煤礦井下中央泵房自動化控制的應用

顧秀江

貴州源興礦業有限公司，貴州晴隆 561400

煤礦井下中央泵房自動化控制的應用

顧秀江

貴州源興礦業有限公司，貴州晴隆 561400

井下中央泵房是煤礦企業的重要機電場所，對企業安全生產產生直接影響。本文將對當前煤礦井下中央泵房的自動化控制功能實現與具體工作環節進行分析與闡述，發揮中央泵房自動化控制在煤礦企業發展中的重要作用。

煤礦井下；中央泵房；自動化控制

1 中央泵房自動化控制系統概述

在本文提到的系統1650中央泵房中，共有5臺D280－65×5水泵，配用電機功率400kW、電壓6kV；聯絡閥門共15臺；水倉分為外倉、內倉；排水管路Ф325鋼管3趟；采用真空泵和水射流進行抽真空，且互為備用；日平均涌水量720m3左右。將主排水泵作為井下排水設備，包括水泵、電機、底座、配水閥、真空泵總成、止回閥、閘閥、真空表、壓力表、水位計等構造。每臺水泵包括1臺電機、1個整體底座、3個閘閥、1個止回閥、1套真空泵、真空表和壓力表。

在該系統中，主要由PLC支持數據自動采集功能，將PLC模擬量的輸入模塊，通過傳感器功能，連續實行對水倉水位的檢測，轉換、處理水位變化信號，計算單位時間內不同水段的水位上升情況，進而判斷井下涌水量，控制排水泵的啟動與停止。利用系統中的水泵軸溫、電機電流、電機溫度、排水管流量等，以監測電機、水泵的運行狀況，發揮監控報警作用，避免水泵及電機損壞。在PLC數字量輸入模塊中，將各種信號采集到PLC中，并作為處理邏輯的依據與條件，實現對排水泵的控制。

2 煤礦井下中央泵房自動化控制的功能實現

在該系統中，采取礦用一般型的控制柜，配以集中操作臺實現對水泵的自動控制，在水泵房設一臺控制站。在每臺水泵旁設就地控制箱，除了就地實現每套水泵及設備的開停之外，還要實行就地/集控轉換。在該系統中，具備現場變成、簡單易操作、可擴展輸入/輸出點數等特點，除了完成單機控制水泵功能之外，還可通過工業以太網傳輸接口模塊與設置在井下中央變電所的網絡交換機連接，由井上調度中心監控所有排水泵等被控設備。控制系統應具有較強的抗干擾能力，并具有漢字顯示功能，可自動漢字提示故障信號和系統有關信息。

2.1 操作方法

在該系統中，主要分為遙控操作與手動操作兩種方式，一般以遙控方式為主。一方面，遙控方式。通過地面控制器的遠程設備控制，監控各個設備的運行狀態以及運行參數變化等。根據實際液位的高低、上水等狀況，再加上峰谷電價的因素影響等，自動啟動、停止水泵，實現水泵和閥門之間的聯鎖啟停，檢測各個設備的運行狀態，如果發生故障則可自動停機并提示報警，實現無人值守功能；另一方面，手動方式。根據水倉中的水位情況，確定需要開啟的水泵臺數，可由操作人員在觸摸屏中手動操作水泵，并作為故障檢修的主要方式。

2.2 液位控制

利用液位傳感器，實時監控煤礦井下水池液位。在高液位狀態下，無論是否峰谷電價時段，都可以根據自動輪換原則，啟動水泵。如果液位持續升高，則啟動多臺水泵；在低液位狀態下，可無條件將所有泵停止。在水倉水位的保護裝置中，分別設置獨立液位計，作為備用，并在水倉壁中設置水位刻度尺，實時監測。

在該系統中，選用超聲波液位傳感器，它具有高精度、非接觸式、非機械型、維護方便、安裝容易、標定簡單等許多優點。當水位達到水位2時，若處于低計費時段，可以立即啟動，若處于高計費段，則暫緩啟動。當水位繼續上升至水位3時，則不論電網如何，必須啟動水泵。若水位繼續上升至水位4時，則表明一臺水泵的排水量已不足于排除礦井出水，必須啟動第二臺水泵，兩臺水泵一齊排水，以礦井的最大排水能力來排除礦井出水。不論投入幾臺泵，水位必須下降到水位1方可停泵。上述水位1至水位4均由超聲液位計將模擬信號送入PLC，由PLC通過軟件標定。分時計費亦由PLC通過軟件標定。

