火石咀煤礦井下水泵房集中控制系統(tǒng)的應(yīng)用

許光輝 李銀河 和建榮 賈軍鋒 劉正偉 李 飛（陜西火石咀煤礦有限責(zé)任公司，陜西 咸陽 713500）

火石咀煤礦井下水泵房集中控制系統(tǒng)的應(yīng)用

許光輝 李銀河 和建榮 賈軍鋒 劉正偉 李 飛
（陜西火石咀煤礦有限責(zé)任公司，陜西 咸陽 713500）

摘 要：本文闡述了煤礦中央水泵房集中控制系統(tǒng)的功能、基本要求、設(shè)備及組成。該系統(tǒng)由工業(yè)計算機(jī)、組態(tài)軟件、觸摸屏、各種檢測傳感器組成。實現(xiàn)了礦井排水系統(tǒng)的智能化、自動化、網(wǎng)絡(luò)化控制。使泵房實現(xiàn)了地面遠(yuǎn)程監(jiān)控，大大減少了泵房操作人員數(shù)量，同時提高了該系統(tǒng)的安全性和可靠性。本文重點討論了中央水泵房的自動控制設(shè)計過程、通信、模擬仿真等問題。

關(guān)鍵詞：基本參數(shù)；系統(tǒng)組成；系統(tǒng)功能

1　概述

火石咀煤礦井下水泵房集控系統(tǒng)運用PLC控制技術(shù)，實現(xiàn)井下中央排水泵房的運行監(jiān)測、智能控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控、運行管理等功能，達(dá)到泵房安全高效運行和無人值守的目的。

井下水泵房自動化集控系統(tǒng)通過監(jiān)測水倉液位、水泵累計運行時間，控制水泵輪流工作，合理調(diào)度水泵的運行。同時通過煤礦井下工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，將水泵的工作運行狀態(tài)實時反映在地面控制中心上位機(jī)上，地面上位機(jī)可以對井下水泵進(jìn)行遠(yuǎn)程控制與監(jiān)測。在地面上位機(jī)上，可實時顯示水倉水位、運行水泵主管路壓力、流量、溫度等實時參數(shù)，還可以監(jiān)測水泵、真空泵的開停狀態(tài)，在地面上對水泵電機(jī)、泵、閘閥等進(jìn)行啟?？刂?。系統(tǒng)采用就地及遠(yuǎn)程控制相結(jié)合的控制方式控制，有自動、手動、半自動幾種操作模式，實現(xiàn)了無人值守。

2　排水泵房基本參數(shù)

2.1 23#泵房基本參數(shù)

（1）7臺多級離心泵，規(guī)格型號：MD500-57*10；

（2）7臺隔爆型三相異步電動機(jī)，電機(jī)型號：4級 1250km 6000V；

（3）配套7臺高壓真空開關(guān)柜；

（4）礦井水倉深度 6m 2個；

（5）7臺電動閘閥已配置閘閥控制箱；

（6）抽真空方式：射流泵或真空泵抽真空方式。

2.2 25#泵房基本參數(shù)

（1）11臺多級離心泵，規(guī)格型號：MD500-57*10；

（2）11臺隔爆型三相異步電動機(jī)，電機(jī)型號：4級 1250km 6000V；

（3）配套11臺高壓真空開關(guān)柜；

（4）礦井水倉深度6m 3個；

（5）11臺電動閘閥已配置閘閥控制箱；

（6）抽真空方式：射流泵或真空泵抽真空方式。

3　系統(tǒng)組成

排水泵房自動化控制系統(tǒng)包括地面控制中心和泵房集控系統(tǒng)兩部分。系統(tǒng)裝置主要包括：控制柜、配電柜、就地操作按鈕箱、超聲波液位計、超聲波流量計，溫度傳感器等。

