基于瓦斯泵房無人值守自動化控制系統

王春杰 梁坤 古桂亭

【摘? 要】隨著煤炭企業自動化、智能化技術的不斷提高，無人值守的智能化自動控制系統已逐漸成為煤礦中一種重要的工作模式。針對高瓦斯礦井下瓦斯抽放泵房的無人值守自動化系統建設，已成為礦井瓦斯治理智能化建設的重要環節。論文的瓦斯抽放泵房無人值守自動化控制系統已經在河南省平頂山天安煤業股份有限公司一礦三水平戊一下延瓦斯泵房實現無人值守的自動化控制，并取得了良好的效果。

【Abstract】With the continuous improvement of automation and intelligent technology in coal enterprises， unattended intelligent automatic control system has gradually become an important working mode in coal mine. Aiming at the construction of unattended automatic system of gas drainage pump room in high-gas mine， it has become an important link of intelligent construction of gas control in mine. The automatic control system of unattended gas drainage pump room in the paper has been realized in the unattended gas drainage pump room of No. 1 mine in Pingdingshan Tianan Coal Mining Company Limited， Henan Province， and has achieved good results.

【關鍵詞】瓦斯抽放泵;智能化;自動控制;無人值守

【Keywords】gas drainage pump; intellectualization; automatic control; unattended

【中圖分類號】TD442;TP273? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）07-0184-02

1 引言

根據安全規程規定，煤礦瓦斯抽放系統必須做到抽放泵站環境瓦斯監測、抽放流量監測、抽放瓦斯濃度監測、溫度監測、管道壓力監測，同時也突出說明了建設煤礦瓦斯抽放監控系統的重要性和必要性。根據煤礦安全規程高瓦斯礦井必須配備瓦斯抽放系統的要求，很多高瓦斯礦井都建立了井下瓦斯抽放泵房，但是大多瓦斯抽放泵房還是停留在傳統生產的手動控制方式中。隨著煤礦自動化、智能化技術的逐步成熟，瓦斯抽放泵綜合自動化無人值守控制已經成為一種趨勢。隨著無人值守自動化控制系統的投入，實現了企業減員增效，提高了設備的有效開機率。此系統可以記錄各種操作事件、系統參數、工作日志等，對系統故障做到可預警、可處理、可溯源，同時，配備了視頻監控設備，在實行無人值守自動化控制的同時，還能通過視頻監控系統實時監測現場情況，為事故分析提供依據。

2 自動化控制瓦斯抽放泵的概述

瓦斯抽放泵房安裝2臺2BEC50型315kW水環真空瓦斯抽采泵，主管路采用？準300mm瓦斯抽采管，標稱吸氣量260m3/min，采用重力自然供水。瓦斯抽放泵房自動化控制系統通過西門子PLC S7-300模塊實現，然后通過Profibus-DP通訊方式和數據采集分站BHD之間進行數據交換，以此來實現對瓦斯泵的自動化控制和數據采集。另外，利用礦井工業環網，通過TCP/IP協議，使PLC和上位控制主機進行通訊，對系統的各種參數進行實時監視，一方面把數據傳至泵房操作臺觸摸屏上顯示，另一方面通過接口上傳所有信息至地面監控中心操作員站，同時將操作記錄、報警記錄、開停記錄等儲存至數據庫。

3 自動控制瓦斯抽放泵房系統

3.1 控制功能

瓦斯抽放泵控制功能可分為地面遠程自動化控制、井下現場操作臺自動化控制和井下現場手動控制三種方式。

地面遠程自動化控制：通過PLC采集瓦斯抽放泵內部的運行狀態及環境參數，通過上位機IFIX組態軟件，實現對瓦斯泵組的控制和數據采集，不僅能夠實現電動球閥、電動蝶閥、瓦斯抽放泵等單個設備的遠程手動控制，還能按照工作流程實現整個瓦斯抽放系統的自動化一鍵啟/停，更能根據上位機設定實現瓦斯抽放泵的智能化無人值守工作模式。