2.3 通訊功能

在該系統中，配備以太網通訊模塊及光纖以太網交換機等設備，可利用光纜記錄中央泵房中的水泵機組運行狀況、參數、現場視頻、故障信息等，并上傳至地面控制室，再由地面控制室將信息公布到煤礦局域網中。管理人員經過授權后，可在IE瀏覽器中登錄，又可通過任何一臺計算機連接局域網，進入到用戶界面，查看相關信息，包括井下排水系統的工作狀態、運行數據、現場視頻、故障信息等，進而全面掌握現場運行狀況。另外，根據不同的授權等級，高級用戶還可遠程控制，實現無人值守，確保系統的安全、穩定運行。

2.4 水泵設置

每臺水泵設置遠控、自動、手動和檢修四種工作方式，工作方式可直接在本機上設定或由地面主機設定。當水位達到高位或不在高位而處在用電低谷時間內，將自動啟動運行泵，當達到低位或不在高位而處在用電高峰時間內時自動停泵。當水位達到上限水位時，自動啟動“運行泵”及“備用泵”，直到水位低于高位時停止“備用泵”只運行“運行泵”， 當達到低位或不在高位而處在用電高峰時間內時自動停泵。

2.5 峰谷電價控制

在該系統運行過程中，根據電網負荷以及供電部門的平段、峰段、谷段等時間段控制，在水位不高的狀況下，盡量做到“削峰填谷”，合理設定開水泵與停水泵時間，合理應用電網信息，提高煤礦電網的運行質量。如果射流抽真空控制水泵的葉輪完全淹沒在水中，那么泵體內就會產生一定的真空度，滿足正常排水需要。否則，真空度不足，泵內仍存有空氣，那么可能出現各種故障。在該系統中，采取真空泵抽真空的方式，滿足系統運行需要。

3 煤礦井下中央泵房自動化控制的工作環節

在煤礦井下的中央泵房自動化控制中，主要分為幾大工作環節，具體分析如下：

1）自動注水

只有當葉輪完全淹沒在水中，水泵中才能保持一定的真空度，確保正常排水。如果真空度不足，那么泵內就會產生空氣，產生轉動部件被燒壞或者不上水問題。因此，在設備啟動之前，進行自動注水，是水泵工作的基礎環節。在本方案中，采取噴射泵或者底閥抽真空，利用高精度的真空傳感器，對真空度進行監測，其中流量與電流為真空度監測的后備。

2）閘閥的操作

為了降低設備的啟動功率，在操作水泵規程中，要求必須在出水閘閥關閉的狀況下使用離心式水泵。在停止運行水泵時，為了減少水錘事故，應將閘閥關閉，逐漸減少流動速度，最終停車。。如果泵中已經充滿水，以1號泵為例，具體實施過程為：先啟動1號電機，將對應電動閥打開；停止后，現將電動閥關閉，然后停止1號電機的運行。

3）參數的傳輸

在操作臺的模擬屏上可模擬顯示水倉水位、水泵流量、水泵壓力及電動機、電磁閥和電動閥的各種工作狀態。所有的檢測參數及工作狀態均可由井下PLC通過傳輸網絡傳送給地面計算機，由計算機分析處理，在顯示器上模擬顯示，并做出曲線、報表，以利于地面管理人員作出正確判斷，向井下可編程控制器發出控制命令。

4）故障的保護

水泵電機容量大，耗電量高，屬一級負荷。因此，對排水設備自動控制系統的安全性、可靠性要求較高。本系統設有以下幾種保護形式：（1）流量保護。當水泵啟動后或正常運行中，如流量達不到正常值，通過流量保護裝置使本臺水泵停車，轉為啟動另一臺水泵；（2）電動機故障。PLC監視水泵電機欠壓、過流、短路等故障，由高壓開關柜的綜合保護器提供，并參與控制；（3）電動閘閥故障。由電動機綜保監視閘閥電機的主要保護并參與控制。

5）電動機控制

在這一環節中，是綜合自動化控制排水系統的重要環節，主要包括接觸器、中間繼電器和PLC。通過與前面幾個環節的配合，結合水位實際情況，決定水泵的開停。為了避免由于長期不使用備用閥而造成電機受潮或者其他故障，在緊急狀況下不能發揮效應，甚至不利于礦井安全。因此，電動機控制工作采取“輪換工作”，以便及時發現故障、及時修理，提高礦井安全。該系統根據開啟水泵的次數，根據一定順序開啟水泵。如果檢查到某臺設備存在故障，則該水泵退出輪換程序，其余各泵繼續按照輪換工作制運行。

總之，該套中央泵房自動化控制系統，已經逐漸投入使用，運行狀態較為穩定，便于操作，既可滿足井下排水要求，也提高了煤礦井下的自動化管理水平，實現了良好的經濟效益與社會效益，確保煤礦作業安全，具有一定的推廣價值。

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1674-6708（2011）57-0147-02