自動化系統(tǒng)在礦井排水中的應用

郭明明　徐偉豪

（山東煙臺鑫泰黃金礦業(yè)有限責任公司　山東　煙臺　265000）

自動化系統(tǒng)在礦井排水中的應用

郭明明徐偉豪

（山東煙臺鑫泰黃金礦業(yè)有限責任公司山東煙臺265000）

自動排水系統(tǒng)已成為數(shù)字化礦井不可缺少部分，對煤礦排水自動化、耗能分析、機電設備遠程維護和災害預報等具有重要意義，對礦井實現(xiàn)安全生產、輔助指揮決策有實際意義。本文介紹幾種自動化排水技術，并以某礦井為例分析其自動化排水系統(tǒng)。

自動化；礦井；排水

1　礦井排水中自動化技術

當前我國煤炭企業(yè)中涌水量大的礦井占相當大比例，但排水設備用量多，消耗電量大。在我國能源極其缺乏情況下正確選擇與使用水泵，合理配制主排水系統(tǒng)，提高系統(tǒng)運行經濟性，對煤礦企業(yè)節(jié)能提效有顯著改善。自動排水系統(tǒng)應用于礦井排水中不僅保證基本自動控制功能和監(jiān)測功能，還提供運行監(jiān)測、設備維護、能耗分析等實用功能，在其投入使用后可使泵房排水系統(tǒng)更加安全可靠，提高排水能力，降低事故率，節(jié)約設備維修費用，延長設備使用壽命，提高礦井經濟效益，最終實現(xiàn)井下無人值守水泵房。目前應用較多的自動化排水技術有：

1.1對控制器進行革新

開發(fā)可人工編程控制系統(tǒng)，對整個煤礦井下排水自動化控制系統(tǒng)進行合理控制，能很好地解決傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)弊端，科學控制整個系統(tǒng)。且這種控制器雖產生及應用不到半個世紀，但很多產業(yè)控制系統(tǒng)已經選擇采用這種控制器，使這種控制器得到很好實踐應用并獲得長足發(fā)展。這種可編程控制器特點主要是：①具有很大靈活性。相比于傳統(tǒng)繼電式控制器，不用消耗大量人力、物力、財力，且一臺控制器可控制不同對象；②具有很大可靠性，不受其他控制系統(tǒng)干擾，安全性可保證；③編程簡單且對其編程修改十分靈活等。

1.2運用感應式數(shù)字水位傳感器

在我國煤炭礦井中運用感應式數(shù)字水位傳感器，可有效地自動監(jiān)控礦井中水位高低。感應式數(shù)字水位傳感器則可自動感應水位高低，主動發(fā)出打開水泵和停止水泵命令，很好地把礦井中積水排出。且在此過程中設計“避峰就谷”環(huán)節(jié)，可很好地節(jié)約在排水中所消耗水能和電能，達到資源節(jié)約使用，在一定程度上緩解煤礦區(qū)水資源嚴重缺乏現(xiàn)象。這個環(huán)節(jié)啟動主要是在礦區(qū)用電“谷段”和“平段”使用排水功能，而不在用電的“峰段”，可降低很大費用。

1.3運用新型檢測系統(tǒng)對水泵電源檢測，以便及時檢修

這種新型檢測系統(tǒng)主要是對水泵進行保護，保證排水正常進行。主要包括對水泵電壓過量、電流過量、漏電保護及水泵漏水保護。且可在過程中顯示真實數(shù)據(jù)，便于工作人員及時維護和修復。且這種系統(tǒng)通過線路和計算機有連接，可在屏幕上顯示故障畫面，一旦有故障發(fā)生，故障畫面便會主動作為及計算機主畫面，引起工作人員注意及時進行檢修。且畫面清晰、形象，助于理解，有利于工作人員很快解決問題。

2　自動化系統(tǒng)在礦井排水中的應用

2.1礦井概況

某鐵礦井下排水泵房標高-370m，井口標高+80m，排水垂高450m，裝設4臺450kW抽水泵，采用直接啟動方式，供電電壓等級10kV，4臺泵兩主兩備。目前龍橋鐵礦-370排水站仍采用傳統(tǒng)人工操作控制，這種排水系統(tǒng)因自動化程度低、應急能力差、勞動強度大等弊端，不僅浪費人力財力，且存在很大安全隱患。為解決上述問題，現(xiàn)擬通過本次改造實現(xiàn)該礦-370排水站自動排水。本方案從實際出發(fā)，在井下泵房配備一套適合于礦井井下環(huán)境自動控制系統(tǒng)（簡稱系統(tǒng)），以實現(xiàn)排水自動化控制。

2.2自動化排水系統(tǒng)設計

2.2.1主控設備

泵房排水自動化系統(tǒng)采用分布式結構，在井下泵房設立一套礦用隔爆見本安型可編程控制主站，配套一個礦用本安型集中控制操作臺，完成對泵房內各受控設備集中控制；每臺泵設立一臺礦用隔爆兼本安型綜合接入網關，配套礦用本安型顯示控制箱完成就地單泵控制；地面設立工程師站，雙機熱備，遠程監(jiān)測控制系統(tǒng)設備，實時顯示系統(tǒng)數(shù)據(jù)，及時播報系統(tǒng)故障及報警點，形成歷史記錄，供后期查詢及打印報表等。

