自動(dòng)化排水系統(tǒng)在礦井中的應(yīng)用

朱忠敏

（豐城礦務(wù)局，江西 豐城 331141）

1 自動(dòng)化排水的功能

1）可根據(jù)水倉水位的變化，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控自動(dòng)、手動(dòng)控制水泵的啟、停及排水閥的開、關(guān)并具有自我診斷故障等功能。

2）根據(jù)電價(jià)區(qū)間，根據(jù)“避峰填谷”分時(shí)段排水的方式運(yùn)行，減少人為誤操作因素。

3）實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行參數(shù)電流、電壓、水位、壓力、流量、真空度、溫度、振幅等，進(jìn)行檢測、報(bào)警、存儲(chǔ)、查詢及打印功能。

4）根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間長短及設(shè)備的效率，自動(dòng)采用優(yōu)先的原則，自啟高效率泵運(yùn)行。

2 自動(dòng)排水應(yīng)用的作用

礦井實(shí)行自動(dòng)排水后，大大提高了礦井排水系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了排水工作的簡單化、自動(dòng)化、信息化、無人值守，大大降低了煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)成本、減少了人為因素的影響，避免設(shè)備運(yùn)行維護(hù)的盲目性從而提高了對設(shè)備檢修的針對性，可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)“避峰就谷”降低運(yùn)行成本。

3 自動(dòng)排水系統(tǒng)的設(shè)備組成及工作原理

1）系統(tǒng)組成

圖1 系統(tǒng)組成

自動(dòng)排水系統(tǒng)主要由地面監(jiān)控主機(jī)、井下防爆PLC箱（內(nèi)裝S7-300系列的PLC）、集中柜、就地柜、電動(dòng)球閥、電動(dòng)閘閥、傳感器（超聲波水位計(jì)、壓力傳感器、負(fù)壓傳感器、管道液位傳感器、溫度傳感器、電量變送器、流量計(jì)）、真空泵等組成（見圖1）。

2）系統(tǒng)工作原理

自動(dòng)排水系統(tǒng)工作原理見圖2，礦井自動(dòng)排水系統(tǒng)控制是通過以下6個(gè)環(huán)節(jié)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排水：自動(dòng)注水環(huán)節(jié)、閘閥操作環(huán)節(jié)、水位自動(dòng)監(jiān)控環(huán)節(jié)、參數(shù)傳送環(huán)節(jié)、故障保護(hù)環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)的自動(dòng)控制環(huán)節(jié)。

礦井吸水井深度設(shè)置1.4m 為滿倉報(bào)警值，首先將集中柜和控制柜調(diào)到全自動(dòng)模式，當(dāng)吸水井超聲波水位計(jì)檢測到水位上升到1m 時(shí)，就地柜PLC監(jiān)測記錄上一次開啟的水泵時(shí)間和水泵效率，擇優(yōu)對相應(yīng)的水泵發(fā)出控制命令將真空泵排氣閥打開，并開啟真空泵，同時(shí)檢測負(fù)壓數(shù)值，直到負(fù)壓數(shù)值成為-0.014 MPa（表壓）以上（當(dāng)1＃真空泵抽真空無法達(dá)到要求時(shí)，自動(dòng)切換至開啟2＃真空泵，2臺(tái)真空泵抽真空都無法達(dá)到要求時(shí)，自動(dòng)切換開啟射流泵）。啟動(dòng)水泵，關(guān)閉排氣閥停真空泵（或射流泵）開啟水泵后壓力傳感器監(jiān)測出水壓力，直到出水壓力達(dá)到2.3 MPa以上開啟電動(dòng)排水閥（當(dāng)出水壓力無法達(dá)到2.3 MPa時(shí)，將自動(dòng)停止該臺(tái)水泵換泵啟動(dòng)備用水泵）。當(dāng)吸水井超聲波水位計(jì)檢測到水位下降到0.2m 后，PLC 發(fā)出命令，關(guān)閉水泵出口電動(dòng)排水閘閥并停止電機(jī)。

圖2 自動(dòng)排水系統(tǒng)工作原理

3）自動(dòng)排水系統(tǒng)特點(diǎn)

本系統(tǒng)采用德國西門子S7 300PLC 為核心的控制器對水泵房設(shè)備運(yùn)行實(shí)行在線監(jiān)控，自動(dòng)、手動(dòng)控制水泵的啟停及閘閥的開、關(guān)，并具有自診斷功能，并能夠?qū)崿F(xiàn)水泵房的無人值守。

（1）通過地面主機(jī)界面（見圖3）可以查看每臺(tái)水泵的投入狀態(tài)、運(yùn)行時(shí)間、出水壓力、真空壓力、前軸振動(dòng)、前軸溫度、后軸振動(dòng)、后軸溫度、電機(jī)電壓、電機(jī)電流以及水泵、抽真空系統(tǒng)和閘閥的運(yùn)行狀態(tài)，水倉的液位情況、水泵累積總排水量并可以做成報(bào)表查詢打印。

圖3 系統(tǒng)監(jiān)控界面

（2）實(shí)現(xiàn)“避峰填谷”根據(jù)不同的電價(jià)區(qū)間，采用“避峰填谷”或分時(shí)段排水的方式運(yùn)行。

（3）實(shí)現(xiàn)水泵監(jiān)控系統(tǒng)有四種工作方式，“無人值守”、“遠(yuǎn)程自動(dòng)”、“手動(dòng)檢修”、“井下自動(dòng)（一鍵啟停）”。

（4）自動(dòng)實(shí)現(xiàn)水泵的輪換工作，水泵應(yīng)做到循環(huán)啟動(dòng)，保證水泵均衡使用，避免常用的工作泵使用頻率高，運(yùn)行時(shí)間長，造成磨損快、壽命短；

（5）實(shí)現(xiàn)了在全自動(dòng)情況下，水泵自動(dòng)聯(lián)排功能，當(dāng)水位達(dá)到1m 時(shí)單臺(tái)水泵運(yùn)行，水位繼續(xù)升高到1.2m 時(shí)，開始聯(lián)排啟動(dòng)備用泵，直到水位降到1m 停止備用水泵。

（6）可以通過地面主機(jī)，對井下各臺(tái)水泵進(jìn)行啟停控制，并可以根據(jù)礦井自行設(shè)定水泵啟停時(shí)間，水倉水位高度等。

（7）實(shí)現(xiàn)了高低水位聲光報(bào)警。

4 結(jié)語

總之，通過自動(dòng)化排水系統(tǒng)改造，實(shí)現(xiàn)了機(jī)房無人值守，自動(dòng)停、啟水泵，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了水泵司機(jī)工作效率和可靠性，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)實(shí)現(xiàn)“避峰就谷”降低運(yùn)行成本，為設(shè)備的安全運(yùn)轉(zhuǎn)和降低生產(chǎn)成本起到積極作用。