熱水倉泵房自動化改造研究與應用

【摘 要】隨著科學技術的迅速發(fā)展，可編程邏輯控制器技術也隨之完善，而且在煤礦中的應用更加廣泛。本文針對礦井熱水倉泵房現場情況及其特點，采用自動化技術、網絡通訊技術給出了一種改造的方案并實施改造，系統(tǒng)具備就地及遠程的監(jiān)測監(jiān)控，并且實現了“避峰填谷”的自動運行；系統(tǒng)可以與全礦自動化系統(tǒng)進行聯(lián)網，作為全煤礦自動化系統(tǒng)的重要組成部分。

【關鍵詞】熱水泵房 自動化系統(tǒng) PLC

【Abstract】With the rapid development of science and technology， programmable logic controller technology will be improved， and more extensive application in coal mine. According to the mine water sump pump field and its characteristics， the automation technology， network communication technology has a transformation plan and implement transformation system， with local and remote monitoring， and the implementation of the "automatic peak valley"； system can be networked with mine automation system， as an important component of part of the whole coal mine automation system.

【Keywords】Hot Water Pump Room Automation System PLC

平煤股份八礦二水平熱水倉泵房主要擔任地面熱水蓄水池供水任務，自泵房至地面熱水蓄水池敷設一趟Φ250×10主排水管路，排水高度為850米，排水管路地面出口與分水包相連接，平時分水包其他分支管路閘閥關閉，來水只排往熱水蓄水池。泵房內安裝2臺水泵，揚程930米；水泵配用電機型號為YB2-5604-4，額定電壓6000V，額定功率1800KW，采用電抗器一拖一式啟動。泵房內2臺水泵采用一套射流系統(tǒng)引水，射流水源為兩路，分別為清水水源和泵房主排水管路引出水源。每班一般只開一臺水泵，運行約1.5小時。當前系統(tǒng)啟動水泵條件：當地面蓄水池水位低時，電話通知井下熱水倉泵房開泵；停泵條件為：地面通知停泵或熱水倉水位低時停泵。當地面蓄水池水位高且熱水倉水位也高時，關閉井下熱水源主管路到熱水倉分支管路上的閘閥，以使熱水排往二水平中央泵房水倉。系統(tǒng)初建時未進行自動化方面的設計，缺少集中監(jiān)控系統(tǒng)，改造前所有閥門都為手動閥門，缺少監(jiān)測監(jiān)控數據，施行就地手動按鈕控制。現場職工勞動強度大，系統(tǒng)故障率高，效率低，系統(tǒng)不穩(wěn)定。針對這種情況，提出進行自動化改造，進行集中監(jiān)測監(jiān)控。

1 系統(tǒng)建設方案

系統(tǒng)建設的總方針是立足自動化、信息化大前提，保證系統(tǒng)的先進性、安全性、可靠性，安裝、使用和維護方便簡單，將熱水倉泵房套集控系統(tǒng)建設成為技術先進、穩(wěn)定可靠、利用率高的煤礦排水監(jiān)控系統(tǒng)，為礦井安全、高效、節(jié)能生產做好基礎。

（1）將PLC控制系統(tǒng)、計算機網絡通信技術和排水控制系統(tǒng)結合，實現以“集中控制為主，就地監(jiān)測為輔”的控制模式，保證系統(tǒng)技術方面的先進性。（2）保證自動排水系統(tǒng)運行的連續(xù)性和可靠性，系統(tǒng)連續(xù)可靠運轉時間達到360天/年以上。（3）實現泵房無人值守、全自動化運行，具備“避峰填谷”智能控制功能，提高節(jié)能效率和管理水平，減少操作人員和工人的勞動強度。（4）實現地面對主排水系統(tǒng)設備的多點位信息傳輸和集中監(jiān)測監(jiān)控，具有在線監(jiān)測、分析及完善的保護和報警功能。（5）調度監(jiān)測中心計算機可以對排水系統(tǒng)的運行管理、事故跟蹤與處理、打印各種運轉日志報表。（6）采用國際流行的組態(tài)軟件IFIX，動態(tài)畫面美觀，修改靈活，數據保存時間長。（7）排水系統(tǒng)自身設計標準的以太網接口，提供標準TCP/IP協(xié)議數據，系統(tǒng)采用B/S結構，運行的主要參數可以通過局-礦局域網絡，在集團公司和礦調度室瀏覽。

2 系統(tǒng)結構

熱水倉泵房監(jiān)控系統(tǒng)設計由四部分組成：地面監(jiān)控中心、網絡傳輸平臺、泵房監(jiān)控單元及地面水池監(jiān)測單元。

2.1 地面自動化控制中心

地面監(jiān)控站設置在地面自動化控制中心，通過工作站對井下泵房相關設施進行集控和監(jiān)視。

2.2 網絡傳輸平臺

利用工業(yè)以太網作為井下泵房監(jiān)控系統(tǒng)的主干網，實現泵房相關設備控制及監(jiān)測信息的傳輸通道。

2.3 泵房監(jiān)控單元

井下監(jiān)控單元由井下監(jiān)控主控站及信號采集裝置、傳感器等組成，主控制站作為井下控制部分的通信核心，完成分站監(jiān)控信息與地面控制中心的監(jiān)控信息交互傳遞；同時，通過在現場的操作顯示屏，為井下巡檢人員提供整個系統(tǒng)的運行工況。

