PLC在唐山礦705泵房改造主排水控制系統(tǒng)的應(yīng)用

蔡國利

（開灤唐山礦業(yè)分公司，河北 唐山063000）

1 系統(tǒng)主要功能及特點(diǎn)

1.1 基本功能概述

根據(jù)工況設(shè)定，以及時(shí)間、水位、煤礦用電負(fù)荷等參數(shù)自動(dòng)開啟、停止水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，并能實(shí)現(xiàn)泵閥的聯(lián)鎖啟動(dòng)，對(duì)運(yùn)行中的各種參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過接口向上傳送數(shù)據(jù)。

①地面計(jì)算機(jī)統(tǒng)計(jì)出每天礦井的用電負(fù)荷情況，確定用電高峰、低谷時(shí)間，并將參數(shù)傳給本機(jī)；或在本機(jī)上根據(jù)統(tǒng)計(jì)出的時(shí)間進(jìn)行設(shè)定。

②根據(jù)所監(jiān)測的水位信號(hào)，設(shè)定出低水位、高水位和上限水位信號(hào)。

③低水位時(shí)停泵；高位1值時(shí)，首先對(duì)電網(wǎng)的負(fù)荷進(jìn)行檢測，若處于用電低谷時(shí)，立即起動(dòng)水泵，若處于用電高峰時(shí)，則暫緩起動(dòng)，當(dāng)水位繼續(xù)上升至高位2值時(shí)，則不論電網(wǎng)負(fù)荷如何，立即起動(dòng)水泵；當(dāng)水位繼續(xù)上升到高位3值時(shí)，則表明起動(dòng)的水泵臺(tái)數(shù)不足，立即起動(dòng)備用水泵，以最大的排水能力來排除礦井涌水。

④系統(tǒng)可自動(dòng)或手動(dòng)選擇以實(shí)現(xiàn)備用泵的循環(huán)啟動(dòng)和停止。

⑤將本機(jī)工作方式轉(zhuǎn)為“地面控制”時(shí)，各水泵由地面主機(jī)控制。

⑥當(dāng)運(yùn)行的水泵出現(xiàn)軸承超溫、開關(guān)柜故障、流量不夠時(shí)自動(dòng)停止運(yùn)行并提示、報(bào)警。

1.2 控制方式

每臺(tái)水泵設(shè)置遙控/就地手動(dòng)控制兩種工作方式。

a、遙控：接受來自礦井綜合信息自動(dòng)化系統(tǒng)的起動(dòng)和停止指令。

b、就地控制（主要為檢修）：此方式為操作人員在水泵房起、停水泵，但是每個(gè)就地控制箱上的停止按鈕在任何工作方式下都起作用，以便工作人員發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)停車。

1.3 控制功能：

自動(dòng)控制：在地面中央控制室的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)上進(jìn)行控制，控制主機(jī)選用國際通用的性能價(jià)格比優(yōu)的工業(yè)控制主機(jī)，主要完成以下功能：

a.工作泵的選擇及備用泵的切換：根據(jù)水倉水位信號(hào)，開、停預(yù)選水泵，并能自動(dòng)輪換開、停水泵，以防止備用泵長期不用而使電機(jī)受潮或有其它故障而未及時(shí)發(fā)現(xiàn)，做到有故障早發(fā)現(xiàn)、早處理。當(dāng)工作水泵故障時(shí)，PLC系統(tǒng)可以自動(dòng)切換到備用水泵，保障礦井的安全；同時(shí)切除的水泵可以進(jìn)行檢修，不影響其余水泵的運(yùn)行。

b.完成對(duì)各單機(jī)控制系統(tǒng)的所有參數(shù)的采集，在控制計(jì)算機(jī)上可顯示以下參數(shù)及信號(hào)，并對(duì)相關(guān)事件記錄：

電機(jī)電流及電壓；水倉水位信號(hào)；出水管壓力和流量；電機(jī)及軸承溫度；水泵正常運(yùn)行信號(hào)；故障信號(hào)（包括高壓柜、軟起動(dòng)柜等）、電機(jī)定子及軸承超溫等各種報(bào)警信號(hào)（聲光顯示）；各種閥門到位信號(hào)顯示完成用戶要求的排水自動(dòng)化功能。

