PLC在唐山礦705泵房改造主排水控制系統(tǒng)的應用

蔡國利

（開灤唐山礦業(yè)分公司，河北 唐山063000）

1 系統(tǒng)主要功能及特點

1.1 基本功能概述

根據(jù)工況設定，以及時間、水位、煤礦用電負荷等參數(shù)自動開啟、停止水泵的運轉(zhuǎn)，并能實現(xiàn)泵閥的聯(lián)鎖啟動，對運行中的各種參數(shù)進行實時監(jiān)控，通過接口向上傳送數(shù)據(jù)。

①地面計算機統(tǒng)計出每天礦井的用電負荷情況，確定用電高峰、低谷時間，并將參數(shù)傳給本機；或在本機上根據(jù)統(tǒng)計出的時間進行設定。

②根據(jù)所監(jiān)測的水位信號，設定出低水位、高水位和上限水位信號。

③低水位時停泵；高位1值時，首先對電網(wǎng)的負荷進行檢測，若處于用電低谷時，立即起動水泵，若處于用電高峰時，則暫緩起動，當水位繼續(xù)上升至高位2值時，則不論電網(wǎng)負荷如何，立即起動水泵；當水位繼續(xù)上升到高位3值時，則表明起動的水泵臺數(shù)不足，立即起動備用水泵，以最大的排水能力來排除礦井涌水。

④系統(tǒng)可自動或手動選擇以實現(xiàn)備用泵的循環(huán)啟動和停止。

⑤將本機工作方式轉(zhuǎn)為“地面控制”時，各水泵由地面主機控制。

⑥當運行的水泵出現(xiàn)軸承超溫、開關(guān)柜故障、流量不夠時自動停止運行并提示、報警。

1.2 控制方式

每臺水泵設置遙控/就地手動控制兩種工作方式。

a、遙控：接受來自礦井綜合信息自動化系統(tǒng)的起動和停止指令。

b、就地控制（主要為檢修）：此方式為操作人員在水泵房起、停水泵，但是每個就地控制箱上的停止按鈕在任何工作方式下都起作用，以便工作人員發(fā)現(xiàn)問題及時停車。

1.3 控制功能：

自動控制：在地面中央控制室的工業(yè)控制計算機上進行控制，控制主機選用國際通用的性能價格比優(yōu)的工業(yè)控制主機，主要完成以下功能：

a.工作泵的選擇及備用泵的切換：根據(jù)水倉水位信號，開、停預選水泵，并能自動輪換開、停水泵，以防止備用泵長期不用而使電機受潮或有其它故障而未及時發(fā)現(xiàn)，做到有故障早發(fā)現(xiàn)、早處理。當工作水泵故障時，PLC系統(tǒng)可以自動切換到備用水泵，保障礦井的安全；同時切除的水泵可以進行檢修，不影響其余水泵的運行。

b.完成對各單機控制系統(tǒng)的所有參數(shù)的采集，在控制計算機上可顯示以下參數(shù)及信號，并對相關(guān)事件記錄：

電機電流及電壓；水倉水位信號；出水管壓力和流量；電機及軸承溫度；水泵正常運行信號；故障信號（包括高壓柜、軟起動柜等）、電機定子及軸承超溫等各種報警信號（聲光顯示）；各種閥門到位信號顯示完成用戶要求的排水自動化功能。

水泵起動前的條件：管道中有存水(管道壓力變送器檢測)，水泵出口電動閘閥全閉（1C~3C）；抽真空射流泵或注水裝置進出口電磁閥全閉（1a、1b、1c~3a、3b、3c），排水管道上的電動閘閥全閉（1A、1B~3A、3B）。

水位自動監(jiān)控：水位自動監(jiān)控時根據(jù)水位的高低自動準確地發(fā)出開、停泵指令。水位傳感器選用高可靠性、高準確性的超聲波液位計；當水位達到高位1值時，首先對電網(wǎng)的負荷進行監(jiān)測，若處于用電低谷時，可以立即起動，若處于用電高峰，則暫緩起動。當水位繼續(xù)上升至高位2值時，則不論電網(wǎng)負荷如何，立即起動水泵；若水位繼續(xù)上升到高位3值時，則表明起動的水泵臺數(shù)不足，立即起動備用水泵，以最大的排水能力來排除礦井涌水。不論起動幾臺水泵，只有水位下降到低位時方可停泵。

自動注水起動：無底閥，當水倉水位達到高位限值時，PLC程序自動發(fā)出開泵指令，首先開啟抽真空射流泵進出口電磁閥（1a、1b、1c~3a、3b、3c），然后開啟排水管道上的電動閘閥（1A、1B），利用管道中存有的積水，通過射流泵形成射流，依靠射流的吸力使泵內(nèi)形成真空，靠大氣壓力將吸水井內(nèi)的水壓入泵體，當壓力達到設定值時即泵體充滿水后，即可自動起動高壓電動機，并監(jiān)測水泵出口壓力，達到額定值后，自動開啟出口電動閘閥（1C），完成水泵的自動起動過程；停泵過程：當水倉水位低到低位限值時，PLC程序自動發(fā)出停機指令，首先關(guān)閉出口電動閘閥（1C），防止水錘沖擊水泵，電動閘閥關(guān)閉到位后自動停止水泵電動機，此時電動閘閥全閉（1A、1B），為下次開泵作準備。

