排水自動(dòng)化系統(tǒng)在焦家金礦的設(shè)計(jì)應(yīng)用

【摘要】礦山井下主排水系統(tǒng)在礦山安全生產(chǎn)中占重要地位，根據(jù)水位、峰平谷及其他參數(shù)采用PLC控制技術(shù)能有效地實(shí)現(xiàn)水泵自動(dòng)開停，實(shí)現(xiàn)少人化，無人化，既提高了水泵工作效率，也提高了經(jīng)濟(jì)效益。自動(dòng)化控制系統(tǒng)由PLC根據(jù)水倉(cāng)液位情況、峰谷平時(shí)間和涌水量自動(dòng)控制水泵的啟動(dòng)以及控制啟動(dòng)水泵的臺(tái)數(shù)，自動(dòng)完成給排水任務(wù)。從系統(tǒng)組成、信號(hào)處理及程序思路等方面，介紹了排水自動(dòng)化系統(tǒng)在焦家金礦的設(shè)計(jì)應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】排水自動(dòng)化；PLC；焦家金礦

1.概述

在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)迅速發(fā)展的時(shí)代，繼電器控制已逐步被PLC（以微處理器為核心的可編程序控制器）取代，并在自動(dòng)化控制領(lǐng)域的各個(gè)行業(yè)被廣泛應(yīng)用。

目前，采用繼電器控制井下排水系統(tǒng)的礦山仍有不少，水泵的開停及選擇切換均由人工完成，還不能實(shí)現(xiàn)根據(jù)水位、峰平谷或其它參數(shù)自動(dòng)開停水泵，實(shí)現(xiàn)無人值守，這將嚴(yán)重制約著井下主排水泵房的工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。

山東黃金礦業(yè)（萊州）有限公司焦家金礦（以下簡(jiǎn)稱焦家金礦）井下某泵房由一個(gè)水倉(cāng)組成。所屬設(shè)備為3臺(tái)DF360-40×4水泵，配有電機(jī)為250KW/380V；正常情況水泵一開一備一檢修。灌飲水方式為：3臺(tái)水泵均采用無底閥真空吸水罐補(bǔ)水。

井下排水流程為：-390水泵房水倉(cāng)的水經(jīng)兩條∮356×10的主管路排至地表蓄水池，排水總高度約為126米。

鑒于PLC的先進(jìn)性和可靠性，該泵站水泵及其附屬的設(shè)備實(shí)施了PLC自動(dòng)控制及運(yùn)行參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)，并實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示，數(shù)據(jù)可傳送至調(diào)度中心，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)通過自動(dòng)檢測(cè)水倉(cāng)液位等參數(shù)，自動(dòng)控制水泵輪流工作及備用泵的適時(shí)啟動(dòng)，合理安排水泵工作。系統(tǒng)的觸摸屏采用圖形、圖像、數(shù)據(jù)、文字等顯示方式，直觀、形象、實(shí)時(shí)地體現(xiàn)出系統(tǒng)工作狀態(tài)以及水倉(cāng)液位、電機(jī)工作電流、進(jìn)口流量、出口壓力、電機(jī)溫度、軸承振動(dòng)、軸承溫度、累計(jì)流量、運(yùn)行時(shí)間等參數(shù)。該系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行安全可靠、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，合理地調(diào)度水泵運(yùn)行，延長(zhǎng)了水泵的使用壽命，為企業(yè)節(jié)約了費(fèi)用。

2.系統(tǒng)構(gòu)成

本系統(tǒng)包括現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳感器檢測(cè)子系統(tǒng)、前端數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、機(jī)房數(shù)據(jù)監(jiān)視與設(shè)備控制子系統(tǒng)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)和調(diào)度室WEB瀏覽與控制等五大子系統(tǒng)。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳感器檢測(cè)子系統(tǒng)

該系統(tǒng)由壓力傳感器、振動(dòng)傳感器、紅外傳感器、溫度傳感器等組成。經(jīng)過防振處理的變送器，延長(zhǎng)了其使用壽命、數(shù)據(jù)采集變換精度更高、信號(hào)輸出更穩(wěn)定。

2.2 前端數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)用來將現(xiàn)場(chǎng)各種傳感器檢測(cè)到的參數(shù)數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳送到PLC和調(diào)度中心工控機(jī)。

2.3 機(jī)房數(shù)據(jù)與設(shè)備控制子系統(tǒng)

主要由PLC、電動(dòng)閥門、現(xiàn)場(chǎng)控制箱等組成。

該系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)傳來的檢測(cè)數(shù)據(jù)，通過觸摸屏顯示，并進(jìn)行分析處理，越限報(bào)警等操作；還負(fù)責(zé)將上級(jí)傳來的控制命令下達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)，來控制操作設(shè)備。泵房的PLC控制箱可通過井下通訊光纜與地面調(diào)度中心實(shí)現(xiàn)信息交換。

2.3.1 主PLC

GE 90-30系列CPU374采用AMD586微處理器，主頻為133MHZ，具有一個(gè)10/100M以太網(wǎng)卡，2個(gè)RJ45接口，通訊卡與CPU集成在一起，通訊速度更快。控制系統(tǒng)由上位機(jī)OS操作員站監(jiān)控系統(tǒng)和下位機(jī)PLC可編程邏輯控制系統(tǒng)組成。

2.3.2 主回路和補(bǔ)加水電動(dòng)閥門

該泵房每臺(tái)泵主排水閥門為電動(dòng)閥門。真空罐補(bǔ)加水閥門用電動(dòng)球閥（電磁閥適用于清水，井下水為有雜質(zhì)污水，故不采用電磁閥，提高系統(tǒng)可靠性）。系統(tǒng)配備大容量在線式UPS電源，保證系統(tǒng)突然停電主電動(dòng)閘閥和補(bǔ)加水電動(dòng)球閥等設(shè)備能夠安全關(guān)閉。