2.2.2系統(tǒng)數(shù)據(jù)

井下控制主站作為整個系統(tǒng)核心，向上實現(xiàn)實時全雙工通信，接受遠程工程師站控制命令及各參數(shù)設置，及時反饋現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)；通過井下集中控制操作臺向控制主站向發(fā)送主控命令，由控制主站執(zhí)行各程序流程，同時在集中控制操作臺實現(xiàn)顯示系統(tǒng)信息；向下與各泵網關進行總線通信，主站與各泵網關間實時數(shù)據(jù)雙向傳輸。

2.2.3系統(tǒng)供電

系統(tǒng)配套礦用隔爆型不間斷電源，為系統(tǒng)主控設備提供不間斷電源。

2.2.4系統(tǒng)控制方式

系統(tǒng)有四種控制方式：就地手動、就地自動、遠程控制、無人值守。

（1）就地手動

采用手動操作時由井下操作人員據(jù)生產需要以及設備狀況，通過操作操作臺上按鈕，實現(xiàn)設備啟動、停止。

（2）就地自動

操作臺上發(fā)出啟動命令，水泵電動球閥、電動閘閥及電機等設備，按照設定流程啟動。當集控操作臺發(fā)出停止命令后，水泵系統(tǒng)將關閉閘閥后，停止電機。

（3）無人值守

系統(tǒng)據(jù)水倉水位個高低及用電時間，實現(xiàn)水泵自動啟停。

（4）遠程控制

水泵啟停由地面控制，同時可實現(xiàn)無人值守與遠程自動、遠程手動間切換。

2.3系統(tǒng)功能

2.3.1控制功能

①可依據(jù)峰谷時段和水倉水位自動起停水泵，提高水泵有效利用率，降低成本，節(jié)能增效。②系統(tǒng)控制具有自動、半自動、手動三種工作方式。自動時由PLC檢測水位、壓力及有關信號，自動完成各泵組啟?？刂?，不需人工干預；半自動工作方式時，由工作人員選擇某臺或某幾臺泵組投入，PLC自動完成已選泵組啟停和監(jiān)控工作；手動方式為故障檢修和手動試車時使用（或自動控制系統(tǒng)故障退出時備用），當某臺水泵及其附屬設備發(fā)生故障時，該泵組將自動退出運行，不影響其他泵組正常運行。LCU柜上設有泵組的禁止啟動按鈕，設備檢修時可防止其他人員誤操作，以保證系統(tǒng)安全可靠。③每臺水泵可設置“運行”、“備用”、“切除”三種工作方式。當水位達到高限水位時，系統(tǒng)自動啟動“運行泵”；達到上限水位時系統(tǒng)自動啟動下一個“運行泵”；達到危險水位時起動“備用泵”。水位低于上限水位時自動停止“備用泵”；低于高限水位時停止一個“運行泵”；當達到低位時自動停止另一個“運行泵”。④可據(jù)實際需求將水泵切換到手動控制方式，此方式下操作人員可通過手動控制按扭人工手動控制各臺水泵電機起停及各電動閘閥開關。⑤當出現(xiàn)水位超限、開關故障、壓力下降、流量下降等故障時系統(tǒng)將自動作出相應處理，并發(fā)出提示及聲光報警信號。

2.3.2動態(tài)顯示

就地動態(tài)顯示選用貝爾人機界面作為操作屏，地面操作站系統(tǒng)動態(tài)顯示采用國際主流的組態(tài)軟件開發(fā)，系統(tǒng)通過圖形動態(tài)顯示水泵、真空泵、電動球閥和電動閘閥等的運行狀態(tài)，采用改變圖形顏色和閃爍功能進行事故報警，直觀地顯示電動球閥和電動閘閥的開閉位置，實時顯示負壓、正壓、電機工作電流、主排水管流量、水倉水位等。

采用圖形、趨勢圖和數(shù)字形式直觀地顯示排水管路瞬時流量及累計流量、電機溫度等動態(tài)值，超限報警，自動記錄故障類型、時間等歷史數(shù)據(jù)，并通過每臺水泵流量計算出水泵有效功率，以提醒巡檢人員及時檢修或更換水泵。

3　結束語

該鐵礦排水系統(tǒng)自動化控制系統(tǒng)已投入正常使用，在地面控制室據(jù)水位、峰谷比及水泵磨損程度，自動控制井下水泵啟動和停止，合理調度水泵運行。系統(tǒng)通過上位機以圖形、圖像、數(shù)據(jù)等方式，直觀形象地反映系統(tǒng)工作狀態(tài)，電機電流、水泵流量、壓力、各軸承溫度等參數(shù)，真正實現(xiàn)無人值守自動化排水功能，節(jié)能可提高20%以上，安全性提高60%以上。

[1]劉麗麗.煤礦井下排水系統(tǒng)自動化設計[J].電子世界，2014（18）.

[2]趙孟，朱文軍，韓小慶，淺談礦井排水自動化監(jiān)控系統(tǒng)的應用[J].山東煤炭科技，2010（15）.

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2015-5-23