水泵主回路起動過程：水泵起動前的條件滿足后，接通高壓柜和軟起動柜，接通智能切換柜相應水泵回路；當軟起動器起動水泵達到額定轉(zhuǎn)速后，斷開該起動回路的智能開關(guān)柜內(nèi)的真空接觸器，延時0.5秒接通相應水泵的正常供電開關(guān)柜內(nèi)的真空斷路器，完成水泵的軟起動過程。

1.4 通信

PLC系統(tǒng)具有遠程通信接口，可以方便的掛接到礦井綜合信息自動化系統(tǒng)，以實現(xiàn)與地面即時數(shù)據(jù)通信，并接受來自地面指揮控制中心發(fā)出的控制指令。

1.5 保護

電氣保護：取給電動機供電的高壓開關(guān)柜的電氣電流、電壓信號及相應的故障信號送入PLC系統(tǒng)，由PLC系統(tǒng)計算、判斷電動機的工況。

超溫保護：電動機的定子和軸承設有溫度傳感器，PLC系統(tǒng)接受其輸出信號，當溫度超出允許值時，使水泵停車。

漏水保護：如漏水嚴重，在規(guī)定的時間內(nèi)不能向水泵注滿引水（壓力變送器檢測真空值），通過漏水保護裝置阻止本臺水泵起動，改為起動下臺水泵。

流量、壓力保護：水泵起動后或正常運行中，如流量或壓力達不到正常值，通過流量、壓力保護裝置使本臺水泵停車，改為起動下臺水泵。

根據(jù)實際需要也可以從自動控制方式切換到手動控制方式。此方式下操作人員在操作臺上人工手動控制。

現(xiàn)場編程：用戶可在現(xiàn)場通過面板上的鍵盤對程序或儀表參數(shù)進行修改。

組網(wǎng)功能：該分站與水窩排水控制器一起掛接在中央變電所的網(wǎng)絡交換機上，通過交換機與全礦綜合自動化系統(tǒng)連接。

水泵運行計量/時間/運行統(tǒng)計：在地面控制站上應可分別對每臺水泵的運行電耗、工作時間等進行統(tǒng)計，便于管理人員及時掌握每臺水泵的工況。

圖形曲線顯示：在地面控制站上可實時顯示各設備運行圖。并提供開放式的圖形制作軟件，用戶可隨心所欲描繪各種動態(tài)圖形、靜態(tài)圖形，同時支持多種圖形格式（Bmp、Jpg、Gif、Icon、Avi等等），圖形畫面具有鏈接功能，可以很方便地切換其它畫面顯示?？娠@示實時曲線，可顯示年、月、日各時間段的歷史曲線和具體數(shù)據(jù)表。

實時報警/報警記錄：在現(xiàn)場PLC控制臺上可漢字顯示各故障信息并報警，在地面控制站上可顯示現(xiàn)場單元當前的報警信息以及保存的報警記錄。

2 使用效果

705泵房直排地面擔負全礦排水，那么，公司井下未來排水泵房可以停止使用的泵房有：中央排水系統(tǒng)有12L、11L和9L三個排水泵房，對角排水系統(tǒng)有501、7L22兩個排水泵房?？傆嬁晒?jié)省5個水泵房的人員45人，按每人工資每年1.5萬元計算每年可節(jié)省67.5萬元。

按現(xiàn)在井下涌水量計算取消5個水泵房后每年可節(jié)省電費：

9L水泵房每年可節(jié)省電費：683.62萬度×0.42元=287.12萬元；11L水泵房每年可節(jié)省電費：978.27萬度×0.42元=410.8734萬元；12L水泵房每年可節(jié)省電費：28萬度×0.42元=11.76萬元；501水泵房每年可節(jié)省電費：533.19萬度×0.42元=223.9398萬元；7L22水泵房每年可節(jié)省電費：678.49萬度×0.42元=284.9658萬元；5個水泵房加上705水泵房現(xiàn)在每年電費，總計每年可節(jié)省電費：1218.659萬元+105.5124萬元+67.5萬元=1391.6714萬元；705水泵房現(xiàn)在每年電費251.22萬度×0.42元=105.5124萬元。改造后705水泵房現(xiàn)在每年電費：礦井最大涌水量時5臺泵；每臺泵1600千瓦工作10小時；按一年365天算所以5×1600×10×365=2920萬度；2920萬度×0.42元=1226.4萬元；所以改造后705泵房每年可節(jié)省電費：1391.6714-1226.4=165.2714萬元。

[1]劉生建,邱曉芬.基于PLC礦井排水控制系統(tǒng)的設計[J].礦山機械,2006-08-10.