礦井主排水泵遠(yuǎn)程自動監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用

王延祥

0 引言

利用自動監(jiān)控技術(shù)在國內(nèi)外一些科技型企業(yè)電氣控制中廣泛應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，筆者對其應(yīng)用于礦井主排水泵控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，從而對章村礦主排水系統(tǒng)進(jìn)行了遠(yuǎn)程自動監(jiān)控技術(shù)改造。該技術(shù)首先在該礦三井中央泵房成功應(yīng)用，并在四井－200 m水平泵房和24采區(qū)泵房得到推廣，實(shí)現(xiàn)了井下集中控制和地面上位機(jī)遠(yuǎn)程控制，自動動態(tài)監(jiān)測運(yùn)行參數(shù)，數(shù)據(jù)可利用光纖通過工業(yè)以太網(wǎng)傳送至管理層辦公室計算機(jī)，從而擴(kuò)大了監(jiān)控范圍，提高了礦井的綜合自動化和信息化水平。

1 自動監(jiān)控系統(tǒng)概述

自動監(jiān)控系統(tǒng)主要由PLC控制器、流量計、壓力傳感器、溫度傳感器、接觸器、變送器等組成。水泵自動監(jiān)控系統(tǒng)是通過可編程控制器、微機(jī)控制器、Win CC組態(tài)軟件對排水系統(tǒng)中的水泵機(jī)組和管路閥門進(jìn)行控制，集排水監(jiān)測控制和電機(jī)開停及閥門開關(guān)管理于一體的機(jī)電一體化系統(tǒng)。通過改造，系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性及自動化程度都有所提高。系統(tǒng)接線示意圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)接線示意圖

2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)設(shè)備主要有集中控制臺、電源箱、就地控制箱和上位機(jī)等。集中控制臺、電源箱放置在泵房內(nèi)集中控制硐室，就地控制箱放置在泵房內(nèi)水泵控制現(xiàn)場（常固定在泵房墻壁上）。集中控制臺主要有顯示和控制功能，這些功能由可編程控制器采集外部信號并通過程序運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)。可編程控制器采用PLC控制，運(yùn)算速率高、穩(wěn)定性好。

（1）通過可編程控制器能夠自動采集、顯示水泵和閘閥的各種運(yùn)行參數(shù)。（2）系統(tǒng)能夠根據(jù)水倉水位、工作制及負(fù)荷情況控制水泵自動工作。（3）可編程控制器能夠通過監(jiān)測水泵現(xiàn)場的各個信號，判斷水泵的工作情況。當(dāng)系統(tǒng)故障時發(fā)出警報信息，并根據(jù)故障類型判斷是否停止水泵運(yùn)行。（4）可以自動、手動、就地控制水泵的啟動和停止以及閘閥的開關(guān)。（5）系統(tǒng)的上位機(jī)（地面遠(yuǎn)程監(jiān)控室）可完成水泵控制的各種操作，并監(jiān)控水泵的運(yùn)行參數(shù)和閘閥的動作情況。（6）每臺水泵都設(shè)有就地控制箱，可在檢修方式下就地開停水泵及相應(yīng)的閘閥。（7）系統(tǒng)具有現(xiàn)場可編程、PLC輸入輸出點(diǎn)數(shù)可擴(kuò)展、顯示操作方便等特點(diǎn)，可通過RS485或工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接。（8）控制系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，自動顯示故障信號和系統(tǒng)信息。（9）系統(tǒng)的主要監(jiān)測信號包括：各臺水泵的開停信號，各只閘閥的開關(guān)位置信號，排水管流量，水倉水位信號，水泵的負(fù)壓值、正壓值，電動機(jī)溫度及電動機(jī)軸承溫度信號、電壓、電流等，同時備有高清攝像頭監(jiān)視現(xiàn)場情況。（10）系統(tǒng)的控制信號包括：電機(jī)的開停控制、閘閥的控制及射流泵閘閥的控制。

3 系統(tǒng)的控制方式及其原理

系統(tǒng)控制方式分為自動、手動、檢修（就地）3種，主要監(jiān)測的參數(shù)有水泵的控制方式、水泵軸溫、水池水位、管路壓力、管路流量以及閘閥開關(guān)到位情況等。

3.1 自動控制方式

根據(jù)現(xiàn)場設(shè)定時間、水位以及用電負(fù)荷等參數(shù)自動開啟、停止水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，并能實(shí)現(xiàn)水泵和閘閥的聯(lián)鎖啟動，對運(yùn)行中的各種參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸至上位機(jī)。具體操作如下：首先在操作臺選擇某個泵工作方式轉(zhuǎn)換開關(guān)，將工作方式轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)至自動控制的啟動條件，然后選擇排水管路，如果符合條件，在上位機(jī)控制界面點(diǎn)擊啟動按鈕，啟動完畢后，實(shí)時監(jiān)控水泵及閘閥的運(yùn)行參數(shù)和水位、管路流量、壓力等參數(shù)；如果水泵運(yùn)行期間出現(xiàn)故障，它會依據(jù)監(jiān)測的故障參數(shù)自動停止運(yùn)行，并發(fā)出警報；若監(jiān)控人員根據(jù)現(xiàn)場參數(shù)想停止水泵的運(yùn)行，點(diǎn)擊停止按鈕即可，上位機(jī)可對各臺水泵運(yùn)行狀況進(jìn)行統(tǒng)計，便于上位機(jī)管理人員及時掌握每臺水泵的工作狀況。上位機(jī)遠(yuǎn)程自動監(jiān)控主界面如圖2所示。

