火石咀煤礦井下水泵房集中控制系統的應用

許光輝 李銀河 和建榮 賈軍鋒 劉正偉 李 飛（陜西火石咀煤礦有限責任公司，陜西 咸陽 713500）

火石咀煤礦井下水泵房集中控制系統的應用

許光輝 李銀河 和建榮 賈軍鋒 劉正偉 李 飛
（陜西火石咀煤礦有限責任公司，陜西 咸陽 713500）

摘 要：本文闡述了煤礦中央水泵房集中控制系統的功能、基本要求、設備及組成。該系統由工業計算機、組態軟件、觸摸屏、各種檢測傳感器組成。實現了礦井排水系統的智能化、自動化、網絡化控制。使泵房實現了地面遠程監控，大大減少了泵房操作人員數量，同時提高了該系統的安全性和可靠性。本文重點討論了中央水泵房的自動控制設計過程、通信、模擬仿真等問題。

關鍵詞：基本參數；系統組成；系統功能

1　概述

火石咀煤礦井下水泵房集控系統運用PLC控制技術，實現井下中央排水泵房的運行監測、智能控制、遠程監控、運行管理等功能，達到泵房安全高效運行和無人值守的目的。

井下水泵房自動化集控系統通過監測水倉液位、水泵累計運行時間，控制水泵輪流工作，合理調度水泵的運行。同時通過煤礦井下工業以太環網，將水泵的工作運行狀態實時反映在地面控制中心上位機上，地面上位機可以對井下水泵進行遠程控制與監測。在地面上位機上，可實時顯示水倉水位、運行水泵主管路壓力、流量、溫度等實時參數，還可以監測水泵、真空泵的開停狀態，在地面上對水泵電機、泵、閘閥等進行啟?？刂啤Ｏ到y采用就地及遠程控制相結合的控制方式控制，有自動、手動、半自動幾種操作模式，實現了無人值守。

2　排水泵房基本參數

2.1 23#泵房基本參數

（1）7臺多級離心泵，規格型號：MD500-57*10；

（2）7臺隔爆型三相異步電動機，電機型號：4級 1250km 6000V；

（3）配套7臺高壓真空開關柜；

（4）礦井水倉深度 6m 2個；

（5）7臺電動閘閥已配置閘閥控制箱；

（6）抽真空方式：射流泵或真空泵抽真空方式。

2.2 25#泵房基本參數

（1）11臺多級離心泵，規格型號：MD500-57*10；

（2）11臺隔爆型三相異步電動機，電機型號：4級 1250km 6000V；

（3）配套11臺高壓真空開關柜；

（4）礦井水倉深度6m 3個；

（5）11臺電動閘閥已配置閘閥控制箱；

（6）抽真空方式：射流泵或真空泵抽真空方式。

3　系統組成

排水泵房自動化控制系統包括地面控制中心和泵房集控系統兩部分。系統裝置主要包括：控制柜、配電柜、就地操作按鈕箱、超聲波液位計、超聲波流量計，溫度傳感器等。

3.1 地面控制中心

地面監控中心配置兩臺上位機，一臺主機在機電科值班室，另一臺在礦調度室可實現不同權限的監控。地面主機與井下可編程控制箱通過工業以太網通訊，進行信息交換。實現上位機動態畫面監視。上位機負責采集、存儲、查詢和統計分析泵房系統運行數據、曲線、事件信息、操作記錄、故障報警，遠程監視設備運行情況，遠程操作控制泵房排水設備的運行和試驗。上位機可以通過礦井網絡系統將信息傳送到全礦綜合自動化平臺，全礦綜合自動化平臺對有關信息進行分析后在WEB網頁上發布，實現信息的共享。

3.2 泵房集控系統

排水泵房集控系統通過通信方式采集水泵電機高壓啟動柜電流、電壓信息顯示、水倉水位數據顯示及其他數據信息顯示?？刂婆潘谩㈦妱娱l閥、真

圖1 系統工況圖

圖2 信息圖

[6]李珂.基于嵌入式的溫室大棚溫度控制[D]. 沈陽工業大學，2013.空泵以及其他設備開停。自動程序操作控制，集中程序操作控制，運行狀態和數據顯示，排水泵房業務管理。通過礦井井下環網將信息傳到地面監控中心的上位機。

4　系統功能

4.1 系統數據的采集與檢測

（1）模擬量數據檢測：水泵真空度、水倉水位、主排水管流量、主排水管壓力、電動閘閥的開度電機前后軸的溫度信號。

（2）數字量數據檢測：電動閘閥的工作狀態與開關限位、電動球閥狀態工作狀態與開關限位、水泵/電機運行狀態、真空泵工作狀態、水泵電機高壓啟動柜分合閘狀態；運行的電流，電壓數據。