3.1 地面控制中心

地面監(jiān)控中心配置兩臺上位機(jī)，一臺主機(jī)在機(jī)電科值班室，另一臺在礦調(diào)度室可實現(xiàn)不同權(quán)限的監(jiān)控。地面主機(jī)與井下可編程控制箱通過工業(yè)以太網(wǎng)通訊，進(jìn)行信息交換。實現(xiàn)上位機(jī)動態(tài)畫面監(jiān)視。上位機(jī)負(fù)責(zé)采集、存儲、查詢和統(tǒng)計分析泵房系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)、曲線、事件信息、操作記錄、故障報警，遠(yuǎn)程監(jiān)視設(shè)備運行情況，遠(yuǎn)程操作控制泵房排水設(shè)備的運行和試驗。上位機(jī)可以通過礦井網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將信息傳送到全礦綜合自動化平臺，全礦綜合自動化平臺對有關(guān)信息進(jìn)行分析后在WEB網(wǎng)頁上發(fā)布，實現(xiàn)信息的共享。

3.2 泵房集控系統(tǒng)

排水泵房集控系統(tǒng)通過通信方式采集水泵電機(jī)高壓啟動柜電流、電壓信息顯示、水倉水位數(shù)據(jù)顯示及其他數(shù)據(jù)信息顯示。控制排水水泵、電動閘閥、真

圖1 系統(tǒng)工況圖

圖2 信息圖

[6]李珂.基于嵌入式的溫室大棚溫度控制[D]. 沈陽工業(yè)大學(xué)，2013.空泵以及其他設(shè)備開停。自動程序操作控制，集中程序操作控制，運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)顯示，排水泵房業(yè)務(wù)管理。通過礦井井下環(huán)網(wǎng)將信息傳到地面監(jiān)控中心的上位機(jī)。

4　系統(tǒng)功能

4.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集與檢測

（1）模擬量數(shù)據(jù)檢測：水泵真空度、水倉水位、主排水管流量、主排水管壓力、電動閘閥的開度電機(jī)前后軸的溫度信號。

（2）數(shù)字量數(shù)據(jù)檢測：電動閘閥的工作狀態(tài)與開關(guān)限位、電動球閥狀態(tài)工作狀態(tài)與開關(guān)限位、水泵/電機(jī)運行狀態(tài)、真空泵工作狀態(tài)、水泵電機(jī)高壓啟動柜分合閘狀態(tài)；運行的電流，電壓數(shù)據(jù)。

（3）準(zhǔn)確顯示水倉水位，并在高、低限位有報警。

4.2 系統(tǒng)保護(hù)功能

（1）壓力異常保護(hù)：排水主管路、吸水真空度壓力出現(xiàn)異常時實現(xiàn)報警，排水壓力、吸水真空度達(dá)不到設(shè)定值自動停泵保護(hù)功能。

（2）流量保護(hù)：當(dāng)水泵啟動后或正常運行時，如流量達(dá)不到正常值實現(xiàn)報警，超過設(shè)定時限后自動停泵，具有流量保護(hù)功能。

（3）電動閘閥故障：由閘閥的限位、開度電位計、電動閘閥斷路器的輔助接點檢測故障，并參與水泵的聯(lián)鎖控制。

（4）水位超限及水位傳感器故障報警：設(shè)置報警水位，水位超過最高報警水位或最低報警水位，系統(tǒng)報警。在每處水位采集點設(shè)置兩種不同原理的水位傳感器，通過檢測兩傳感器的差別判斷傳感器故障并報警。

（5）水位突變報警：水位增長速度超過正常水位增長速度，系統(tǒng)報警。

（6）排水量異常報警：泵房排水流量與礦井涌水量差值小于水位應(yīng)下降速度，系統(tǒng)報警。

（7）溫度常報警：在電機(jī)預(yù)裝溫度傳感器（PT100），監(jiān)測電機(jī)的溫度。當(dāng)超過設(shè)定值時，系統(tǒng)能停泵并報警。

