用就是对地下水进行输送。而整个系统当中, 管道系统是很庞大的, 如果完全靠人工对各种开关、装置进行调节, 就加大了管理的难度, 提高了成本, 并且效率还不高。所以, 无人值守泵房系统采用的是远程遥控系统, 通过远程遥控装置对输送管道的各个部位进行调整, 使地下水顺利的排出。在那些人难以达到的部位, 采用这种遥控的方式, 将大大的节约调整的时间, 提高系统整体的工作效率。

2.4 管道输送

传统的井下排水基本上是采用全人工来完成的, 这样的方式不光成本高, 还不能得到理想的排水效果。而无人值守泵房系统则是靠的管道对地下水进行运输, 通过抽水机将地下水收集起来, 然后统一的用管道按照预先的路线进行输送。这样, 就避免了人工输送时的收集、运输费用。

3注意事项

整个无人值守泵房系统由硬件系统和软件系统组成, 硬件就是指的输送管道、开关、数据传输线路……而软件则是那些管理、处理信息的计算机软件。所以在实际的操作当中, 注意的部分也是从这两个方面产生的。因此要加强对硬件、软件维护和管理, 防止问题的产生。

4结语

无人值守泵房系统在煤矿开采当中的运用, 将大大提高工作效率, 降低生产的成本, 对能源物质的供应作出贡献。

参考文献

[1]刘安良, 程善鹏.浅析煤矿井下无人值守泵房设计[A].科技信息, 2010 (32)

[2]熊树.煤矿井下排水泵机组无人值守自动化系统的设计[B].煤炭工程, 2007 (11)

煤矿井下潜水泵房设计研究篇4

巴彦高勒井田位于鄂尔多斯高原之东南部, 为毛乌素沙漠的东北边缘地带[1]。井田内地形总体趋势是北高南低, 最高点位于井田西北部, 海拔标高为1 293.1 m;最低点位于井田南部, 海拔标高为1 262.4 m, 最大地形标高差为30.7 m。

井田内含煤地层为侏罗系中统延安组, 含2煤、3煤、4煤、5煤4个煤组, 其中全区或大部可采煤层4层, 局部可采煤层4层, 可采区零星分布的不可采煤层2层, 其余煤层均不可采。主采煤层3-1煤可采厚度3.09~6.25 m, 平均5.38 m。该煤层层位稳定, 厚度变化小, 其资源量占总资源量的42.35%。矿井井口及工业场地位于井田东部边界附近, 采用立井开拓, 主、副立井和回风立井位于同一工业场地, 采用长壁式综合机械化采煤法, 一次采全高采煤工艺。

根据《内蒙古呼吉尔特矿区巴彦高勒矿井水文地质补充勘探报告》, 井田的水文地质勘查类型划分为第一~二类第二型裂隙充水的水文地质条件中等矿床[2]。预计矿井正常涌水量797 m3/h, 最大涌水量1 196 m3/h, 根据《煤矿防治水规定》, 矿井的水文地质类型为复杂。设计按矿井水文地质类型为复杂设防, 矿井主泵房总排水高度620 m。

2 国内矿井泵房设计现状调查

目前, 我国煤矿井底泵房常规设计为在泵房内设置离心式卧泵、防爆电机、电液控闸阀、开关柜、电控柜、敷设电缆和管路等排水设备[3]。采用该方式的泵房设计存在一些弊端: (1) 系统效能不能得到充分发挥; (2) 抵抗水灾能力低, 防爆性电机、开关柜和电控柜并不具有防水性能力, 矿井一旦发生突水事故, 井底泵房被淹没, 将导致排水系统瘫痪; (3) 灾后恢复困难, 一旦矿井发生水灾事故, 只有利用外部设备才能将矿井水位恢复到安全水位下, 然后恢复排水系统的工作。

由于传统采用离心式水泵的井下排水系统存在以上缺点, 特别是在水灾发生时无法正常工作及充当抗灾泵, 矿井存在抵抗灾变能力较差的技术问题。由于潜水泵具有排水量大、安全及可靠性高, 检修方便、抗灾性能强等特点, 为了提高矿井安全性, 在涌水量大、水文地质条件复杂的巴彦高勒矿井, 考虑矿井主排水设备及抗灾排水设备全部采用潜水泵设计。这一排水系统设计理念的提出并实施在煤炭行业尚属首次。

3 潜水泵房的创新设计

3.1 潜水泵选择及布置方式

经方案比选, 设计本矿排水泵房内设置8台BQ550-688/18-1600/W-S矿用隔爆型潜水电泵, 其中5台作为主排水泵, 3台作为抗灾排水泵。每台潜水泵配套1台YBQ-1600矿用隔爆型潜水电机, 电压等级10 k V, 功率1 600 k W。矿井正常涌水期2台工作, 最大涌水期3台工作, 泵房内预留2台水泵安装位置。

将主排水设备和抗灾排水设备联合布置在一个泵房内, 每台潜水泵放入一个泵坑内, 共分两排, 每排5个泵坑, 泵坑与泵坑间通过泵坑隔离墙分隔开来, 泵坑隔离墙内安设配水阀, 通过配水阀可实现泵坑间潜水泵的串联工作或是停开潜水泵, 使得各台潜水泵工作时互不影响, 正常排水泵和抗灾排水泵联合布置, 各台潜水泵可互换使用, 设备实现地面控制、地面监测、自动开启, 有效提高了系统的可靠性;由于设计泵坑间隔离墙低于泵房底板标高1.8 m, 当矿井涌水量增大、正常开启的潜水泵无法及时排出时, 泵坑内的水位将升高至泵坑隔离墙高度而溢出至其它泵坑内, 其它泵坑内的水位上升至一定高度时, 其它泵坑内的潜水泵也将自动开启工作, 提高排水能力, 达到有效提高矿井抵抗灾变能力的目的。