圖2 上位機(jī)遠(yuǎn)程自動監(jiān)控主界面圖

3.2 手動控制方式

首先在集中控制臺選擇要啟動的水泵，并將其禁啟按鈕打開，然后選擇該泵的工作方式，將工作方式轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)至手動控制的啟動條件，選擇該泵的排水管路，觀察水泵的啟動條件，如水倉水位等，如果符合啟動條件，先按下射流泵閘閥啟動，閘閥打開到位后，水流經(jīng)過閘閥產(chǎn)生負(fù)壓，依據(jù)現(xiàn)場水泵參數(shù)，設(shè)定水泵啟動的負(fù)壓值，達(dá)到設(shè)定的負(fù)壓值后按下水泵啟動按鈕。水泵啟動后監(jiān)控水泵上方管路的正壓值，并隨即關(guān)閉射流泵閘閥到位，當(dāng)水泵抽出水的壓力達(dá)到設(shè)定的壓力值時，開啟該水泵事先設(shè)定對應(yīng)管路的閘閥并到位，該臺水泵整個啟動過程完畢。如果關(guān)閉水泵，首先關(guān)閉該臺水泵對應(yīng)管路的閘閥，關(guān)到位后按下水泵停止按鈕即可。

3.3 就地控制方式

就地箱安裝在水泵控制現(xiàn)場，便于檢修狀態(tài)下使用。首先在就地控制操作臺選擇某臺泵工作方式轉(zhuǎn)換開關(guān)，將其旋轉(zhuǎn)至檢修方式，并在就地控制箱選擇就地控制方式，然后按照控制臺的啟動方式和順序依次啟動。

4 簡單故障處理思路

本系統(tǒng)中控制臺都是通過繼電器控制負(fù)載，控制箱中繼電器KA1為報警繼電器，KA2、KA3分別為控制繼電器。當(dāng)按下操作按鈕設(shè)備未進(jìn)行相應(yīng)動作時，先檢查控制箱中相應(yīng)的繼電器是否吸合，如繼電器吸合負(fù)載不動作，檢查負(fù)載電源線路是否出現(xiàn)問題；如繼電器不動作，更換繼電器后進(jìn)行相同操作；若繼電器仍不動作，檢查PLC對應(yīng)的輸入點(diǎn)、輸出點(diǎn)在按鈕操作時是否點(diǎn)亮；排除PLC故障后，如按下按鈕PLC輸入點(diǎn)沒有點(diǎn)亮，檢查控制臺按鈕線路、操作繼電器線路是否有松動虛接現(xiàn)象。對于閘閥，當(dāng)控制箱繼電器動作而閘閥不動作時，除檢查對應(yīng)的接觸器是否出現(xiàn)故障外，還應(yīng)檢查熱繼電器是否斷開。

5 結(jié)語

章村礦應(yīng)用主排水泵遠(yuǎn)程自動監(jiān)控技術(shù)后，還制定了控制操作流程及相應(yīng)的注意事項(xiàng)，并組織水泵司機(jī)和維修工對遠(yuǎn)程自動監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行了學(xué)習(xí)，確保了遠(yuǎn)程自動監(jiān)控技術(shù)的順利實(shí)施。實(shí)踐證實(shí)，應(yīng)用主排水泵自動監(jiān)控技術(shù)后水泵在最佳工況點(diǎn)運(yùn)行，提高了運(yùn)行效率；充分利用水倉設(shè)置，為峰谷開泵節(jié)約了電價；動態(tài)自動監(jiān)測設(shè)備溫度、電壓、電流、流量等運(yùn)行參數(shù)，確保了設(shè)備安全運(yùn)行；地面遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺利用WinCC組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程操控流程簡單方便，既改善了操作環(huán)境，又降低了作業(yè)強(qiáng)度，監(jiān)控信息可傳達(dá)到管理層，且可實(shí)現(xiàn)井下現(xiàn)場無人值守；上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控，一人同時監(jiān)控3個泵房，省下崗位工6名，減人增效，提高了該礦的機(jī)電綜合自動化和信息化水平。

［1］卜祥泉，周樹志，龐科旺.煤礦井下排水泵控制系統(tǒng)設(shè)計［J］.工礦自動化，2007（3）

［2］熊樹.煤礦井下排水泵機(jī)組無人值守自動化系統(tǒng)的設(shè)計［J］.煤炭工程，2007（11）

［3］陳建明.電氣控制與PLC應(yīng)用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2006