礦井主排水泵房無人值守遠程控制系統的應用

王世瑞

摘要：礦井主排水泵房承擔著將井下的涌水排到地面的重要任務，是保證礦井安全生產的重要場所。現在國內的礦井排水自動化水平還不是很高，直接影響礦井排水系統的安全性和高效性，而礦井主排水泵房無人值守自動化系統可以解決這些問題。鑒于此，本文提出一種實現礦井主排水泵房無人值守遠程控制系統，能夠實時監測礦井水倉水位和水泵運行狀態，及時掌握水泵房水倉容量，以便及時進行排水，對礦井的安全生產具有重要意義。

關鍵詞：礦井中央水泵房;無人值守;遠程控制系統

實施礦并主排水房無人值守遠程控制及監控可以在礦井地面控制中心通過網絡遠程監控水泵房各水泵的運行情況、主要的運行參數及信號，同時可根據水倉水位情況實現地面控制中心對水泵的遠程開停，設定和修改水泵的運行條件，以達到對水泵的無人值守以及地面遠程開停和監控。

一、系統的組成部分

系統的組成主要由地面自動化控制中心、信息傳輸通道、水泵房主排水系統及監控單元、水泵房真空泵自動引水裝置四部分組成。

（一）地面自動化控制中心

地面自動化控制中心一般設置在調度室。控制中心設有地面水泵遠程控制工作站，通過工作站可以對井下泵房排水系統進行遠程集控和數據監測。主要設備有地面控制上位機，液晶顯示屏、交換機、不間斷電源、組態軟件、集控軟件等組成。

（二）信息傳輸通道

利用工業以太網作為井下水泵房主排水設備監控系統的主干線，用來實現井下中央主排水系統相關設備數據的實現傳輸。主要設備為井上下交換機、傳輸光纖光纜。

（三）水泵房主排水系統及監控單元

水泵房主排水系統是礦井排水的核心設備，主要由主排水泵、各類閘閥、管道、儀表等組成;監控單元由泵房控制站、信號采集裝置及各類傳感器組成。控制站作為井下控制部分的通訊核心，完成井下監控信息向地面控制中心傳遞，以達到地面控制中心的實時監控和對設備的操控。

二、系統循環功能

主排水泵自動化控制系統由排真空環節、閘閥操縱環節、水位自動監控環節、參數傳示環節和故障保護環節組成。

（一）排真空環節：排水泵只有在其葉輪完全淹沒于水中時，泵體內部才能造成必要的真空度實現正常排水。若真空度不夠，泵內有空氣存在，將會造成不上水及轉動部件燒壞等故障。所以，啟動前的排真空是水泵工作的重要操作項目之一。在系統中采用射流閥抽真空，使用高精度真空傳感器監測真空度，用壓力和流量監測作為真空度的后備保障。

（二）閘閥操縱環節：為了減少啟動時的功率，水泵一定要關閉出水閘閥啟動，而當水泵停止時，為避免水錘事故，必須先關閉閘閥，緩慢減小流速，最后停泵。在泵體內充滿水后，先啟動電動機，然后打開相應電動閘閥，停泵時先關電動閥，最后停電機。

（三）水位自動監控環節：該環節的任務是根據水位的高低自動準確發出開、停泵命令。水位傳感器的可靠性和準確性直接影響整個控制系統的工作可靠性。本系統選用的超聲波液位傳感器，具有高精度、非接觸式、非機械型、維護方便、便于安裝、標定簡單等許多優點。

（四）參數傳示環節：在操作臺的模擬屏上可模擬顯示水倉水位、水泵流量、水泵壓力及電動機、電磁閥和電動閥的各種工作狀態。所有的監測參數及工作狀態均可由井下PLC通過傳輸網絡傳送給地面控制計算機，再由計算機進行分析處理，在顯示器上模擬顯示，以便地面值班人員對井下主排水泵進行實時監控。

（五）故障保護環節：由于主排水泵電機容量大，耗電量高，屬于礦井一級負荷。因此，對主排水設備自動控制系統的安全性、可靠性要求較高。該系統裝設如下幾種保護：①流量保護。當水泵啟動后或正常運行中，如流量達不到正常值，通過流量保護裝置使本臺水泵停機。②電動機保護。PLC監視水泵電機欠壓、過流、短路等故障，由中央變電所控制的高壓開關柜的綜合保護器提供并參與控制。③電動閘閥保護。由電動機綜保監視閘閥電機的主要保護并參與控制。

三、系統工作模式

（一）自動控制：自動控制下，集中控制室控制所有設備，并顯示各水泵及閘閥工作狀況和各種故障顯示。PLC采集各種信號，集中控制室按照PLC閉鎖程序順序控制水泵及閘閥的開啟。由超聲液位傳感器連續檢測水倉水位，根據吸水井的水位及其他因素，合理調節自動開停水泵及其閥門，在正常水位時，各臺水泵能自動輪換工作，最大涌水及突出涌水時，自動投入必要數量的水泵運行。此方式下可實現無人值守。當水泵出現故障時，能夠及時報警，并能夠自動開啟備用水泵。

（二）手動控制：操作人員根據水倉顯示水位，人工手動開停水泵及確定開泵臺數，電機及其閥門的開、停由PLC自動執行，即PLC完成單臺水泵抽真空、啟泵、開液壓閥等自動控制，并完成運行停止。手動運行包括就地手動及集控手動兩種操作模式。集控手動就是指在地面控制中心，根據現場的水位、電壓、電流、壓力、流量、溫度等各種傳感器傳回來的信息，在上位機上通過操作人員來控制水泵的啟停。就地手動是指通過每臺泵前的操作箱，人為地對每臺水泵進行啟、停操作。系統在正常運行過程中，不論何種工作方式，均可實時將現場的各種參數、設備狀態通過工業以太網傳動地面調度室及集中控制室。

（三）檢修控制：可操作任一臺水泵電機、閘閥開關，可以實現不通過PLC程序完成水泵的啟停，相互動作互不閉鎖。檢修模式下，水位、電壓、電流、壓力、流量、溫度等所有的傳感器數據的監視仍然有效，控制中心可以對井下所有數據進行監視。其中檢修模式的切入，必須在井下泵房內才能進行，控制中心無法切換進該種運行模式。

三種運行模式的切換只有在所有水泵停機并且出水電動閘閥關閉的情況下才能進行，否則無法進行切換，強制切換系統會產生報警。

四、結語

礦井主排水泵房無人值守遠程控制系統投入使用后，可使主排水系統更加安全可靠，提高排水能力，降低事故率，減少故障處理時間，提高礦井生產效益。它能夠最大限度地減少因電控系統故障而造成的事故，提高供電的可靠性，節約水泵設備維修費用，延長設備使用壽命。

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