2.3.3 現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)

在泵房操作現(xiàn)場(chǎng)，每臺(tái)水泵都有一臺(tái)LP.X控制箱，具有就地、遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)換功能，系統(tǒng)根據(jù)峰谷平時(shí)間和水位進(jìn)行泵啟、?？刂?，按水位變化率計(jì)算預(yù)期水量，并根據(jù)預(yù)期水量決定工作泵的臺(tái)數(shù)。

2.4 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)

負(fù)責(zé)通過光纜將泵房數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備采集的數(shù)據(jù)上傳到調(diào)度中心，以便遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2.5 調(diào)度室web瀏覽與控制

在調(diào)度中心系統(tǒng)觸摸屏上可動(dòng)態(tài)監(jiān)控水泵及其附屬設(shè)備的運(yùn)行狀況，實(shí)時(shí)顯示各參數(shù)（如圖1所示），并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

3.系統(tǒng)功能

（1）系統(tǒng)可分段調(diào)試，分段運(yùn)行。

（2）系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)水泵自動(dòng)輪流工作，使水泵壽命延長(zhǎng)。

（3）系統(tǒng)可根據(jù)投入運(yùn)行泵組的位置，自動(dòng)選擇啟動(dòng)就近的真空泵，如果達(dá)不到真空度（在系統(tǒng)設(shè)定的時(shí)間內(nèi)），備用泵便自動(dòng)啟動(dòng)。

（4）系統(tǒng)根據(jù)峰谷平時(shí)間和水位進(jìn)行泵啟、?？刂疲此蛔兓视?jì)算預(yù)期水量，并根據(jù)預(yù)期水量決定工作泵的臺(tái)數(shù)，大大提高了水泵的利用率。

（5）通過觸摸屏可實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)工作狀態(tài)，出現(xiàn)故障自動(dòng)報(bào)警，并具有歷史記錄查詢、報(bào)表查詢等功能。

（6）系統(tǒng)通可實(shí)現(xiàn)同時(shí)與觸摸屏及地面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳送，信息交換，實(shí)現(xiàn)遙信、遙測(cè)、遙控功能。

（7）系統(tǒng)具有啟動(dòng)保護(hù)和運(yùn)行保護(hù)功能，系統(tǒng)對(duì)每臺(tái)泵的運(yùn)行電流、軸瓦振動(dòng)、前后軸瓦溫度等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)超過報(bào)警限值做報(bào)警處理以引起操作工的注意，對(duì)超出故障限值的進(jìn)行停機(jī)處理，并報(bào)故障。

（8）系統(tǒng)具有低水位保護(hù)功能。如：水倉(cāng)水位低于1.20米，泵低水位保護(hù)置位并停泵，當(dāng)水倉(cāng)水位高于1.45米時(shí)復(fù)位。水倉(cāng)水位低于1.40米，備泵低水位保護(hù)置位并停泵，當(dāng)水倉(cāng)水位高于1.45米時(shí)復(fù)位

（9）系統(tǒng)控制具有就地（手動(dòng)）、集中（自動(dòng)）、遠(yuǎn)程（自動(dòng)和手動(dòng)）。故障檢修和手動(dòng)試車時(shí)使用就地（手動(dòng)）控制方式，集中（自動(dòng)）時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)完成各泵組工作；遠(yuǎn)程（自動(dòng)和手動(dòng)）時(shí)，如果工作人員選擇某臺(tái)或某幾臺(tái)泵組運(yùn)行，系統(tǒng)可自動(dòng)進(jìn)行啟停和監(jiān)控已選泵組。將LP.X控制箱泵及閥門的“集中/就地”轉(zhuǎn)換開關(guān)置于集中位置，如其中任可一臺(tái)有故障，可以只將其中一臺(tái)置于集中位置。將要使用的水泵的現(xiàn)場(chǎng)控制箱上的“集中/就地”轉(zhuǎn)換開關(guān)置于集中位置，先轉(zhuǎn)換到集中位置的為主泵，其次為備泵。

4.結(jié)語(yǔ)

礦井自動(dòng)化排水系統(tǒng)是礦井生產(chǎn)自動(dòng)化的一個(gè)重要組成部分，焦家金礦自排水自動(dòng)化系統(tǒng)投入使用，運(yùn)行良好，效果顯著。調(diào)度中心可隨時(shí)直接了解井下水泵的工作狀況，為礦山安全生產(chǎn)提供了有力保障，大大節(jié)省了人力資源，提高了工作效率，在同類礦山中具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]殷國(guó)友，王海波，朱日來，呂旭君，隋永東，戚克明，張偉.焦家金礦井下中央排水自動(dòng)化系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用[J].機(jī)電與自動(dòng)控制，2011，6.

[2]王光生，尹文波，樊兆同.基于PLC的礦井自動(dòng)化排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)[C].中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)礦機(jī)電一體化專業(yè)委員會(huì)、中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)煤礦電工專業(yè)委員會(huì)論文集.

[3]盧恩貴，趙冬梅.礦井自動(dòng)化排水的PLC實(shí)現(xiàn)[J].工礦自動(dòng)化，2006，4（2）.

作者簡(jiǎn)介：

鄧興全（1985—），男，青島理工大學(xué)在讀工程碩士，助理工程師，主要從事礦山電氣技術(shù)管理工作，研究方向：礦山企業(yè)管理。

徐小糲（1985—），女，從事礦山數(shù)字化的建設(shè)及維護(hù)工作。