水泵起動(dòng)前的條件：管道中有存水(管道壓力變送器檢測)，水泵出口電動(dòng)閘閥全閉（1C~3C）；抽真空射流泵或注水裝置進(jìn)出口電磁閥全閉（1a、1b、1c~3a、3b、3c），排水管道上的電動(dòng)閘閥全閉（1A、1B~3A、3B）。

水位自動(dòng)監(jiān)控：水位自動(dòng)監(jiān)控時(shí)根據(jù)水位的高低自動(dòng)準(zhǔn)確地發(fā)出開、停泵指令。水位傳感器選用高可靠性、高準(zhǔn)確性的超聲波液位計(jì)；當(dāng)水位達(dá)到高位1值時(shí)，首先對(duì)電網(wǎng)的負(fù)荷進(jìn)行監(jiān)測，若處于用電低谷時(shí)，可以立即起動(dòng)，若處于用電高峰，則暫緩起動(dòng)。當(dāng)水位繼續(xù)上升至高位2值時(shí)，則不論電網(wǎng)負(fù)荷如何，立即起動(dòng)水泵；若水位繼續(xù)上升到高位3值時(shí)，則表明起動(dòng)的水泵臺(tái)數(shù)不足，立即起動(dòng)備用水泵，以最大的排水能力來排除礦井涌水。不論起動(dòng)幾臺(tái)水泵，只有水位下降到低位時(shí)方可停泵。

自動(dòng)注水起動(dòng)：無底閥，當(dāng)水倉水位達(dá)到高位限值時(shí)，PLC程序自動(dòng)發(fā)出開泵指令，首先開啟抽真空射流泵進(jìn)出口電磁閥（1a、1b、1c~3a、3b、3c），然后開啟排水管道上的電動(dòng)閘閥（1A、1B），利用管道中存有的積水，通過射流泵形成射流，依靠射流的吸力使泵內(nèi)形成真空，靠大氣壓力將吸水井內(nèi)的水壓入泵體，當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)即泵體充滿水后，即可自動(dòng)起動(dòng)高壓電動(dòng)機(jī)，并監(jiān)測水泵出口壓力，達(dá)到額定值后，自動(dòng)開啟出口電動(dòng)閘閥（1C），完成水泵的自動(dòng)起動(dòng)過程；停泵過程：當(dāng)水倉水位低到低位限值時(shí)，PLC程序自動(dòng)發(fā)出停機(jī)指令，首先關(guān)閉出口電動(dòng)閘閥（1C），防止水錘沖擊水泵，電動(dòng)閘閥關(guān)閉到位后自動(dòng)停止水泵電動(dòng)機(jī)，此時(shí)電動(dòng)閘閥全閉（1A、1B），為下次開泵作準(zhǔn)備。

水泵主回路起動(dòng)過程：水泵起動(dòng)前的條件滿足后，接通高壓柜和軟起動(dòng)柜，接通智能切換柜相應(yīng)水泵回路；當(dāng)軟起動(dòng)器起動(dòng)水泵達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，斷開該起動(dòng)回路的智能開關(guān)柜內(nèi)的真空接觸器，延時(shí)0.5秒接通相應(yīng)水泵的正常供電開關(guān)柜內(nèi)的真空斷路器，完成水泵的軟起動(dòng)過程。

1.4 通信

PLC系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程通信接口，可以方便的掛接到礦井綜合信息自動(dòng)化系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)與地面即時(shí)數(shù)據(jù)通信，并接受來自地面指揮控制中心發(fā)出的控制指令。

1.5 保護(hù)

電氣保護(hù)：取給電動(dòng)機(jī)供電的高壓開關(guān)柜的電氣電流、電壓信號(hào)及相應(yīng)的故障信號(hào)送入PLC系統(tǒng)，由PLC系統(tǒng)計(jì)算、判斷電動(dòng)機(jī)的工況。

超溫保護(hù)：電動(dòng)機(jī)的定子和軸承設(shè)有溫度傳感器，PLC系統(tǒng)接受其輸出信號(hào)，當(dāng)溫度超出允許值時(shí)，使水泵停車。

