鶴煤九礦-420中央泵房自動化控制技術改造

梁修權鶴壁煤電股份有限公司機電管理部，河南鶴壁　　458030

鶴煤九礦-420中央泵房自動化控制技術改造

梁修權
鶴壁煤電股份有限公司機電管理部，河南鶴壁458030

摘要實現泵房水泵自動化控制，是現代化礦井管理的要求。通過工業計算機對設備的運行狀態、運行過程進行遠程監測和控制，從而達到有效節約能源、降低勞動強度、降低運行成本等目的。

關鍵詞自動化；控制；監測；工業以太網

1　項目概況

鶴煤九礦-420中央泵房的控制方式為傳統的人工手動操作，不僅操作過程繁瑣、勞動強度大、人為因素多，而且啟動時間長、自動化程度低，已不能滿足現代化礦井管理的要求。煤礦井下排水自動化控制系統是根據礦井的實際情況，在原來的排水系統基礎上進行自動化改造，使設備實現自動運行和自我診斷的一套系統。為此，鶴煤九礦對-420中央泵房進行了自動化控制技術改造。

2　實施方案

鶴煤九礦-420中央泵房共安裝有3臺MD450-60X11型礦用高揚程耐磨多級離心泵，流量450m3/h，揚程660m，配套電機功率1250kW，后期計劃再建設一臺多級離心泵。本次改造的內容既是針對現有的三臺水泵進行自動化控制改造，同時對第四臺水泵預留相應的接口以備后期進行接入。

3　系統結構

-420泵房水泵排水自動化控制控系統主要由三部分組成：地面控制中心，工業以太網和泵房控制系統。

地面控制中心設置在地面監控室，設置兩臺操控站（一主一備），操控站選用高性能工控機，通過操控站對井下泵房相關設施進行集控和監視。

工業以太網為泵房監控系統的信息傳輸平臺，目前鶴煤九礦在建設井下電力監控系統時已經建設一套光纖工業以太網，并預留有RJ45接口，此次數據傳輸可以借用此網絡，實現泵房與地面操控站的數據交換。

泵房控制系統是井下排水自動化控制系統的重要組成部分，由隔爆兼本安型可編程控制器、本安操作臺、礦用球閥以及相應的傳感器等組成。

4　控制系統

針對現有控制設備的數量和特點，此次-420泵房水泵自動控制系統設計配置兩臺礦用隔爆兼本安可編程控制器，同時配置兩臺不間斷電源以保證可編程控制器在意外斷電的情況下能夠持續正常工作。

礦用隔爆兼本安型控制箱以PLC作為控制核心，并配備相應的I/O模塊進行數據采集和傳輸，完成水位的監測、水泵運行工況的監測、各閥門的開合監測以及水泵的開停，同時配備以太網接口模塊，便于接入工業以太網傳輸平臺。

5　閘閥改造

由于主排水管路上的閘閥已經為電動閘閥，因此對原有閘閥系統不做更換，進行改造接入現有控制系統。對于射流抽真空系統，每個泵現有的兩臺手動抽真空閥門不變，另增設礦用電動球閥。

6　水泵主要設備及傳感器配置

1）對于排真空管路改造配置：把每臺水泵的射流閥改成電動球閥，共8臺。

2）出口壓力監測：在每個泵出水口配置一個壓力傳感器，共4臺，技術參數：

測量精度：±0.5%；測量范圍：0-10MPa；供電電壓：24V±6V；信號輸出：4-20mA；防護等級：IP65；防爆標志：Exia。

3）真空度監測。

在泵進水口上端配置一個真空度傳感器，共4臺。技術參數：

測量精度：±0.5%；測量范圍：-100-0 kPa；供電電壓：24V±6V；信號輸出：4-20mA；防護等級：IP65；防爆標志：Exia。

4）流量監測。

在每個總管路配置一臺超聲波流量計，共3臺。技術參數：

類型：外夾式；測量精度：±1.5%；測量流速范圍：0.3-12.0 m/s；工作電源：AC127 ；功耗：<10w；防護等級：IP54；防爆標志：Exd[ib]Ⅰ。

