淺析在礦井中的給排水的自動化應(yīng)用

一、概述

自動排水裝置是根據(jù)具體的實際情況，在原來的設(shè)施基礎(chǔ)上進行自動化改造，以使設(shè)備在無人職守的情況下自動運行和自我診斷的一套系統(tǒng)。通過工業(yè)計算機的決策控制，對設(shè)備的運行狀態(tài)、運行過程進行自動檢測、自動控制，使設(shè)備達到最佳工作狀態(tài)，從而達到有效地節(jié)約能源、降低勞動強度、降低運行成本和延長設(shè)備使用壽命等目的。

基于以上原因?qū)崿F(xiàn)礦井排水自動化控制和地面遠程監(jiān)控：第一：可依據(jù)水倉水位起停水泵，提高水泵有效利用率，大大降低生產(chǎn)成本。第二：可減少看護人員，相應(yīng)減少工資投入，并可充實設(shè)備維護檢修隊伍，提高維護質(zhì)量，減少事故發(fā)生，變事故發(fā)生后的被動檢修為主動的定期檢修，提高設(shè)備的使用率。第三：可以保證安全生產(chǎn)，改善工作環(huán)境，提高勞動生產(chǎn)率。第四：可有效的保護水泵電機等設(shè)備。延長使用壽命，減少事故停機時間，提高排水能力。第五：通過調(diào)整開停時間避開電力負荷高峰期，有效地削峰填谷，節(jié)約電費開支。

二、系統(tǒng)組成及工作原理

（一）系統(tǒng)組成

主排水自動控制系統(tǒng)，利用工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)，將主排水自動控制系統(tǒng)就近原則的接入到礦井工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)中，最終可以在全礦礦井綜合自動化調(diào)度集成平臺對水泵的運行工況進行監(jiān)測并可以遠程控制。

（二）工作原理

工程建設(shè)要求最終能夠達到減人提效，集中監(jiān)測、監(jiān)控礦井排水系統(tǒng)的工序節(jié)點，可靈活地設(shè)置監(jiān)控模式，并可進行實時的高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸，方便存儲數(shù)據(jù)和檢索歷史數(shù)據(jù)。每臺水泵放置一臺礦用隔爆兼本安型可編程控制箱，用于完成正壓、負壓、溫度、流量的模擬量采集；完成閘閥開到位、關(guān)到位、電機運行狀態(tài)等開關(guān)量的采集；完成閘閥開、關(guān)，球閥開、關(guān)，電機開啟、關(guān)閉等控制設(shè)備的執(zhí)行。

在操作工值班處，設(shè)置一臺礦用隔爆兼本安型顯示控制箱，用于與每臺可編程控制箱通訊，并把泵房所有數(shù)據(jù)上傳給上位機，完成數(shù)據(jù)的采集、臨時存儲及數(shù)據(jù)交換。自動工作模式下，根據(jù)水泵的使用效率，調(diào)度每臺水泵的開啟與關(guān)閉；遠程工作模式下，接收上位機的開啟與關(guān)閉指令，下達相應(yīng)的控制箱，完成水泵的開啟與停止操作。

數(shù)據(jù)采集由PLC自動實現(xiàn)，PLC輸入模塊經(jīng)過各種傳感器將開關(guān)量信號采集變送至PLC中作為邏輯處理條件和依據(jù)。連續(xù)檢測水倉水位，將水位變化信號進行轉(zhuǎn)換處理。檢測正壓、負壓、排水管路流量等、控制水泵啟、停。

三、系統(tǒng)功能及特點

具有遠程啟動、停止、復(fù)位和測試功能，并可進行地面遠程編程、故障（保護）屏蔽及控制方式轉(zhuǎn)換；具有 “自動”、“手動”、“檢修”、“遠程”四種工作方式，工作方式可直接在井下控制柜上設(shè)定或由地面主機設(shè)定。

（一）自動

（1）由液位傳感器連續(xù)監(jiān)測水倉水位，根據(jù)水倉和吸水井的水位，自動開停水泵及其閥門，在正常水位時，各水泵自動輪換工作，在危險水位時，自動投入必要數(shù)量的水泵。

（2）根據(jù)所監(jiān)測的水位信號，設(shè)定出低水位、中水位和高水位信號。低水位時停泵；中水位時水泵一臺運行、兩臺備用；高水位時，依據(jù)水位上升趨勢，依次開啟1#、2#、3#、4#水泵。