3.2 硐室支护方式及参数

该矿潜水泵房硐室设计长104 m, 宽6.1 m, 泵坑最深处达14.25 m, 硐室断面大、长度长、泵坑深度大, 施工支护难度大, 设计从排水泵房硐室布置所在层位的岩性出发, 确定硐室的支护方式及参数。

由于硐室尺寸大, 根据地质报告资料及井底车场布置, 主排水泵房及通道位于3-1煤层中, 主排水泵房泵坑位于3-1煤层底板中。3-1煤层位于3煤组上部, 延安组第二岩段 (J2y2) 顶部。据钻孔资料统计:可采厚度3.09~6.25 m, 平均5.38 m。该煤层层位稳定, 厚度变化小, 规律显著, 结构简单, 多数不含夹矸, 少数孔含1~2层夹矸。

3-1煤层顶底板岩性主要为砂质泥岩, 根据原呼吉尔特详查施工的WJ07、WJ10、WJ12、WS07号钻孔岩石物理、力学性试验成果:岩石的孔隙率1.32%~26.15%, 岩石的含水率为0.02%~4.50%, 吸水率1.07%~12.84%, 抗压强度吸水状态3.5~32.5 MPa, 平均19.5 MPa, 自然状态18.9~101.6 MPa, 平均51.2 MPa, 普氏系数1.93~10.36, 抗拉强度0.83~4.48 MPa, 抗剪强度2.70~30.80 MPa, 软化系数0.07~0.84。由试验结果可知, 岩石的抗压强度中等, 平均为51.2 MPa, 抗剪与抗拉强度较低。因此, 煤层顶底板岩石以软弱及半坚硬岩石为主, 个别为坚硬岩石。

根据井田钻孔工程地质编录成果, 自然状态下岩石的节理裂隙不太发育, 岩芯较完整, 但岩芯取出地表后易风化, 岩石质量指标 (RQD) 值较低, 为37%~100%, 平均73%, 岩体质量指标值M为0.023~0.34, 平均0.12。

针对顶底板岩石的抗压强度中等、岩石与岩体的总体质量较差的情况, 结合该地区大断面硐室支护的经验, 设计主排水泵房硐室部分采用锚网喷+锚索联合支护, 喷砼厚度200 mm;主排水泵房泵坑部分采用锚网喷+双层钢筋砼砌碹联合支护, 支护厚度500 mm;泵房通道采用锚网喷+锚索联合支护, 喷砼厚度120mm。锚杆为φ20×2200mm无纵筋螺纹钢树脂锚杆, 每根锚杆使用2卷2350型锚固剂, 锚杆间排距800 mm×800 mm, 锚杆托板为150 mm×150 mm×10 mm的钢板制作, 锚杆锚固力不小于50 k N。钢筋网采用φ6.5 mm的圆钢焊接而成, 网孔100 mm×100 mm, 搭接长度为100 mm。锚索采用φ17.8×7 300 mm的钢绞线, 每根锚索使用2卷MSZ2350和1卷MSK2350型锚固剂, 锚索间排距1 600 mm×1 600 mm, 锚索托板为300 mm×300 mm×20 mm的钢板制作, 锚索锚固力不小于100 k N。双层钢筋采用φ22 mm螺纹钢, 间排距250 mm, 联系筋采用φ10 mm圆钢, 间排距500 mm。砌碹砼强度等级C40, 喷砼强度等级为C20, 铺底砼强度等级C20。

考虑到硐室断面及泵坑深度大, 岩性较差, 硐室施工中可能出现实际揭露矿压显现较大, 或具有较强的膨胀性, 设计泵坑底部采用反底拱设计, 可有效抵抗矿压显现大或围岩具有较强的膨胀性给硐室稳定性带来的问题。

此外, 考虑到矿井水含盐量较高, 对混凝土和钢筋腐蚀性较强, 设计中建议在混凝土中应加入适量外加剂, 提高混凝土的抗腐蚀性。

3.3 潜水泵在硐室内的运输、安装、起吊及检修

泵房内设备台数多, 设备尺寸大, 单台设备长达12.3 m, 其中电机段长度近4 m, 单台潜水泵总质量逾20 t, 由上泵段、下泵段、电机段组成, 水泵上段质量约6 468 kg, 下段质量5 158 kg, 电机质量8 320 kg。

设计在硐室顶部沿潜水泵轴线方向架设2根I56b工字钢轨道通梁, 每根长104.2 m, 工字钢轨道通梁采用锚索吊挂方式, 起承载作用, 锚索采用φ17.8×7 300 mm的钢绞线, 锚索与I56b工字钢轨道采用M20螺母固定。采用单轨吊方式, 使电动葫芦行走于工字钢轨道, 实现对每个泵坑内潜水泵的运输、安装、起吊及检修工作。工字钢轨道上方通过螺栓固定I22a工字钢横梁, 与工字钢轨道连成整体, I22a工字钢横梁一方面起承载排水管路作用;另一方面与I56b工字钢轨道通过M20螺母固定, 防止轨道在起吊水泵时的摆动。

4 结论

(1) 煤炭行业内矿井首次采用潜水泵作为矿井的主排水泵, 改变了传统矿井主排水泵房单一采用离心式水泵的设计思路, 为今后矿井主排水泵房设计提供新的思路。采用正常排水泵和抗灾排水泵联合布置, 布置合理, 各台潜水泵可互换使用。设备实现地面控制、地面监测、自动开启, 提高了系统可靠性和矿井抵抗灾变的能力。

