泵房自動化系統在非煤礦山的應用研究

董超群 馬超

中圖分類號：TD442 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）30-0272-02

1 系統概述

泵房自動化系統可實時監測鐵礦井下排水系統各設備的工作狀態，對水泵成套設備的運行狀態、參數、過程進行實時監測和節能優化控制，具有自動控制、手動控制、就地控制和地面遠程控制四種工作方式。可實現礦井排水設備的自動運行、故障診斷和無人值守，使得井下排水系統能安全可靠、經濟合理地運行，以達到減人增效、安全生產的目的。鎮北鐵礦井下排水中段主要為-170m水平、-210m水平和-410m水平，吳莊鐵礦井下排水中段主要為-430m水平和-480m水平。本文以兩個鐵礦為例進行項目改造說明。

2 項目改造內容

2.1 整體改造說明

2.1.1 系統架構

ZPS127排水監控裝置由礦用隔爆兼本安型可編程控制箱、礦用本安型操作臺、礦用本安型人機界面、各類傳感器和變送器、電動閘閥組成。排水系統不需要單獨設置上位機操作站及監控軟件，上位監控畫面由綜合自動化平臺實現。

2.1.2 抽真空改造

鎮北和吳莊兩個鐵礦目前均未實現自動化控制，抽真空方式基本采用底閥和手動操作射流的方式。本項目通過更換相應閥門、增加真空泵（一用一備）、改造抽真空管路、增加相應傳感器、控制器設備實現礦井主排水自動化與無人值守，改造后系統采用真空泵抽真空的方式。

2.2 具體實施內容

（1）更換原來的手動閘閥作為電動閘閥，在輸水管道中保留手動球閥，并并聯連接電動球閥。增加真空泵及啟動設備并改造抽真空管路。

（2）在輸水管道和負壓傳感器中安裝正壓傳感器。每個泵配備有出口壓力傳感器、噴射泵控制閥和流量計。

（3）-165m水平無預埋溫度傳感器，增加外貼式PT100傳感器采集電機、水泵溫度信號。

（4）為水倉配置2臺液位計實時監測水倉水位。

（5）每個泵房配置PLC控制柜、小功率多回路組合開關柜、集中操作臺等設備，滿足井下就地控制需求。

（6）在地面監控室配置操作站（采用綜合自動化系統操作站）。

（7）每臺PLC主站配置以太網通訊模塊，保證該控制系統能夠通過以太網接入礦井工業以太環網，實現水泵監控子系統與全礦井的監控系統信息共享。

3 系統特點

系統采用三級控制結構，控制可在可編程控制箱、操作臺、地面操作站上進行，實現就地、集中和遠程控制；

系統PLC點數規模滿足真空泵與射流方式同時實現自動化控制的點數需求，為后續系統升級改造及系統I/O點冗余提供基礎；

采用高可靠性的模塊化結構可編程控制器，系統有良好的靈活性、擴展性，可適用于各種規模和配置的井下泵房；

可通過以太環網連到地面監控中心，單獨構成排水子系統或并入到全礦井綜合自動化系統中，實現地面遠程監控；

就地操作臺配置本安型人機界面，實現就地顯示，同時支持觸摸功能，大大簡化人員操控的復雜度；

多個排水泵房之間可以設置邏輯關系，實現聯合調度和優化調度；

根據長期的運行歷史數據，得出各泵的實際運行效果與理論設計的對比分析；

可以與設備管理軟件對接，提供運行參數和起停狀況，實現預防性維修；

系統結構緊湊，功能先進，采用多重抗干擾技術，故障自診斷能力強，運行可靠性高。

4 系統功能

（1）集中式控制器用于監控泵房的運行。它可以自動和手動控制泵的啟動和停止以及閘閥的開啟、關閉和打開。具有自診斷功能，可實現泵房無人值守運行。

（2）控制系統通過以太網與煤礦工業以太環網相連，實現泵監控子系統與礦井監控系統之間的信息共享。

（3）集中式控制器采用諧波PLC和先進的過程控制軟件，考慮礦井的各種安全信息，實現井下排水監控系統的最優控制策略。

（4）井下排水監測系統的報警信息表明，報表的統計處理集成到整個礦井監控系統的數據系統中。所有數據都可以存儲在數據庫中以供以后調用。

（5）泵房現場采用圖形界面結合現場操作，最大限度地簡化操作和狀態顯示。

（6）旋轉巡檢功能，自動泵旋轉。

（7）結合水槽水位和整個礦井的電力負荷信息，根據“移峰填谷”的原則確定泵的啟停時間。

（8）實現遠程編程、現場編程、完善修改系統功能。

（9）水泵監控子系統支持三種工作方式，“自動”、“手動”、“檢修”。該系統自動打開，停止泵的運行，并可根據工作條件的設定、時間、水位和電負荷實現泵閥的聯鎖啟動，并能實時控制所有的操作參數。通過接口分析數據。

（10）自動模式：地面運行站的計算機根據設定的開啟時間、電峰谷、水箱水位等預設條件自動開啟泵。

①當水位達到高水位或不處于高水位且處于低功耗期間時，泵將自動啟動操作。

②當水位不在高位時，在耗電高峰時自動停止泵。

③當水位達到上限水位時，“運行泵和備用泵”將自動運行直至水位低于高水位，“備用泵”停止運行，僅運行“運行泵”，當水位達到正常值時泵自動停止。低水平，處于電力消費高峰時期。

④當正壓和流量不足時自動關閉管路，停止操作并報警。

⑤當泵出現故障時，可及時報警，自動打開備用泵。

⑥根據所用泵的數量和水位的變化率，可以判斷礦井涌水量，并確定水泵的增產數量。

（11）手動：操作人員根據水位顯示水位，手動打開水泵并確定泵的開度臺數，通過PLC自動執行電機和閥的開閉，即PLC完成單泵真空泵、開式液壓閥等自動控制。完成操作停止。

（12）檢修：操作任何泵電機、閘閥、電磁閥開關。相互的行動并沒有相互鎖定。

（13）執行水泵運行參數的監控，包括水位、電壓、電流、壓力、功率、溫度、真空度等。

（14）具有較強的兼容性和可擴展性。

5 監測參數

安全控制離不開完整的監控。泵的自動控制系統的監測信號為設備的控制提供了可靠的保證。該控制系統是在PLC泵房集中控制站的井下泵房集中控制室中，根據工藝流程采集各種信號，控制各種泵及相應的電動閘閥，顯示各種工作狀態。整個集中控制系統由PLC集中控制和監控部分和現場設備組成。

6 結 語

該系統通過增加PLC和壓力、液位傳感器、局部操作臺、高壓保護器等方式實現了主排水自動化。該系統與綜合自動化平臺相連接，通過骨干環網實現遠程控制功能。

參考文獻

[1]車永軍，王成真，杜利宏.煤礦井下中央水泵房自動化排水系統研究與應用[J].煤礦開采，2013，18（05）：28～31+37.

收稿日期：2018-9-12