2.4 地面蓄水池監(jiān)測單元

地面蓄水池監(jiān)測單元作為系統(tǒng)的一個監(jiān)控分站，實時監(jiān)測蓄水池水位，來水管路流量和出水溫度，同時將數據傳送至主站作為控制的重要依據。井下監(jiān)控單元結構如圖1所示，系統(tǒng)整體設計在泵房設置了一個通訊主站，該監(jiān)控主站可兼作本泵房設備的控制單元，地面控制中心的控制指令通過以太網下達到通訊主站與分站，由其控制熱水倉泵房監(jiān)控系統(tǒng)的相應動作。系統(tǒng)網絡通信結構如圖1所示：

3 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)可以根據監(jiān)測到的信號判斷水泵的工作情況，故障時能及時發(fā)出語音報警信號，并根據工作類型停泵；設計了自動、手動操作控制方式，在自動控制中可實現無人值守全自動運行或在上位機通過鼠標鍵盤完成操作，在手動控制中可實現自動控制故障或退出集控時在機房操作箱上操作。系統(tǒng)實現對各種運行參數自動采集，根據水倉水位和用電時段進行“避峰填谷”自動工作。在地面調度監(jiān)控中心可完成對水泵控制的各種操作，系統(tǒng)能與礦井綜合調度系統(tǒng)無縫連接，實現數據的共享。具體表現以下幾個方面：

3.1 自動控制功能

系統(tǒng)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(lián)鎖起動，對運行中的各種參數進行實時控制，通過接口向上傳送數據。

地面計算機統(tǒng)計每天礦井的用電負荷情況，確定用電高峰、低谷時間，并將參數傳給本系統(tǒng)控制主機機。根據所監(jiān)測的水位信號，設定出低水位、高水位和上限水位信號。每臺水泵設置運行、備用和檢修三種工作方式，該方式可以在本機上設定或地面主機設定。泵房根據以上設定和程序編制可實現“避峰填谷”全自動化運行：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。當水位達到高位或不在高位而處在用電高峰時間時自動停泵。當水位到上限水位時，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”，當達到低于或不在高位而處于用電高峰時間內時自動停泵。

系統(tǒng)可自動或手動選擇以實現備用泵的循環(huán)啟動和停止。將本機工作方式轉為“地面控制”時，各水泵由地面主機控制。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。

3.2 手動控制功能

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，系統(tǒng)采用手動操作時，由工作人員根據生產需要以及設備狀況操作控制箱上的按鈕完成設備的啟動、停止。

3.3 單機自動控制

地面監(jiān)控主機將工作方式切轉到單機自動時，可在地面監(jiān)控主機上單獨控制系統(tǒng)中的各設備，此時各分站仍處于自動狀態(tài)，當保護信號動作時仍報警停機。

3.4 就地緊停功能

不論在何種控制方式下，均可在通過緊停按鈕來停止運行該設備。

3.5 組網功能

該分站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(tǒng)連接。

3.6 水泵運行計量/時間/運行統(tǒng)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(tǒng)計，便于管理人員及時掌握每臺水泵的工況。

3.7 圖形曲線顯示

在地面控制站上應可實時顯示各設備運行圖，并提供開放式的圖形制作軟件，用戶可以描繪各種動態(tài)圖形、靜態(tài)圖形，同時支持多種圖形格式，圖形畫面具有鏈接功能，可以很方面地切換其它畫面顯示，可顯示實時曲線，可顯示年、月、日個時間段的歷史曲線和具體數據表。

3.8 實時報警/報警記錄

在現場PLC控制器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。

3.9 視頻監(jiān)控功能

在井下水泵房裝有攝像頭，實時拍攝現場水泵運行狀況，通過網絡傳輸形式將泵房現場監(jiān)測的圖像傳輸到地面進行顯示、監(jiān)控，系統(tǒng)接入硬盤錄像機，能夠將各時段的運行錄像保存在硬盤里。

3.10 其他功能

根據熱水倉的高溫特點，系統(tǒng)所用設備耐高溫、耐腐蝕；同時在泵房設計安裝了煙霧、室溫及水溫的監(jiān)測。

4 結語

結合現場實際情況，本文給出了煤礦熱水倉泵房實施自動化改造的方案，在原來的設施基礎上進行自動化改造，以使設備在無人干涉的情況下自動運行。系統(tǒng)對設備的運行狀態(tài)、運行過程進行自動檢測、自動控制，使設備達到最佳工作狀態(tài)，從而達到有效地節(jié)約能源、降低勞動強度、降低運行成本和延長設備使用壽命等目的。系統(tǒng)運行六個月以來，穩(wěn)定可靠，完全滿足現場需要。

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作者簡介：徐志凡（1975—），男，河南柘城人，本科，畢業(yè)于中央黨校函授經濟管理專業(yè)，工程師，現就職于平頂山天安煤業(yè)股份有限公司八礦。