(2) 潜水泵房硐室长104 m, 宽6.1 m, 泵坑最深达14.25 m, 硐室断面大, 施工支护难度大, 从硐室布置所在层位的岩性出发, 确定硐室的支护方式及参数。从实际施工情况来看, 硐室所设计的支护方式及参数合理, 支护效果良好, 很好地解决了在该围岩条件下, 大断面大硐室的支护难题;

(3) 潜水泵设备质量及尺寸大, 设备运输、安装、起吊及检修难度大, 设计在硐室顶部架设工字钢轨道, 采用单轨吊方式, 使电动葫芦行走于工字钢轨道, 方便对每个泵坑内潜水泵的运输、安装、起吊及检修, 很好地解决了设备安装及检修难题。

(4) 提出了下一步井底车场硐室设计规范修订的建议, 即应补充潜水泵作为矿井主排水泵时泵房的设计规范要求。

参考文献

[1]刘月河.巴彦高勒矿井建设条件综合评述[J].山西煤炭, 2011 (4) :53-55.

[2]王忠乐.巴彦高勒矿井采煤方法及工艺的探讨[J].山西煤炭, 2011 (4) :45-47.

煤矿井下排水泵房PLC控制系统篇5

万利一矿是神东煤炭集团最北端一个千万吨级矿井, 位于内蒙古鄂尔多斯市东胜区万利镇, 矿井井田面积92平方公里, 地质储量15.3亿吨, 服务年限73年, 全矿实现对井下生产系统的远程自动化控制。为满足生产需要, 需新建万利一矿31煤三盘区盘区排水泵房, 并实现远程自动化控制。

2 井下排水泵房集中控制系统的概述

该排水泵房设置工作、备用、检修三台水泵[1], 此处选用卧式多级离心泵, 配套电机132k W, 二趟DN200管路, 一用一备。正常涌水时, 一趟工作, 一趟备用;最大涌水时, 二趟同时工作。水泵工作制为:正常涌水时, 一台工作, 一台备用, 一台检修, 最大涌水量时, 两台工作, 一台备用或检修。排水泵房的控制, 宜为就地控制选距离集中监控, 有条件时, 可设计为自动化排水集中监控。集中监控应装设电动机电流、电动机温度、轴承温度、启动水泵时真空度、排水管流量、水仓水位等监测装置, 并应就地及集中显示, 同时应能超限报警。自动化排水集中监控, 应根据水仓水位监测信号及水位变化率完成自动注水、闸阀的自动操作或多功能水泵控制阀的监测、自动开停, 并应能轮换工作水泵。集中监控装置与排水泵站分设时, 与排水泵站之间应设置标志明显的启动联系信号。机旁就地控制箱和集中监控装置应装设水泵紧停按钮。矿井装备的安全生产监控系统, 宜在排水泵房设置系统分站, 并应将工况参数及必要的监测信息纳入安全生产监控系统[1]。

此系统中设计三台水泵及其附属的真空系统与管路电动阀、传感器等装置实现PLC自动化控制及运行自动检测, 并通过人机操作界面及上位机以图形、图像、文字、数据等方式, 形象、直观、实时的反映系统工作状态以及水仓水位、电机温度、轴承温度、两趟排水管流量等参数, 并通过工业以太网将这些参数传至地面生产调度中心, 与综合监测监控主机实现数据交换, 以便进行实时监测监控水泵运行状态、水泵启停控制方式选择、水泵自动轮换及故障报警等控制。实现本系统集中监控、显示、通讯为一体的集中自动化控制系统。

2.1 集中控制系统的工作原理

数据的自动采集主要由PLC实现, PLC模拟量输入模块通过传感器连续检测水仓水位的变化, 并将相应的变化信号进行A/D转换处理, 然后计算出单位时间内不同水位段水位的上升速率, 进而判断出矿井的涌水量大小, 控制排水泵的启停。排水管流量、水泵轴温、电机温度、电机电流等传感变送器, 主要用于监测水泵和电机的运行状况以及超限报警, 以避免水泵与电机损坏。而PLC的数字量输入模块则把各种开关量信号采集到PLC中作为逻辑处理判断的条件及依据, 控制排水泵的启停。

2.2 控制过程说明

2.2.1 水仓水位检测。

整个控制系统都是绕圈水仓水位为核心进行的, 因此, 保证精确的水位检测至关重要。为此, 本系统特采用水位传感器监测水位的变化, 从而控制整个排水系统。

2.2.2 启动水泵。

水仓水位上限传感器传送PLC输出控制指令, PLC检测返回的出水口压力信号, PLC检测水泵泵组设备的信息, 在确定无故障的情况下, 输出启动水泵电机信号, 电机返回启动信号, 水泵出水压力大于设定值, 启动排水泵闸阀, 启动水泵电机。

2.2.3 出水口压力检测。

通过在水泵出水口处设置压力传感器[2], 用以检测水泵的水口压力。当水泵已启动但排水闸阀尚未打开时, 要求压力必须大于设定值才能打开闸阀, 否则说明水泵未上水, 需要立即停泵。正常运行, 通过实时监测出水口压力值来判断水泵排水是否正常。

2.2.4 停机。

为了防止水锤效应的产生, 当水仓水位下降到设定的低水位时, 首先关闭排水管的电动闸阀, 然后关闭水泵电机, 使其停止工作。

3 控制系统硬件设计

控制系统硬件主要包括PLC控制柜及柜内模块配置、就地控制箱配电柜、液位传感器、流量传感器、压力传感器、电动阀等。系统的主要被控对象为:水泵电机、电动闸阀等。

PLC柜采用矿用一般型, 安装于井下中央变电所内。可编程逻辑控制器选用罗克韦尔公司 (Rockwell Automation) 旗下AB的Control Logix系统PLC产品, 并选用1756系列相应的模块配置与之配合工作。Control Logix控制器采用了模块化的设计, 无源数据总线背板结构。包括处理器在内所有单元, 根据功能设计成各种模块, 典型的处理器模块如Logix5000处理器, 所有的模块都安装于标准的Control Logix机架内。为实现水泵监控子系统与全矿井监控系统可通讯, PLC柜通过工业以太网模块接入全矿井自动化控制系统。