5）液位監測。

在每臺水泵的吸水口配置一臺液位傳感器，共2臺。技術參數：

工作電壓： 15V-24V；工作電流：100mA；測量范圍：0-10m；顯示分辨率： 0.01m ；測量精度： 0.02m；使用環境：0-40℃；相對濕度： ≤98% ；防爆型式：礦用本質安全型 ；防爆標志： ExibI。

6）泵溫度監測。

每個泵前軸和后軸各配置一個溫度傳感器，共6個。技術參數：

量程：0-200℃；感溫元件：PT100；輸出信號：電阻信號；精度：A級 B級；防爆標志：ExibⅠ。

7）水泵電機相關電氣參數監測。

對每臺電機配置一臺電力采集模塊和相應的電壓電流互感器，監測電機的電壓、電流、功率、電量等參數，共4套。

7　系統功能

井下排水自動化控制系統的建設完成后，系統可實現如下功能。

7.1 顯示功能

1）工況圖：動態顯示井下泵房各泵、閥的運行工況，以及水流量的大小。

2）故障及保護顯示：實時顯示各臺水泵中各傳感器的狀態，對缺相、過電流、超溫、水泵欠壓、真空度不足等故障類型進行診斷顯示。

3）具有水泵運行主要工況檢測數據計算功能：電機輸入功率、泵軸功率、泵的輸出功率、管路效率、系統效率、水泵效率、噸水百米電耗，并在組態畫面上顯示。

7.2 控制方式

系統具備遠程自動控制、遠程單機控制、就地手動控制和檢修控制4種操作方式。

1）遠程自動控制：在地面控制中心通過計算機對水泵進行連鎖自動開泵、自動倒泵等自動控制。

2）遠程單機控制：由控制中心操作員通過計算機對泵、閥進行單機開停控制。

3）就地手動控制：現場人員通過設置在泵房的本安操作臺上的按鈕，實現對泵、閥的現場開停控制。當PLC控制系統故障時，不影響就地手動控制方式。

4）檢修控制：在設備檢修時，現場檢修人員通過本安操作臺對泵、閥進行現場控制。

以上控制方式的優先級為：檢修控制——就地手動控制——遠程單機控制——遠程自動控制。此項目作為礦井自動化的子系統，留有以太網數據接口，為后期礦綜合自動化系統接入提供標準數據協議（西門子標準s7-300PLC協議）。

5）報表功能

把需要的工況數據如電流、電壓、壓力、功率、真空度、流量、溫度、液位電量等數據做成日月年報表格式，供操作人員查詢和統計。

8　經濟效益分析

該系統投入運行后，-420水平中央泵房實現了自動化控制，在保障礦井排水系統安全穩定運行的同時，減少了操作人員的勞動強度。本系統設計以系統安全、可靠、先進為原則，系統實現了在地面控制中心對井下排水系統泵房的所有設備進行監視和控制，保證設備安全可靠運行。通過水泵自動控制和多功能閥的應用，實現泵房無人值守，實現無人值守后，每天可節約人工工資約300元，每年可節約人工成本300元×30 天×12月=10.8萬元。采用遠程集中控制，每天可節約開泵時間約1小時，水泵電機功率為1250kW每天可節約用電1250kW×0.8=1000 kW/h。每年可節約用電1000×30×12=360000 kW/h折合人們幣219600元。

9　項目推廣前景及意義

-420水平泵房排水泵自動控制系統是綜合生產自動化系統的一個子系統。該系統的信號傳輸和控制系統框架立足于現代化礦井信息化的整體設計要求，滿足了現代化礦井對生產調度全方位信息的需要，最終為安全生產、科學管理、調度指揮提供可靠的實時數據、信息，對推動礦井信息化建設起著重要作用，推廣應用前景廣闊。

作者簡介：梁修權，本科，助理工程師，研究方向：電氣工程及自動化

中圖分類號TD63

文獻標識碼A

文章編號1674-6708（2015）141-0137-02