（3）準確顯示水倉水位，并在高、低限位有報警。

4.2 系統保護功能

（1）壓力異常保護：排水主管路、吸水真空度壓力出現異常時實現報警，排水壓力、吸水真空度達不到設定值自動停泵保護功能。

（2）流量保護：當水泵啟動后或正常運行時，如流量達不到正常值實現報警，超過設定時限后自動停泵，具有流量保護功能。

（3）電動閘閥故障：由閘閥的限位、開度電位計、電動閘閥斷路器的輔助接點檢測故障，并參與水泵的聯鎖控制。

（4）水位超限及水位傳感器故障報警：設置報警水位，水位超過最高報警水位或最低報警水位，系統報警。在每處水位采集點設置兩種不同原理的水位傳感器，通過檢測兩傳感器的差別判斷傳感器故障并報警。

（5）水位突變報警：水位增長速度超過正常水位增長速度，系統報警。

（6）排水量異常報警：泵房排水流量與礦井涌水量差值小于水位應下降速度，系統報警。

（7）溫度常報警：在電機預裝溫度傳感器（PT100），監測電機的溫度。當超過設定值時，系統能停泵并報警。

4.3 系統控制功能

水泵集中控制系統的控制模式有：自動控制、半自動控制、手動控制、遠程控制。

（1）自動控制：根據水位等參數，PLC按照設定參數，自動選擇運行水泵，并按照控制流程，完成單臺或多臺水泵的開停。

（2）半自動控制：根據一臺水泵的啟?？刂屏鞒?，控制水泵的啟動與停止，實現一鍵啟/停。

（3）手動控制：選擇手動檔，用每臺水泵的就地按鈕控制箱實現手動控制。

（4）遠程控制：在地面計算機監控畫面上，在授權權限允許的條件下，根據水倉水位情況，通過計算機來控制相應水泵的啟停。

4.4 動態顯示

系統能夠將通過圖形動態顯示水泵、電動球閥和電動閘閥的運行狀態，并能進行事故的報警，直觀地顯示電動球閥和電動閘閥的開閉位置，實時顯示水泵抽真空情況和出水口壓力值。

用實時趨勢圖方式和數字形式準確實時地顯示水倉水位，并在啟停水泵的水位段發出預告信號和低段、超低段、高段、超高段水位分段報警。

采用圖形、趨勢圖和數字形式直觀地顯示排水管路的壓力和瞬時流量，水泵電機的電參數，通過水泵溫度傳感器顯示水泵前后軸溫度、電機溫度等動態值，超限報警，自動記錄故障類型、時間等歷史數據。

4.5 編程及監控軟件

STEP7編程軟件是一個用于SIMATIC可編程邏輯控制器的組態和編程的標準軟件包。STEP7 標準軟件包中提供一系列的應用工具，如：SIMATIC 管理器、符號編輯器、硬件診斷、編程語言、硬件組態、網絡組態等。STEP7 編程軟件可以對硬件和網絡實現組態，具有簡單、直觀、便于修改等特點。該軟件提供了在線和離線編程的功能，可以對PLC在線上載或下載。利用STEP7 可以方便地創建一個自動化解決方案。

所有監控程序能夠實現在地面完成修改，無需現場修改。即可以在控制室對井下控制裝置內PLC所有程序進行下載和寫入。

監控軟件能夠在標準畫面和用戶組態畫面上設定、匯集和顯示有關的運行信息，供運行人員對設備的運行工況進行監視和控制。采用組態軟件、模塊化設計。能夠監視或控制本工藝點的生產過程畫面及生產實時數據。具有報警處理功能，在任何時間和任何顯示工作站均應能在畫面頂部或底部顯示出總的報警信息。

具有安全登錄和密碼保護功能。如圖1和圖2所示。

結語

該系統應用在煤礦井下中央泵房，不僅能提高排水效率、減少操作人員的工作量，同時大大提高了泵房操作的安全性，減少了設備維護的時間和成本，中央水泵房集中控制系統自動化，實現了無人值守，提高排水系統的安全性和可靠性。

參考文獻

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[2]郭勇義.煤礦安全生產監控系統集成關鍵技術及應用[J].煤礦機電，2012（07）.

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[4]陳遠立.電氣控制與可編程控制器[J].廣州： 華南理工大學出版社，2004.

中圖分類號：TD44

文獻標識碼：A

作者簡介：許光輝（1973-），河北省邢臺市內丘縣人，遼寧工程大學采礦專業，火石咀煤礦從事管理工作。