3.1 集控电源系统设计

集控电源 (AC660V) 引自井下泵房组合开关, 进入PLC柜后, 通过变压器DG-0.5-660/220V, 将660V电压变为220V, 再经电源滤波器PU IIIR 230V 6KV滤波变化等变换, 最终处理为AC220V和DC24V电源, 分别向机架电源、仪器仪表、传感器、PLC模块、Flex等供电。

3.2 PLC柜内模块配置

根据模块点位统计, PLC柜内应安装13槽机架1756-A13一个, 机架电源选用1756-PB72一个, CUP处理器选用1756-L61一块, 机架号为000, 以太网通讯模块1756-ENBT一块机架号为001, Device Net通讯模块1756-DNB两块, 机架号分别为002、003、16点开关量输入模块1756-IB16两块, 机架号分别为004、005, 16点继电器输出模块1756-OW16I一块, 机架号为006, 模拟量输入模块1756-IF16一块, 机架号为007, 温度模块1756-IR6I三块, 机架号为008、009、010, 机架空槽余量为两个。与输入/输出模块相对应的20P接线臂1756-TBNH五块, 36P接线臂1756-TBCH两块。

3.3 井下排水泵房监测仪表的选择[1]

水仓中安装两只DB1010-5m液位计, 离心泵的吸水管上装设DY1151GP真空表又称压力计, 水泵排出管上装设流量计装置。以上仪表均具有防冲击功能。

4 控制系统软件设计

4.1 水位监控

水位信号是水泵控制一个非常重要的参数, 本系统采用双水位计测量水仓水位的变化。水位信号为Hi, 最低水位点为H1, 高水位点为H2, 警戒水位点为H3, 极限水位点为H4。当HiH2时, 可立即启动工作水泵排水;当Hi>H3时, 必须启动一台水泵排水;当Hi>H4时, 开启两台水泵同时排水。其程序流程图如图1所示。

4.2 单台水泵启停的逻辑实现

首先, PLC进行初始化, 各泵组处于停机状态, PLC接受来自各传感器的数字量、模拟量进行计算分析, 若无故障且水位信息超过了水位的允许波动范围, 即检测到水位值大于或等于设定的水位高度时, PLC检测水泵出水口压力, 若压力值大于或等于设定值, 则打开出水口电动阀进行正常排水。程序流程图2所示。

5 监控系统概述

本系统借助工业以太网和网络交换机完成控制器与触摸屏、上位机的通讯, 并最终实现其自动化;从人机界面设计和上位机组态两方面完成监控系统的设计, 并做出人机交互界面, 通过触摸屏和上位机组态的实际应用, 很好的提高了矿井自动化。

监控系统部分主要由上位机组态来完成[2]。组态软件是运行于PC平台的一个通用工具软件, 和PC机或工控机一起可组成HMI (人机操作界面) 产品, PLC同时将水泵的运行状态与参数经安全生产监测系统分站传至地面生产高度中心, 与全矿井生产监控系统共网, 管理人员在地面可实现对井下水泵房的操作、监控和管理工作。

组态软件的选择:组态软件是排水监控系统的远程监控中心、数据收集处理中心和数据转发中心, 它与各种检测、控制设备共同构成快速影响控制中心。在本系统中选用RSView32作为工业监控组态软件, 与PLC建立通讯连接, 建立广阔的监控应用。能过在工控机上运行, 可远程看到现场的画面, 参数值, 报警等。

6 结束语

煤矿井下排水泵房PLC控制系统, 实现对井下排水系统的远程自动化控制, 减轻了员工劳动强度, 提高了劳动效率和工程质量, 有效提高了安全系数。

摘要：文章介绍了罗克纬尔公司AB-PLC在井下排水泵房控制系统中的应用, 介绍了在排水泵房中的设备配置、工作原理、实现方法及主要环节控制程序, 使排水泵房实现远程自动化控制, 从而达到降低劳动强度、降低运行成本、延长设备使用寿命、提高了工作效率及安全性等目的。

关键词：排水泵房,PLC,自动化控制

参考文献

[1]GB 50451-2008.煤矿井下排水泵站及排水管路设计规范[S].

井下泵房自动化篇6

关键词：煤矿生产,排水泵房,随动视频技术

陈四楼煤矿是坐落在豫东地区永城市境内的永煤集团第1对大型现代化矿井, 设计生产能力为240万t/a, 目前, 井下主排水及采区泵房9个, 分别为中央主排水泵房、采区-560 m泵房、-720 m泵房、北翼-605 m泵房、-470 m泵房、-570 m泵房、-600 m泵房、十五采区泵房、十六采区泵房, 其中水泵共50余台。现对井下各采区泵房进行自动化技术改造, 基本实现了井下泵房的地面远程控制, 且根据矿井安全生产实际需要, 为了使地面人员能够合理调节水泵, 正确对井下泵房开停泵进行选择, 使水泵达到高效率运转, 泵房内部安装了固定式工业摄像机, 来实现对泵房内水泵开停进行监视。