漏水保護(hù)：如漏水嚴(yán)重，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)不能向水泵注滿引水（壓力變送器檢測真空值），通過漏水保護(hù)裝置阻止本臺(tái)水泵起動(dòng)，改為起動(dòng)下臺(tái)水泵。

流量、壓力保護(hù)：水泵起動(dòng)后或正常運(yùn)行中，如流量或壓力達(dá)不到正常值，通過流量、壓力保護(hù)裝置使本臺(tái)水泵停車，改為起動(dòng)下臺(tái)水泵。

根據(jù)實(shí)際需要也可以從自動(dòng)控制方式切換到手動(dòng)控制方式。此方式下操作人員在操作臺(tái)上人工手動(dòng)控制。

現(xiàn)場編程：用戶可在現(xiàn)場通過面板上的鍵盤對(duì)程序或儀表參數(shù)進(jìn)行修改。

組網(wǎng)功能：該分站與水窩排水控制器一起掛接在中央變電所的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)上，通過交換機(jī)與全礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)連接。

水泵運(yùn)行計(jì)量/時(shí)間/運(yùn)行統(tǒng)計(jì)：在地面控制站上應(yīng)可分別對(duì)每臺(tái)水泵的運(yùn)行電耗、工作時(shí)間等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，便于管理人員及時(shí)掌握每臺(tái)水泵的工況。

圖形曲線顯示：在地面控制站上可實(shí)時(shí)顯示各設(shè)備運(yùn)行圖。并提供開放式的圖形制作軟件，用戶可隨心所欲描繪各種動(dòng)態(tài)圖形、靜態(tài)圖形，同時(shí)支持多種圖形格式（Bmp、Jpg、Gif、Icon、Avi等等），圖形畫面具有鏈接功能，可以很方便地切換其它畫面顯示。可顯示實(shí)時(shí)曲線，可顯示年、月、日各時(shí)間段的歷史曲線和具體數(shù)據(jù)表。

實(shí)時(shí)報(bào)警/報(bào)警記錄：在現(xiàn)場PLC控制臺(tái)上可漢字顯示各故障信息并報(bào)警，在地面控制站上可顯示現(xiàn)場單元當(dāng)前的報(bào)警信息以及保存的報(bào)警記錄。

2 使用效果

705泵房直排地面擔(dān)負(fù)全礦排水，那么，公司井下未來排水泵房可以停止使用的泵房有：中央排水系統(tǒng)有12L、11L和9L三個(gè)排水泵房，對(duì)角排水系統(tǒng)有501、7L22兩個(gè)排水泵房。總計(jì)可節(jié)省5個(gè)水泵房的人員45人，按每人工資每年1.5萬元計(jì)算每年可節(jié)省67.5萬元。

按現(xiàn)在井下涌水量計(jì)算取消5個(gè)水泵房后每年可節(jié)省電費(fèi)：

9L水泵房每年可節(jié)省電費(fèi)：683.62萬度×0.42元=287.12萬元；11L水泵房每年可節(jié)省電費(fèi)：978.27萬度×0.42元=410.8734萬元；12L水泵房每年可節(jié)省電費(fèi)：28萬度×0.42元=11.76萬元；501水泵房每年可節(jié)省電費(fèi)：533.19萬度×0.42元=223.9398萬元；7L22水泵房每年可節(jié)省電費(fèi)：678.49萬度×0.42元=284.9658萬元；5個(gè)水泵房加上705水泵房現(xiàn)在每年電費(fèi)，總計(jì)每年可節(jié)省電費(fèi)：1218.659萬元+105.5124萬元+67.5萬元=1391.6714萬元；705水泵房現(xiàn)在每年電費(fèi)251.22萬度×0.42元=105.5124萬元。改造后705水泵房現(xiàn)在每年電費(fèi)：礦井最大涌水量時(shí)5臺(tái)泵；每臺(tái)泵1600千瓦工作10小時(shí)；按一年365天算所以5×1600×10×365=2920萬度；2920萬度×0.42元=1226.4萬元；所以改造后705泵房每年可節(jié)省電費(fèi)：1391.6714-1226.4=165.2714萬元。

[1]劉生建,邱曉芬.基于PLC礦井排水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].礦山機(jī)械,2006-08-10.