井下現場操作臺自動化控制：當環網通訊網絡等出現故障時，可在井下現場利用操作臺的手動操作按鈕實現瓦斯抽放系統就地啟/停，以確保正常生產，達到工藝要求。現場采用觸摸屏作為人機界面，可以隨時直觀地了解設備的運轉狀況，提高機器的現代化程度和自動化程度，方便操作。

井下現場手動控制：當程序出現故障或操作臺不受控制時，在PLC控制器上能夠直接控制瓦斯抽放泵，蝶閥電動控制箱上可直接控制蝶閥，避免瓦斯抽放系統停機事故的發生。

3.2 井下操作臺控制流程

為便于井下現場檢修維護，在現場操作臺上設置了就地檢修工作模式。以1#泵為例：

就地檢修模式開1#泵：首先把“操作方式”轉換開關旋轉至“就地”模式，把“控制模式”轉換開關旋轉至“檢修”模式，選擇1#泵，然后把“管路閥開關”（進氣蝶閥）檔旋至“開”的方向，蝶閥開到位后會自動停止，把“泵蝶閥開關”（出氣蝶閥）檔旋至“開”的方向，蝶閥開到位后會自動停止，這時，按下“啟動”按鈕，瓦斯泵啟動，最后把“球閥開關”檔旋至“開”的方向，球閥開至30%后自動停止，完成瓦斯抽放泵啟動操作。

就地檢修模式停1#泵：按照開泵順序反向操作，首先按下“停止”按鈕，瓦斯泵停止運行，并把“球閥開關”檔旋至“關”的方向，直至球閥關到位，然后把“管路閥開關”（進氣蝶閥）檔旋至“關”的方向，蝶閥關到位后會自動停止，把“泵蝶閥開關”（出氣蝶閥）檔旋至“關”的方向，蝶閥關到位后會自動停止，完成瓦斯抽放泵停止操作。

3.3 上位機監控功能

瓦斯抽放泵自動化控制系統通過IFIX組態軟件對整個瓦斯泵設備及環境數據進行畫面監控、數據顯示、數據報警、自動切換瓦斯泵，其瓦斯泵集控監測主界面如圖1所示。

3.3.1? 畫面監控

系統作為整個瓦斯抽放泵房監控及數據處理中心，負責對整個系統數據處理及狀態顯示和啟停控制，實現設備遠程聯控操作功能。可通過計算機畫面顯示系統工藝流程圖，各按鈕及畫面通過鼠標點擊對象進行切換、控制。

3.3.2? 數據顯示

監控畫面中實時顯示瓦斯抽放系統壓力、溫度、流量、電流、管道瓦斯濃度、環境瓦斯濃度、一氧化碳濃度、設備運行時間等工藝參數數據，同時以顏色、文字提示來顯示現場設備的運行狀態，保證操作員從上位機清晰了解整個瓦斯抽放泵站的現場工作狀況。

3.3.3? 數據報警

當現場有報警發生時，畫面上該相應設備將以閃爍及顏色變化顯示報警狀態，并且自動彈出視頻。報警瀏覽畫面中顯示當前報警信息，說明報警設備、報警類型、報警時間等，并做報警歷史記錄。

系統具有自診斷和故障保護控制功能，當系統檢測到瓦斯抽放系統發生異常狀態時，可根據故障狀態的差異，對被控設備發出控制指令，同時發出聲光報警信號，并可以從觸摸屏和上位機上查詢故障發生原因。

3.3.4? 自動切換瓦斯泵

瓦斯泵在運行的過程中難免會出現故障，在經過上位機的設置后，即使運行中的瓦斯泵在運行中出現故障，此時會自動把預先設置的瓦斯泵自動啟動，啟動的同時會對相應的故障進行報警，安全抽采的同時及時預警，為工作人員高效完成故障處理爭取時間。

4 結論

此系統已經在平頂山天安煤業股份有限公司一礦三水平戊一瓦斯抽放泵房成功運用。瓦斯抽放泵房的自動化控制可有效降低瓦斯泵系統故障率，并加快故障處理速度，記錄故障發生過程分析原因，減少同樣故障重復發生幾率，為企業的安全可靠生產模式保駕護航。

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