目前, 陈四楼煤矿井下采区排水系统日益完善, 井下每个排水泵房均配备1个开泵人员, 待水位达到一定储量时, 开泵人员开泵排水, 往往会出现“盲区、死角”等现象。针对上述情况, 利用现有泵房排水控制系统、工业电视系统、机械设计及网络系统之间相互融合, 设计出一套完整的随动视频技术方案。若泵房内任意1台水泵启动时, 摄像机能够自动移动到相应泵体位置, 达到了泵房上、下自动控制一体化和全方位监控目的, 并分别在采区的-600 m泵房、-570 m泵房、-470 m泵房等采区泵房进行了成功应用, 效果显著。

1 工作原理

采区泵房随动视频技术主要由驱动装置、特制式轨道、牵引小车、网络摄像机等设备组成, 通过远程控制系统进行操作, 可实现“近控、远控”切换操作。若近控时可使移动视频在任意一台泵停止, 检查排水泵的周围环境;当远控时可一键启动操作, 使摄像机移动到所要启动的排水泵体位置, 在移动摄像机到位后, 自动执行排水系统程序, 实现视、控连锁功能, 从而达到泵房上、下自动控制一体化和全方位监控目的[1,2,3]。

2 随动视频技术方案

2.1 排水控制系统技术

在每个采区泵房内设置1台通信主站, 每台排水泵设置1台通信分站, 由主站负责监控泵房内设备的所有控制单元和数字量采集, 再由地面控制中心的控制指令通过专用通信光缆下达到通信主站与分站, 实现控制排水泵系统的相应动作 (图1) ;同时组态软件采用SIMATIC Wincc V7.0 SP2, 是新型的工业自动控制系统, 可提供可视化监控画面, 利于操作者实时现场监控。另外, 控制器采用PLC300-314系列带集成数字量和模拟量输入/输出的紧凑型CPU, 满足数据处理能力和响应速度快的特点[4,5,6,7]。

2.2 机械设计关键技术

采用的机电一体化机械系统技术主要由导向支承部件、机械传动部件、执行元件、检测传感部件等部分组成;利用传统机械驱动技术, 三相异步电机加变速齿, 完成工业电视摄像机驱动, 由远程上位机进行远程控制 (控制模式采用PLC编程方式) , 再通过计算机信息网络进行协调与控制。与传统的机械系统相比, 具有定位精度准、动态特性好、响应速度快、稳定性能高等特点。其主要关键技术为:

(1) 导向支承部件。小车轨道采用“特制式”制作工艺, 采用三角铁 (40 mm×40 mm×5 mm) 制作小车行走路线轨道;同时小车本体 (300 mm×70 mm×150 mm) 采用10 mm厚钢板、Ø50 mm尼龙棒、轴承进行加工, 车轮由车床精加工为Ø50 mm圆形轮罩, 并使滚动轴承镶嵌于轮罩内。另外, 为减小转动阻力, 采用内镶式6201轴承, 使牵引阻力减到最小。

(2) 机械传动部件。驱动装置利用三相异步电机加变速齿轮组合而成, 驱动电机电压采用泵房内127 V进行供电驱动 (功率10 W, 减速比1∶21) ;牵引装置采用Ø2.5 mm钢丝绳与小车进行连接, 将摄像机垂直固定在小车下方, 若牵引小车行走时带动摄像机移动, 小车行走通过驱动电机“正、反转”来实现小车的“前、后移动”。

(3) 执行元件。利用采区泵房控制系统为基础, 采用西门子PLC-314作为核心处理器进行控制。为不增加新设备, 在设计程序时, 通过程序移植法, 对其进行编程和“嫁接” (图2) , 以实现远程点对点控制。

(4) 检测传感部件。限位检测装置是采用矿用KGE22型传感器, 利用干簧管常开点设计而成, 同时在小车底部安装一个强力磁铁, 当牵引小车经过时, 干簧管受到磁力吸合, 使常开点闭合后发送给PLC控制命令, PLC通过中间继电器控制小车供电电源“通电、断电”状态, 以达到小车行走与停止目的[8,9]。

2.3 工业电视系统技术

工业电视系统集“图像采集、存储、浏览”为一体的监控系统, 是当今世界上最完善的通信技术之一, 利用工业电视系统安装的可移动式工业摄像机, 改变传统固定摄像机安装模式, 使摄像机可通过地面进行远程控制, 并根据实际需要, 随时移动、停止照射位置;再将移动摄像机信号接入井下工业环网系统传输至地面视频服务器, 并通过WEB进行发布, 实现用户通过客户端进行访问及随时查看功能, 达到了多方位监控浏览 (图3) 。

3 综合应用效果及评价

(1) 泵房随动视频技术采用总线式供电传输, 将原有供电与通信相结合, 通过1根双绞线完成供电及通信线路的敷设利用 (其中4芯网络通信用, 另外4芯摄像机供电线路) , 有效避免了“线多、线乱”等现象, 质量标准化程度较高, 效果明显。

(2) 随动视频技术通过实现轨道控制驱动来牵引小车带动摄像机移动, 小车行走由驱动电机正、反转来实现小车的前、后移动;同时采用组态方式进行组态, 由PLC编程设计来控制小车行走方向, 另外实现了随动视频的前后准确涨紧、启停精确限位和网络传输等辅助功能。

(3) 泵房自动化控制系统与随动视频技术相结合, 当泵房的任意1台泵启动时, 摄像机能够自动移动至对应泵的位置, 可由地面监控机位第一时间查看该泵的现场运行情况, 安全效率均得到大幅度提升, 确保了排水系统正常运行, 实现了自动化无人值守。

(4) 有效节约了成本投入, 减少了各采区泵房摄像机安装数量, 按每台水泵配备1台固定摄像机计算, 全矿井下水泵50多台, 采用随动视频技术后, 可减少40多台 (每台成本按2万元、对应附属电源按1.5万元计算) , 节约成本140余万元, 成本节约效果显著。

4 结语

陈四楼煤矿井下排水泵房随动视频技术将泵房排水控制系统、工业电视系统、机械设计及网络系统之间相互融合, 成功设计出一套完整的随动视频技术方案, 并应用于井下各个采区泵房内。通过对井下排水泵房随动视频技术的研究, 展现了现代化矿井综合自动化控制的优越性, 体现了“多上设备少上人”原则, 响应了“装备现代化、生产自动化、管理信息化”要求, 为实现综合自动化建设夯实了良好的基础。

参考文献

[1]胡巧玲, 罗晓.煤矿矿井水泵房排水系统设计[J].煤炭技术, 2013 (3) :76-78.