4.3 系統(tǒng)控制功能

水泵集中控制系統(tǒng)的控制模式有：自動控制、半自動控制、手動控制、遠(yuǎn)程控制。

（1）自動控制：根據(jù)水位等參數(shù)，PLC按照設(shè)定參數(shù)，自動選擇運行水泵，并按照控制流程，完成單臺或多臺水泵的開停。

（2）半自動控制：根據(jù)一臺水泵的啟?？刂屏鞒?，控制水泵的啟動與停止，實現(xiàn)一鍵啟/停。

（3）手動控制：選擇手動檔，用每臺水泵的就地按鈕控制箱實現(xiàn)手動控制。

（4）遠(yuǎn)程控制：在地面計算機(jī)監(jiān)控畫面上，在授權(quán)權(quán)限允許的條件下，根據(jù)水倉水位情況，通過計算機(jī)來控制相應(yīng)水泵的啟停。

4.4 動態(tài)顯示

系統(tǒng)能夠?qū)⑼ㄟ^圖形動態(tài)顯示水泵、電動球閥和電動閘閥的運行狀態(tài)，并能進(jìn)行事故的報警，直觀地顯示電動球閥和電動閘閥的開閉位置，實時顯示水泵抽真空情況和出水口壓力值。

用實時趨勢圖方式和數(shù)字形式準(zhǔn)確實時地顯示水倉水位，并在啟停水泵的水位段發(fā)出預(yù)告信號和低段、超低段、高段、超高段水位分段報警。

采用圖形、趨勢圖和數(shù)字形式直觀地顯示排水管路的壓力和瞬時流量，水泵電機(jī)的電參數(shù)，通過水泵溫度傳感器顯示水泵前后軸溫度、電機(jī)溫度等動態(tài)值，超限報警，自動記錄故障類型、時間等歷史數(shù)據(jù)。

4.5 編程及監(jiān)控軟件

STEP7編程軟件是一個用于SIMATIC可編程邏輯控制器的組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包。STEP7 標(biāo)準(zhǔn)軟件包中提供一系列的應(yīng)用工具，如：SIMATIC 管理器、符號編輯器、硬件診斷、編程語言、硬件組態(tài)、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)等。STEP7 編程軟件可以對硬件和網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)組態(tài)，具有簡單、直觀、便于修改等特點。該軟件提供了在線和離線編程的功能，可以對PLC在線上載或下載。利用STEP7 可以方便地創(chuàng)建一個自動化解決方案。

所有監(jiān)控程序能夠?qū)崿F(xiàn)在地面完成修改，無需現(xiàn)場修改。即可以在控制室對井下控制裝置內(nèi)PLC所有程序進(jìn)行下載和寫入。

監(jiān)控軟件能夠在標(biāo)準(zhǔn)畫面和用戶組態(tài)畫面上設(shè)定、匯集和顯示有關(guān)的運行信息，供運行人員對設(shè)備的運行工況進(jìn)行監(jiān)視和控制。采用組態(tài)軟件、模塊化設(shè)計。能夠監(jiān)視或控制本工藝點的生產(chǎn)過程畫面及生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)。具有報警處理功能，在任何時間和任何顯示工作站均應(yīng)能在畫面頂部或底部顯示出總的報警信息。

具有安全登錄和密碼保護(hù)功能。如圖1和圖2所示。

結(jié)語

該系統(tǒng)應(yīng)用在煤礦井下中央泵房，不僅能提高排水效率、減少操作人員的工作量，同時大大提高了泵房操作的安全性，減少了設(shè)備維護(hù)的時間和成本，中央水泵房集中控制系統(tǒng)自動化，實現(xiàn)了無人值守，提高排水系統(tǒng)的安全性和可靠性。

參考文獻(xiàn)

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[4]陳遠(yuǎn)立.電氣控制與可編程控制器[J].廣州： 華南理工大學(xué)出版社，2004.

中圖分類號：TD44

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

作者簡介：許光輝（1973-），河北省邢臺市內(nèi)丘縣人，遼寧工程大學(xué)采礦專業(yè)，火石咀煤礦從事管理工作。