PLC在唐山礦705泵房改造主排水控制系統的應用

蔡國利

（開灤唐山礦業分公司，河北 唐山063000）

1 系統主要功能及特點

1.1 基本功能概述

根據工況設定，以及時間、水位、煤礦用電負荷等參數自動開啟、停止水泵的運轉，并能實現泵閥的聯鎖啟動，對運行中的各種參數進行實時監控，通過接口向上傳送數據。

①地面計算機統計出每天礦井的用電負荷情況，確定用電高峰、低谷時間，并將參數傳給本機；或在本機上根據統計出的時間進行設定。

②根據所監測的水位信號，設定出低水位、高水位和上限水位信號。

③低水位時停泵；高位1值時，首先對電網的負荷進行檢測，若處于用電低谷時，立即起動水泵，若處于用電高峰時，則暫緩起動，當水位繼續上升至高位2值時，則不論電網負荷如何，立即起動水泵；當水位繼續上升到高位3值時，則表明起動的水泵臺數不足，立即起動備用水泵，以最大的排水能力來排除礦井涌水。

④系統可自動或手動選擇以實現備用泵的循環啟動和停止。

⑤將本機工作方式轉為“地面控制”時，各水泵由地面主機控制。

⑥當運行的水泵出現軸承超溫、開關柜故障、流量不夠時自動停止運行并提示、報警。

1.2 控制方式

每臺水泵設置遙控/就地手動控制兩種工作方式。

a、遙控：接受來自礦井綜合信息自動化系統的起動和停止指令。

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，以便工作人員發現問題及時停車。

1.3 控制功能：

自動控制：在地面中央控制室的工業控制計算機上進行控制，控制主機選用國際通用的性能價格比優的工業控制主機，主要完成以下功能：

a.工作泵的選擇及備用泵的切換：根據水倉水位信號，開、停預選水泵，并能自動輪換開、停水泵，以防止備用泵長期不用而使電機受潮或有其它故障而未及時發現，做到有故障早發現、早處理。當工作水泵故障時，PLC系統可以自動切換到備用水泵，保障礦井的安全；同時切除的水泵可以進行檢修，不影響其余水泵的運行。

b.完成對各單機控制系統的所有參數的采集，在控制計算機上可顯示以下參數及信號，并對相關事件記錄：

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

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

水位自動監控：水位自動監控時根據水位的高低自動準確地發出開、停泵指令。水位傳感器選用高可靠性、高準確性的超聲波液位計；當水位達到高位1值時，首先對電網的負荷進行監測，若處于用電低谷時，可以立即起動，若處于用電高峰，則暫緩起動。當水位繼續上升至高位2值時，則不論電網負荷如何，立即起動水泵；若水位繼續上升到高位3值時，則表明起動的水泵臺數不足，立即起動備用水泵，以最大的排水能力來排除礦井涌水。不論起動幾臺水泵，只有水位下降到低位時方可停泵。

自動注水起動：無底閥，當水倉水位達到高位限值時，PLC程序自動發出開泵指令，首先開啟抽真空射流泵進出口電磁閥（1a、1b、1c~3a、3b、3c），然后開啟排水管道上的電動閘閥（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形成真空，靠大氣壓力將吸水井內的水壓入泵體，當壓力達到設定值時即泵體充滿水后，即可自動起動高壓電動機，并監測水泵出口壓力，達到額定值后，自動開啟出口電動閘閥（1C），完成水泵的自動起動過程；停泵過程：當水倉水位低到低位限值時，PLC程序自動發出停機指令，首先關閉出口電動閘閥（1C），防止水錘沖擊水泵，電動閘閥關閉到位后自動停止水泵電動機，此時電動閘閥全閉（1A、1B），為下次開泵作準備。

水泵主回路起動過程：水泵起動前的條件滿足后，接通高壓柜和軟起動柜，接通智能切換柜相應水泵回路；當軟起動器起動水泵達到額定轉速后，斷開該起動回路的智能開關柜內的真空接觸器，延時0.5秒接通相應水泵的正常供電開關柜內的真空斷路器，完成水泵的軟起動過程。

1.4 通信

PLC系統具有遠程通信接口，可以方便的掛接到礦井綜合信息自動化系統，以實現與地面即時數據通信，并接受來自地面指揮控制中心發出的控制指令。

1.5 保護

電氣保護：取給電動機供電的高壓開關柜的電氣電流、電壓信號及相應的故障信號送入PLC系統，由PLC系統計算、判斷電動機的工況。

超溫保護：電動機的定子和軸承設有溫度傳感器，PLC系統接受其輸出信號，當溫度超出允許值時，使水泵停車。

漏水保護：如漏水嚴重，在規定的時間內不能向水泵注滿引水（壓力變送器檢測真空值），通過漏水保護裝置阻止本臺水泵起動，改為起動下臺水泵。

流量、壓力保護：水泵起動后或正常運行中，如流量或壓力達不到正常值，通過流量、壓力保護裝置使本臺水泵停車，改為起動下臺水泵。

根據實際需要也可以從自動控制方式切換到手動控制方式。此方式下操作人員在操作臺上人工手動控制。

現場編程：用戶可在現場通過面板上的鍵盤對程序或儀表參數進行修改。

組網功能：該分站與水窩排水控制器一起掛接在中央變電所的網絡交換機上，通過交換機與全礦綜合自動化系統連接。

水泵運行計量/時間/運行統計：在地面控制站上應可分別對每臺水泵的運行電耗、工作時間等進行統計，便于管理人員及時掌握每臺水泵的工況。

圖形曲線顯示：在地面控制站上可實時顯示各設備運行圖。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態圖形、靜態圖形，同時支持多種圖形格式（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。可顯示實時曲線，可顯示年、月、日各時間段的歷史曲線和具體數據表。

實時報警/報警記錄：在現場PLC控制臺上可漢字顯示各故障信息并報警，在地面控制站上可顯示現場單元當前的報警信息以及保存的報警記錄。

2 使用效果

705泵房直排地面擔負全礦排水，那么，公司井下未來排水泵房可以停止使用的泵房有：中央排水系統有12L、11L和9L三個排水泵房，對角排水系統有501、7L22兩個排水泵房。總計可節省5個水泵房的人員45人，按每人工資每年1.5萬元計算每年可節省67.5萬元。

按現在井下涌水量計算取消5個水泵房后每年可節省電費：

9L水泵房每年可節省電費：683.62萬度×0.42元=287.12萬元；11L水泵房每年可節省電費：978.27萬度×0.42元=410.8734萬元；12L水泵房每年可節省電費：28萬度×0.42元=11.76萬元；501水泵房每年可節省電費：533.19萬度×0.42元=223.9398萬元；7L22水泵房每年可節省電費：678.49萬度×0.42元=284.9658萬元；5個水泵房加上705水泵房現在每年電費，總計每年可節省電費：1218.659萬元+105.5124萬元+67.5萬元=1391.6714萬元；705水泵房現在每年電費251.22萬度×0.42元=105.5124萬元。改造后705水泵房現在每年電費：礦井最大涌水量時5臺泵；每臺泵1600千瓦工作10小時；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泵房每年可節省電費：1391.6714-1226.4=165.2714萬元。

[1]劉生建,邱曉芬.基于PLC礦井排水控制系統的設計[J].礦山機械,2006-08-10.