[2]汤伟, 李含君, 唐玉宝.煤矿井下排水泵房自动化监控系统的设计[J].煤矿机械, 2014 (5) :208-210.

[3]黄良新, 李莹, 朱波.煤矿井下泵房自动化排水系统的设计[J].煤矿机械, 2014 (2) :198-200.

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[6]车永军, 王成真, 杜利宏.煤矿井下中央水泵房自动化排水系统研究与应用[J].煤矿开采, 2013 (5) :28-31.

[7]贾砚成, 高云龙, 牛新建.煤矿井下泵房无人值守及自动控制系统[J].科技信息, 2011 (27) :767-769.

[8]刘宏林, 孙新梅, 刘宏伟.煤矿井下中央泵房排水设备电控系统的PLC改造[J].机电工程技术, 2009 (8) :52-54.

泵房排水自动化监控系统研究篇7

关键词：泵房,排水,自动化,监控系统,研究

1 泵房排水系统主要结构

1.1 为了保障水泵能够安全、稳定、有

效的运行, 就要对水泵运行过程实行自动化运行管理。水泵自动运行控制系统主要是包括数据采集、水泵进行自动更换、水泵能进行自动控制、显示运行状态、对出现的故障进行报警提醒、对数据进行上传等等。其中对数据的采集主要是对电流和电机、电机的温度、水泵的温度、开闸阀、进出水口、水位、排水的流量、电机的运行状态、电机出现的故障等进行检测。

1.2 其中数据主要是利用传感器采集

信息放入plc中进行有效地处理, 在通过录入的程序进行数据的处理过程, 当出现操作上的执行命令以后, 再将数据传到网络上进行设备监控。

1.3 为了避免水泵和电气设备因为受

潮不能正常的做好排水工作, 泵房排水系统开始进行轮换自动工作, 程序会根据泵房排水的特点和运行的时间进行自动的记录统计, 排水系统根据记录的数据自动开停水泵, 这样有利于泵房排水有规律的运行, 如果泵房排水的过程中出现了故障, 系统就会自动的停止工作, 这时排水系统就会明确新的排水方向, 水泵在排水的过程中会自动进行工作转换, 如果故障很明显, 系统还能发出故障报警的信号, 这样就有利于及时处理故障。

1.4 泵房排水系统主要是将plc作为

控制的主站, 主要是一种模块性质的结构, 主要是由数字量、模拟量以及通讯设备组成。这种方式是实现泵房排水自动化的主要方式, 能够对水位的高低进行及时掌握和处理, 同时还可以利用用户安排的时间来完成模型, 科学合理的调整水泵运行模式, 利用自动化处理方式, 调整水泵的运行状态和运行规律。

1.5 对泵房排水系统故障情况采用动

态显示的方法进行, 主要是利用系统的动态结构以及检测系统报警信号, 对泵房排水系统的工作状态等进行检测, 利用图形和数字的形式对排水的流量自动记录出现故障的基本类型, 同时还能够记录时间, 对每一台水泵的功率以及流量进行记录, 这样做以便于及时修复破损的水泵。

1.6 利用plc与操作面进行通讯, 把水

泵日常工作状态和数据参数传送到操作面, 通过搜集数据, 掌握水泵的工作状态, 当参数传输到地面, 就会显示出一些图形和数字, 这些图形和数字是一种直观的界面形式, 利用地面上的监控系统, 对煤矿的安全性生产实行自动化控制, 并形成一定的控制网, 这样方便实际操作人员对排水设备的管理, 并且检测排水设备的数据和工作状态, 同时可以利用排水系统的自动化控制掌握相关信息, 实现井下排水的安全性生产过程。

1.7 对水泵的控制分为主站控制与分

站控制两个部分, 其中控制主站主要是由两个plc彩色的显示界面、显示一定的工作状态等组成的, 主要是对界面状态进行及时记录, 同时, 通过水泵工作状态以及传送的指令, 实行远距离的自动化控制方式。

2 泵房排水自动化监控系统的特点

2.1 有利于管理。

泵房排水自动化监控系统采用在线监控管理的形式, 能够及时发现水泵运行状态是否完好, 有利于检测, 这样省去了人工对泵房的看管问题, 利用网络系统对泵房排水系统进行监测管理。

2.2 在控制上比较灵活。

在实际的工作中可以根据完全不同的环境, 根据水位的运行状态, 当遇到故障的时候, 可以通过手动的方式进行维修, 在控制上比较灵活。

2.3 能使水泵的寿命延长。

依据水泵控制的基本原则, 对水泵进行更换, 这样做有利于水泵长期使用, 通过选择不同的排水方式, 减少水泵经常启动而导致积水繁多, 对水泵进行科学合理使用, 这样做能够使水泵的寿命得到延长, 也方便使用。

