探討某鐵礦排水系統集中值守方案的設計與實現

河北鋼鐵集團礦業有限公司 河北 唐山 063700

1 系統現狀

中關鐵礦-260 m中央水泵房內設3臺D1100-86×7型多級離心泵，和3臺QY1100-595/20-2800-GS型潛水電泵，正常和最大水量時3臺離心泵工作，2臺潛水泵備用，1臺檢修，當突發大水淹沒泵房時可以使用3臺潛水泵進行疏干。離心泵為機旁控制。為保證礦山突發大水時潛水電泵能正常工作，潛水電泵的供電及控制均設置在地面，供電采用防水電纜，管路中的閘閥處于常開狀態。井下排水泵運行工況復雜，人工很難做到實時監控。另外，對于水泵啟動前抽真空、水倉水位監測、稀油站和泵房內設備的運行與管理等工作，普遍采用人工操作方式，操作過程煩瑣、勞動強度大、人為因素多、啟泵時間長。改造后的系統以安全、可靠、先進為原則，能夠實現在指揮調度中心對井下排水系統泵房的所有設備進行網絡監視和控制，做到泵房集中值守[1]。

2 集中值守方案設計

本控制系統主要由PLC控制主從站、水泵房操作員站和地表調度中心操作員站組成，對3臺離心泵、3臺潛水泵、閥門及輔助設備的運行狀態進行檢測、顯示、控制、保護、報警，實現地表調度指揮中心對井下-260設備的遠程控制，實現水泵房的自動化集中值守。其中PLC控制主站和5臺從站設置在-260中央變電所，現場操作員站放置在水泵房值班室，地表操作員站放置在辦公樓一層調度指揮中心。3臺潛水泵軟啟動控制柜放置在副井井口配電室內，運行信號通過RS485通訊采集到井下PLC主站，主站通過井下以太網環網與數據中心服務器進行通訊，通過調度中心與現場設備的數據交換，實現-260水泵房的集中值守。在-260水泵房分別設置現場操作箱，確保在現場任何時候設備的可靠啟停操作。在-260水泵房安裝視頻監控系統，實現水泵、液位、控制柜等實際圖像顯示，為數據中心集中值守提供有效支撐。

3 系統網絡結構圖

4 系統主要功能

（1）數據采集。井下6臺水泵的工藝參數和電氣參數、電動閥門的運行狀態、輔助系統的設備運行狀態等。

模擬量檢測數據主要有：兩個水倉的液位、電機軸承溫度、電機定子溫度、真空度、離心泵和潛水泵出口壓力、出口流量、電機工作電壓和電流、稀油站溫度和壓力、軟啟動柜相關數據。數字量檢測數據主要有：水泵的運行狀態（工作、故障等）、電動閥門的工作狀態、高壓軟起柜的運行狀態、稀油站運行狀態、真空泵運行狀態等。

（2）畫面顯示。在水泵房操作員站和地表調度中心操作員站顯示工藝流程圖、實時運行參數值顯示、設備運行狀態顯示、報警設置和顯示、數據曲線顯示等多個可切換的動態畫面，并且通過水泵、稀油站、真空泵、電動閥門的遠程控制畫面實現設備的集中操作。

（3）設備控制。①系統具有本地、遠程兩種控制方式。本地控制時，通過現場操作箱結合現場儀表箱的數據顯示，判斷泵是否具備啟動條件，主要是抽真空和稀油站等條件具備后，啟動水泵，根據出口壓力判斷，打開或關閉相關的點動閥門，實現整個系統的穩定運行。遠程控制時，首先將設備控制方式切換到集中控制，通過在操作員站觀察液位、壓力、溫度、電流等信號是否在正常范圍內，通過視頻監控系統對現場進行觀察，確認安全和啟動條件具備后，在調度室進行設備的遠程啟停操作，實現穩定運行。②實現水泵冷卻水及真空泵補水的自動控制功能。為了防止備用泵及其電氣設備和備用管路因長期不用導致電機和電氣設備受潮或其他故障未能及時發現。控制程序將水泵啟停次數及運行時間和流量等參數自動記錄并累計，當達到倒泵或檢修時間后，系統會發出相關提示，當某臺泵或所屬閥門故障時，系統自動發出報警，并在操作員站動態閃爍，記錄并顯示事故，達到有故障早發現、早處理，確保井下排水的正常運行。

（4）系統保護。①超溫保護：當電機軸承溫度或電機定子溫度超出允許值時，通過溫度傳感器及PLC實現超限報警和及時停泵。②啟動超時停泵：水泵在啟動時，一定時間內出口壓力達不到設定值時，進行報警顯示并及時停泵。③水泵運行過程中停泵：在水泵運行時，電機電流突然變小，并超過一定的時限進行報警和及時停泵。④水泵運行中閥門關閉：水泵正常運行狀態下，使用管路上的閥門突然關閉，進行報警及時停泵。

（5）視頻監控。為了在調度中心能夠實時觀察水泵房現場實際運行情況，在現場關鍵位置安裝攝像頭，主要包括水泵房進口、中央變電所、低壓控制柜、水泵軟啟動柜、水泵本體、液位監測、水泵房整體等位置，實現全覆蓋，為實現水泵房遠程集中值守提供有效支持。