（3）可根據(jù)工況設(shè)定，以及時間、水位、煤礦用電負荷等參數(shù)，根據(jù)避峰填谷的原則自動開啟、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。

（4）當運行的水泵出現(xiàn)軸承超溫（先報警，后報故障）、開關(guān)柜故障、流量不夠或壓力突然降低時自動停止運行，并提示報警。通過接口向上傳送數(shù)據(jù)、畫面。

（二）手動

操作人員根據(jù)水倉顯示水位，人工手動開停水泵及確定開泵臺數(shù)，電機及其閥門的開、停由PLC自動執(zhí)行。可現(xiàn)場就地或地面監(jiān)控中心就地完成，對運行中的各種參數(shù)進行實時監(jiān)測，通過接口向上傳送數(shù)據(jù)。

（三）檢修

維修人員用操作按鈕可操作任一水泵電機、電動閘閥、電磁閥的開關(guān)，解除相互閉鎖關(guān)系。

（四）遠程

由地面監(jiān)控中心選擇“遠程控制”界面，該狀態(tài)下可以進行“手動”和“自動”狀態(tài)的控制?！皡?shù)設(shè)置”畫面，可進行不同設(shè)置，一定要保證閘閥開度不為0，然后選擇“循環(huán)開泵”，當系統(tǒng)狀態(tài)在“自動狀態(tài)”下時，操作員可以進入單臺泵界面下，進行“一鍵啟動”或“一鍵停止”。

（五）網(wǎng)絡(luò)功能

在地面機電監(jiān)控中心設(shè)置上位機，將現(xiàn)場設(shè)備運行狀態(tài)、故障狀態(tài)、傳感器信號等傳輸?shù)缴衔粰C，并入礦井信息化系統(tǒng)。

（六）故障自診斷功能

可準確判斷故障類型、位置并能進行圖像和語音提示及打印輸出，故障自動切換時間小于20秒。

（七）實時報警/報警記錄

當被測參數(shù)超限、保護動作及設(shè)備運行 狀態(tài)改變后，在井下控制柜及地面上位機均可發(fā)出語音、文字告警提示，并進行聲、光、語音報警。實時保存信息。

（八）圖形曲線顯示

在地面上位機上實時顯示各設(shè)備運行狀態(tài)圖。顯示實時曲線，可顯示年、月、日各時間段的歷史曲線和具體數(shù)據(jù)表。

（九）水泵運行計量/時間/運行統(tǒng)計

在地面控制站上應(yīng)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。

四、工作方式

（一）啟動狀態(tài)

1.自動。將工作方式選擇開關(guān)旋在“自動”位置。

當水倉水位高于低水位時，計算機將自動選定待開水泵，按照所設(shè)定的運行程序，自動啟動待開水泵。

2.檢修。工作方式選擇開關(guān)旋在“檢修”位置。此方式遠程啟動不起作用?？刂品绞揭姟笆謩印?。

3.手動。工作方式選擇開關(guān)旋在“手動”位置；選定待開水泵與潛水泵；首先啟動潛水泵，待泵體內(nèi)充滿水后啟動主排水泵；打開所啟動水泵的出水口電動閘閥，并觀察電機、水泵運轉(zhuǎn)情況是否正常。

（二）運行狀態(tài)

1.水泵在運行期間，應(yīng)經(jīng)常進行以下觀測，發(fā)現(xiàn)問題及時采取措施：

電壓不得超過額定值的±5%，電流不得超過額定值。觀察壓力、真空和流量指示的變化情況。觀察模擬量的顯示和水倉水位的變化情況。電機和水泵有無異狀。檢查進、出水管路，泵體、閘門、盤根密封等有無漏水現(xiàn)象。

2.水泵在運行期間出現(xiàn)下列情況之一時，應(yīng)緊急停泵：

水泵不上水。水泵或電機有異狀。電機或電氣設(shè)備冒火和冒煙。泵體嚴重漏水。平衡水失常。

（三）正常停泵

1.自動。水泵在“自動”工作方式下運行，當水倉水位低于低水位時，計算機首先停止主排水電動閘閥，依次停止主排水泵、潛水泵。

2.檢修。水泵在“檢修”工作方式下運行，需要停泵時，司機應(yīng)按照下列順序操作：

關(guān)閉出水管路電動閘閥；關(guān)閉水泵出水口電動閘閥，嚴禁閥門在開通位置停機；待閥門關(guān)閉到位后，停電動機。