3 泵房排水自动化监控系统的基本要求

3.1 要具有防爆的能力。

泵房排水自动化监控系统, 如果遇到特殊的环境, 要考虑煤矿生产安全的基本要求, 要了解其主要的控制系统一定要具有防爆的能力, 只有这样做才能保障煤矿生产的安全性。

3.2 要适时显示水位检测情况。

泵房排水自动化监控系统的主要工作就是要对水位信号进行控制, 同时还要了解水位的变化情况。在日常的工作环境下, 检测系统要对水位进行监视, 当遇到危险的时候就要及时发现和处理。

3.3 注意水泵启停的平稳度。

在工作中水泵的启停有个平稳的过程, 要将水泵平稳的打开, 平稳的关闭, 在刚启动的过程中, 要参照运行的参数进行, 如果没有按照系统运行的参数进行, 那么系统就不能达到最佳的运行状态。

3.4 水泵要适时更换。由于泵房水泵

是在一起进行工作的, 期间有着密切的联系, 但是从使用的性能上来说, 经常用一个水泵, 会闲置了其他水泵的使用, 水泵运行过程中如果出现了问题, 那么就应该有备用的水泵进行及时更换调整。因此, 泵房排水系统应该进行科学合理的运用水泵设备, 避免水泵长时间的被闲置。

3.5 优化并且控制水泵的运行状态。

优化并且控制水泵的运行状态, 能够提高水泵的运行效果, 我们要根据煤矿生产的基本特征以及水泵水量的大小, 同时还要杜绝很多水泵一起进行开启的过程, 要在很大程度上从煤矿生产的安全性方面进行考虑。

4 与以往传统的排水系统相比具有的优越性

4.1 效率高, 可靠性强。

泵房排水系统实现了自动化的过程, 在具体的工作中不会依赖人工来进行完成整个工作的状态, 省去了很多劳动力。对水位、水量的大小进行判断不用人工进行操作了, 实行了自动化的监控方式, 具体的工作环节与以往的相比变得非常简单。

4.2 工人工作强度小。

泵房排水自动化监控系统避免了人工操作不能完成的劳动强度。在传统的泵房排水系统中依赖更多的劳动力, 几乎每个工作环节都会涉及到大量的劳动力。泵房排水自动化监控系统每个工作状态都是进行自动化的控制, 每个环节出现了差错都会很快的收到报警信号, 在最短的时间里对系统进行检查和维护。

结语

煤炭的生产和发展是我国重要的产业之一。伴随着我国对煤炭行业的快速发展, 煤炭生产的安全性受到国家的高度重视, 一旦安全问题经常出现, 将阻碍煤炭产业的顺利发展。泵房排水自动化监控系统的研究提高了煤矿产业生产的安全性, 这种系统提高了自动化的程度, 通过科学技术发展进步和泵房排水自动化监控系统的研究, 延长了水泵使用的寿命, 在工作中具有着可行性。

参考文献

[1]贾平.煤矿排水系统节能技术改造[J].陕西煤炭, 2001 (3) :37-38.

井下泵房自动化篇8

对于煤矿安全生产而言, 中央泵房能够正常、可靠地运行工作是关键性条件之一。在煤矿开采过程中, 矿井会因江河湖水的渗入、地层含水的涌出以及低洼处积水等原因, 需要保证中央泵房能够持续向外排水, 否则便有可能发生煤矿透水事故, 不仅会造成巨大经济损失, 更会导致重大人员伤亡。传统的排水系统需要由专门人员控制, 自动化程度和生产效率低, 并且由于没有精确的检测和完整的保护, 生产事故率较高。实现中央泵房的远程自动化控制, 则能够彻底解决以上问题, 中央泵房经济效益和管理水平也能够得到有效提升。在本文中, 首先分析了中央泵房远程自动化控制系统原理, 其次探讨了中央泵房远程自动化控制系统所具有的基本功能。

1 中央泵房远程自动化控制系统原理

中央泵房的远程自动化控制系统的基本功能是实现对单台水泵的启动/停止进行远程自动化控制, 并以此为基础, 实现对多台水泵的启动/停止进行远程自动化控制, 最终实现整个中央泵房的远程自动化控制。为了便于理解, 首先以单台水泵启动/停止的远程自动化控制为例, 分析中央泵房远程自动化控制系统的原理。系统原理框架如图1所示。

1.1 单台水泵启动/停止远程自动化控制的条件

单台水泵启动/停止的远程自动化控制需要满足以下条件:矿井水位上升至预先设定位置;水位上升信号传递给真空泵;真空泵启动;真空泵出口压力检测设备检测出口压力变化;真空泵出水口电动闸阀打开;水位下降到安全位置;水位下降信号传递给真空泵;真空泵停止。具体而言:

(1) 真空泵启动。一般而言, 启动之前需要向水泵内部注水, 才能够保证水泵的正常启动。目前, 通常采用抽真空的方式来向水泵内部注水。本文所提的中央泵房远程自动化控制系统共有2套抽真空水泵。这2套抽真空水泵并联于电路当中, 各司其职, 并且能够利用阀门进行切换。

(2) 检测抽真空度。真空泵启动之后, 水泵内部的空气会被排除到外部, 从而在水泵内部形成一定比例的真空度。抽真空会让水泵内部和水仓水位形成一定的大气压力差, 在大气压力的作用下, 水通过吸水管道进入到水泵内部。抽真空度和进入水泵内部的水量呈正比例关系, 即抽真空度越高, 则进入水泵内部的水量越充足。故此, 我们可以通过检测抽真空度的方式来检测水泵内部的水量是否充足。

(3) 启动矿井排水泵。泵房启动时直接接入PLC柜, 通过PLC柜便可以启动[1]。自动控制时, 只需将控制信号接入启动柜远控回路并将状态信号返回控制系统即可[2]。

