煤礦主排水自動化系統控制強排水泵的實踐嘗試

摘 要：礦井主排水自動化控制系統已得到廣泛應用，提高了礦井安全及自動化水平。目前，煤礦正越來越多地投入強排水泵的使用，以提高礦井防災抗變能力。通常情況下，礦井強排水系統與主排水系統相互獨立，且主排水自動化控制系統也不對強排水系統進行控制。現在嘗試把強排水系統納入主排水自動化控制系統中，實現在地面和井下現場對強排水泵的自動控制，以提高工作效率及安全水平。

關鍵詞：煤礦主排水系統；強排系統；自動化控制；試驗

前言

目前，煤礦主水泵房已普遍使用主排水自動化系統，極大提高了主排水泵房的管理及運行水平。目前，一些礦井逐步上馬強排水系統，其啟動裝置與啟閉閥門位于地面，通過地面開關柜起動，一般不納入主排水自動化控制系統，形成了與主排水系統相互獨立的局面（強排水管路與正常排水管互相獨立、互不聯通）。現嘗試將強排水系統納入主水泵自動化控制系統，利用井下水泵房控制中心、地面自動化控制中心控制地面強排水泵開關柜、井口位置的電動閥門（手自一體），完成對強排水系統的自動控制。

1 主排水泵房自動化排水系統構成

（1）井下水泵房控制中心。水泵房控制中心采用礦用PLC可編程控制箱，PLC根據相關原則自動控制投入運行的水泵臺數。在完成對主水泵自動控制的前提下，現對該控制中心進行擴充編程、制作控制頁面，通過礦井以太環網，完成對強排水泵的運行控制。（2）地面自動化控制中心。地面監控站設置在地面調度室內，通過工控機對水泵房的狀態進行監控，水泵房內所有的信息都可以在地面的工控機上進行顯示，并可在地面控制各個水泵運行。通過編程，同時實現在地面控制強排水泵的運行，包括地面集中自動控制和現場手動兩種方式。本文主要討論集中自動控制。

2 設計選用的強排水泵系統簡介

（1）經計算，我礦突發最大涌水量為800m3/h，設計選擇BQ550-230/6-560W-S礦用潛水電泵兩臺，配套10kV，560kW電動機。礦用潛水泵技術參數：額定流量Q=550m3/h，揚程H=230m，級數6級，泵額定效率η=80%。實際運行工況點：Q=520m3/h，H=206m，η=78%。兩臺泵全部工作小時排水量：1040m3/h>800m3/h。（2）供配電系統：強排水泵電源由礦井地面35/10kV變電所提供，采用MYJV22-8.7/103*70型電纜，兩路，長度：各2000m。地面采用10kV開關柜+強排水泵電機方式，水泵起停由地面變電所控制。（3）管路系統：沿井筒敷設φ325×8無縫鋼管兩趟，遇有突發水情況時，兩臺泵及管路全部投入工作。

3 主排水自動化系統組態軟件滿足強排水泵自動控制條件

（1）需要豐富的圖形處理。通過相關軟件功能，可以對強排水泵自動控制做到有力的擴充，確保功能的完整性，利用組態軟件提供的開放環境，可以更加直觀的提供大量可導入設置和等值化工具，對數據進行變量處置，做到數據庫、I/O設備、對象數據、圖庫等的復用，大大提升了組態效率，擴展了強排水泵自動控制功能。（2）需要對強排水泵運行狀態動態監測。組態軟件具備一定的報警功能，具體內容是變量報警事件、操作事件、用戶登錄事件和工作站事件四項。報警和事件能夠更加直觀的進行監測，隨時可以查閱系統報警、操作和工作站的運行情況，如果發現問題，能夠把事件及時反映到緩沖區，當這一區域到一定區間，就會生成自動數據，對相關事件做到真實、詳細的記錄，做到定時定點報警，重要文件可以通過傳輸渠道，把自動將報警和事件信息寫到報警存儲文件中，并根據要求指令做好打印，按照相應的過濾條件可以實現對強排水泵運行狀態進行動態性監測，確保運行安全。

4 實現強排水泵自動控制的系統功能

強排水泵自動控制要有完善的系統功能，數據自動采集能夠實現泵閥自動控制，同時也能對啟動柜實現自動化的整體控制。

（1）數據自動采集與檢測功能。充分利用PLC模擬量、數字量模塊對相應數據進行讀取，確保及時快速響應，使數據準確度進一步提升。PLC系統的應用，大大提高了系統功能，監測水泵、電機運行等情況能夠一目了然，通過系統處理，對運行提供依據和條件，對水泵啟停做到良好保護，使水泵和電機運行更加安全可靠。通過系統控制，能夠全面確保水倉水位平衡，使水泵房各臺泵運行得到控制，緊急情況下保持正常運轉排水。（2）系統通訊接口。網絡主要是通過與工業自動化領域開放式技術結合，實現了系統范圍內的廣泛通訊，支持工廠范圍內相關的工程組態，現場級均支持IT的整體標準，PLC系統預留一個有通信功能的延展模塊，有利于和智能供電設備及現場其他設備進行通信信息的有效連接，確保獲取的數據能夠及時讀取。（3）系統各保護功能。對系統保護功能不斷增強，一是超溫保護。當監測到水泵、電機軸承及定子溫度超過了預設的警戒值時，能夠對異常情況快速報警；二是電機保護。通過對電機電流、電壓、水倉缺水等情況的監測，形成一定的數據參數參，并加以運行保護，保證整體安全可靠；三是電動閥門保護：能夠實時檢測電動閥門故障，對出現的異常信號進行報警，同時可以參與水泵聯鎖，做到整體上的控制與保護。（4）泵閥控制。閥門的開關也能實現自動化控制，通過PLC控制箱、水泵綜合自動控制箱做好監控。強排水泵開關時，需要把管路閥門打開，通過系統控制，自動起動水泵電機，操持水倉水位到達預設高度，如果出現異常，則會強行停止，保證水泵電機安全。（5）動態顯示與畫面監控。通過顯示功能的實現，能夠顯示出強排水泵、電機、電動閘閥等運行時的功能狀態，根據不同故障而不斷改變圖形顏色，外部閃爍則表明故障事故位置，形成一定的報警功能，有效避免水泵和電機運行時出現損壞。

強排水泵的運行畫面如下圖所示：

5 運行結論

主排水自動化系統實現了煤礦主排水系統的自動控制，但對強排水泵的控制還是一個全新課題。解決強排水泵的自動控制問題，使得現場溝通更加容易、快捷，防止突發情況下強排水泵不能順利啟動，做到了井下、地面均能啟動強排水泵。在異常涌水量不大、但又需要啟動強排水泵的情況下可以在現場快速啟動。利用現有的排水自動化系統并接入礦井環網系統，實現了在調度室、井下現場顯示強排水泵各類狀態參數，并實現了對強排水泵的自動控制。通過實踐運行，運用主排水自動化系統控制強排水泵，其主電機及各個閥門動作準確、靈活。較之于現場手動操作，更為安全可靠、方便快捷、高效節能，有著廣闊的推廣應用前景。

參考文獻

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[2]劉成，等.煤礦綜合自動化與機電技術[M].中國礦業大學出版社.

[3]北嶺技術改造項目初步設計說明書[D].煤炭工業太原設計研究院.

作者簡介：王朋煒（1969-），河北省曲陽縣人，1992年畢業于太原工業大學電力系統及其自動化專業，中國礦業大學安全專業工程碩士，教授級高級工程師，現任中煤平朔公司機電專家、山西中煤平朔北嶺煤業公司副經理。