(4) 检测排水泵的出水口压力。通过检测设置于水泵出水口处压力表压力, 可判断水泵是否能够启动或正常运行[3]。采用模拟量压力表, 可提高系统的可靠性, 并可连续检测压力随电动阀打开时的变化情况, 为水泵工作效率及工况的测量提供充分条件[4]。

1.2 实现对多台水泵启动/停止远程自动化控制

在中央泵房的吸水井当中安装矿井水位传感器, 依照矿井水位传感器传递的信号, 中央控制单元可以根据水位上升位置、水位上升速度、单台水泵抽水功率等参数来选择水泵运行的数量。每台水泵运行方式与单台水泵启动/停止的远程自动化控制原理相同。

其中, 水位控制参数是影响中央泵房运行非常重要的参数, 因此, 本文选择采用2套系统来进行水位检测, 即采取模拟方式和数字方式的水位检测。这2套水位检测系统发挥着相互监督的作用, 保证水位信息的一致性;同时, 如果一套水位检测系统出现故障, 另一套水位检测系统还可以发挥备用系统的功能, 保持中央泵房的正常运行工作。

实现对多台水泵的启动/停止进行远程自动化控制需要满足以下条件: (1) 根据水仓水位上、下限启动或停止水泵。 (2) 根据水位的不同级别控制水泵运行的台数[5]。 (3) 依据各水泵的工况参数自动设定备用泵及检修泵, 控制各台水泵之间的交替工作, 使其磨损程度均等[6]。 (4) 安排水泵在供电部门所规定的谷段和平段时间运行, 避免峰段, 即“避峰填谷”。同时还可检测水泵排水流量、出水口压力、电机轴承温度、电机绕组温度、电流、功率等水泵与电机的工作参数, 并通过相应算法得到水泵的运行效率曲线, 通过效率曲线可对水泵的运行状况作出分析, 以便定期对水泵进行检修维护[7]。

1.3 中央泵房远程自动化控制系统运行模式

(1) 智能自动控制模式。系统的全部运行均由电脑全程控制, 包括水泵的自动启动/停止, 运行参数的实时监测。但是在该模式下, 需要预先根据工况设置有关控制参数, 这些控制参数主要包括时间、水位以及煤矿用电负荷等。

(2) 混合控制模式, 即有人参与的自动控制模式。在该模式下, 操作人员只需要决定何时开启中央泵房的远程自动化控制系统, 随后的工作全部由电脑按照预定程序完成。该模式通常为一键式操作, 操作人员的劳动强度大大降低。

(3) 完全手动控制模式。系统的全部功能实现均由手动控制实现。一般而言, 该模式主要用于检修中央泵房远程自动化控制系统中的设备故障以及其他问题。

2 中央泵房远程自动化控制系统基本功能

2.1 实现水泵自动轮换运行

自动轮换运行主要是为了防止因备用泵及其电气设备或备用管路长期不用而使电机和电气设备受潮;因其他故障未及时发现, 当工作泵或管路出现紧急故障需投入备用泵或管路时, 而不能及时投入以致影响矿井安全等故障而设计的控制程序。控制程序自动记录并累计水泵启停次数及运行时间、管路使用次数及流量等参数。根据这些运行参数, 系统按一定顺序自动启停水泵和相应管路, 使各水泵及其管路的使用率分布均匀。当某台泵或所属阀门出现故障、某趟管路漏水时, 系统自动发出声光报警, 记录事故, 同时将故障泵或管路自动退出, 其余各泵和管路继续按一定顺序自动轮换工作, 以达到有故障早发现、早处理, 避免影响矿井安全生产[8]。

2.2 具备“避峰填谷”功能

“避峰填谷”功能的主要目的是尽量降低在用电“高峰期”运行水泵排水的次数, 而选择在用电“低谷期”来运行水泵排水。具体运行方法是, 在用电“低谷期”, 中央泵房远程自动化控制系统会将矿井的水位排至预先设定的最低位, 从而在用电的“高峰期”让矿井在安全水位以下容纳更多地水, 而不用开启水泵排水。

2.3 具备设备保护功能

(1) 水压和水流保护功能。在中央泵房启动水泵之后, 如果检测到水压和水流的数值不正常, 则会向中央控制系统进行反馈, 自动停止该水泵的运行以确保安全, 并启动下一台水泵, 同时向工作人员发出故障预警。

(2) 漏水保护功能。如果真空泵运行一段时间之后仍然无法达到预定的真空度, 则表示水泵漏水。漏水保护装置会向中央控制系统进行反馈, 自动停止该水泵的运行以确保安全, 并启动下一台水泵, 同时向工作人员发出故障预警。

(3) 高温保护功能。如果由于水泵运行时间较长或者其他原因而出现泵轴或者电机温度过高, 则温度检测装置会向中央控制系统进行反馈, 自动停止该水泵的运行以确保安全, 并启动下一台水泵, 同时向工作人员发出故障预警。

(4) 过流保护功能。系统主回路中安装有电流检测装置, 如果工作电流出现异常上升, 则该装置会切断电源, 防止水泵和其他设备烧毁。

(5) 电压异常保护功能。系统主回路中安装有电压检测装置, 如果工作电压出现异常上升或者下降, 则该装置会切断电源。

(6) 漏电保护功能。如果系统出现漏电故障, 则漏电保护装置会切断电源, 防止出现人员伤亡。

2.4 运行参数的实时监测

中央泵房远程自动化控制系统中装有各种监测装置, 能够实现对系统运行参数 (例如水位、水压、水流、温度、电流、电压等) 的实时监测, 如果发现数据异常, 能够显示故障代码或者故障原因, 并进行报警。

3 结语