鶴煤九礦-420中央泵房自動(dòng)化控制技術(shù)改造

梁修權(quán)鶴壁煤電股份有限公司機(jī)電管理部，河南鶴壁　　458030

鶴煤九礦-420中央泵房自動(dòng)化控制技術(shù)改造

梁修權(quán)
鶴壁煤電股份有限公司機(jī)電管理部，河南鶴壁458030

摘要實(shí)現(xiàn)泵房水泵自動(dòng)化控制，是現(xiàn)代化礦井管理的要求。通過(guò)工業(yè)計(jì)算機(jī)對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制，從而達(dá)到有效節(jié)約能源、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、降低運(yùn)行成本等目的。

關(guān)鍵詞自動(dòng)化；控制；監(jiān)測(cè)；工業(yè)以太網(wǎng)

1　項(xiàng)目概況

鶴煤九礦-420中央泵房的控制方式為傳統(tǒng)的人工手動(dòng)操作，不僅操作過(guò)程繁瑣、勞動(dòng)強(qiáng)度大、人為因素多，而且啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、自動(dòng)化程度低，已不能滿(mǎn)足現(xiàn)代化礦井管理的要求。煤礦井下排水自動(dòng)化控制系統(tǒng)是根據(jù)礦井的實(shí)際情況，在原來(lái)的排水系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行自動(dòng)化改造，使設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行和自我診斷的一套系統(tǒng)。為此，鶴煤九礦對(duì)-420中央泵房進(jìn)行了自動(dòng)化控制技術(shù)改造。

2　實(shí)施方案

鶴煤九礦-420中央泵房共安裝有3臺(tái)MD450-60X11型礦用高揚(yáng)程耐磨多級(jí)離心泵，流量450m3/h，揚(yáng)程660m，配套電機(jī)功率1250kW，后期計(jì)劃再建設(shè)一臺(tái)多級(jí)離心泵。本次改造的內(nèi)容既是針對(duì)現(xiàn)有的三臺(tái)水泵進(jìn)行自動(dòng)化控制改造，同時(shí)對(duì)第四臺(tái)水泵預(yù)留相應(yīng)的接口以備后期進(jìn)行接入。

3　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

-420泵房水泵排水自動(dòng)化控制控系統(tǒng)主要由三部分組成：地面控制中心，工業(yè)以太網(wǎng)和泵房控制系統(tǒng)。

地面控制中心設(shè)置在地面監(jiān)控室，設(shè)置兩臺(tái)操控站（一主一備），操控站選用高性能工控機(jī)，通過(guò)操控站對(duì)井下泵房相關(guān)設(shè)施進(jìn)行集控和監(jiān)視。

工業(yè)以太網(wǎng)為泵房監(jiān)控系統(tǒng)的信息傳輸平臺(tái)，目前鶴煤九礦在建設(shè)井下電力監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)已經(jīng)建設(shè)一套光纖工業(yè)以太網(wǎng)，并預(yù)留有RJ45接口，此次數(shù)據(jù)傳輸可以借用此網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)泵房與地面操控站的數(shù)據(jù)交換。

泵房控制系統(tǒng)是井下排水自動(dòng)化控制系統(tǒng)的重要組成部分，由隔爆兼本安型可編程控制器、本安操作臺(tái)、礦用球閥以及相應(yīng)的傳感器等組成。

4　控制系統(tǒng)

針對(duì)現(xiàn)有控制設(shè)備的數(shù)量和特點(diǎn)，此次-420泵房水泵自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)配置兩臺(tái)礦用隔爆兼本安可編程控制器，同時(shí)配置兩臺(tái)不間斷電源以保證可編程控制器在意外斷電的情況下能夠持續(xù)正常工作。

礦用隔爆兼本安型控制箱以PLC作為控制核心，并配備相應(yīng)的I/O模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和傳輸，完成水位的監(jiān)測(cè)、水泵運(yùn)行工況的監(jiān)測(cè)、各閥門(mén)的開(kāi)合監(jiān)測(cè)以及水泵的開(kāi)停，同時(shí)配備以太網(wǎng)接口模塊，便于接入工業(yè)以太網(wǎng)傳輸平臺(tái)。

5　閘閥改造

由于主排水管路上的閘閥已經(jīng)為電動(dòng)閘閥，因此對(duì)原有閘閥系統(tǒng)不做更換，進(jìn)行改造接入現(xiàn)有控制系統(tǒng)。對(duì)于射流抽真空系統(tǒng)，每個(gè)泵現(xiàn)有的兩臺(tái)手動(dòng)抽真空閥門(mén)不變，另增設(shè)礦用電動(dòng)球閥。

6　水泵主要設(shè)備及傳感器配置

1）對(duì)于排真空管路改造配置：把每臺(tái)水泵的射流閥改成電動(dòng)球閥，共8臺(tái)。

2）出口壓力監(jiān)測(cè)：在每個(gè)泵出水口配置一個(gè)壓力傳感器，共4臺(tái)，技術(shù)參數(shù)：

測(cè)量精度：±0.5%；測(cè)量范圍：0-10MPa；供電電壓：24V±6V；信號(hào)輸出：4-20mA；防護(hù)等級(jí)：IP65；防爆標(biāo)志：Exia。

3）真空度監(jiān)測(cè)。

在泵進(jìn)水口上端配置一個(gè)真空度傳感器，共4臺(tái)。技術(shù)參數(shù)：

測(cè)量精度：±0.5%；測(cè)量范圍：-100-0 kPa；供電電壓：24V±6V；信號(hào)輸出：4-20mA；防護(hù)等級(jí)：IP65；防爆標(biāo)志：Exia。

4）流量監(jiān)測(cè)。

在每個(gè)總管路配置一臺(tái)超聲波流量計(jì)，共3臺(tái)。技術(shù)參數(shù)：

類(lèi)型：外夾式；測(cè)量精度：±1.5%；測(cè)量流速范圍：0.3-12.0 m/s；工作電源：AC127 ；功耗：<10w；防護(hù)等級(jí)：IP54；防爆標(biāo)志：Exd[ib]Ⅰ。

5）液位監(jiān)測(cè)。

在每臺(tái)水泵的吸水口配置一臺(tái)液位傳感器，共2臺(tái)。技術(shù)參數(shù)：

工作電壓： 15V-24V；工作電流：100mA；測(cè)量范圍：0-10m；顯示分辨率： 0.01m ；測(cè)量精度： 0.02m；使用環(huán)境：0-40℃；相對(duì)濕度： ≤98% ；防爆型式：礦用本質(zhì)安全型 ；防爆標(biāo)志： ExibI。

6）泵溫度監(jiān)測(cè)。

每個(gè)泵前軸和后軸各配置一個(gè)溫度傳感器，共6個(gè)。技術(shù)參數(shù)：

量程：0-200℃；感溫元件：PT100；輸出信號(hào)：電阻信號(hào)；精度：A級(jí) B級(jí)；防爆標(biāo)志：ExibⅠ。

7）水泵電機(jī)相關(guān)電氣參數(shù)監(jiān)測(cè)。

對(duì)每臺(tái)電機(jī)配置一臺(tái)電力采集模塊和相應(yīng)的電壓電流互感器，監(jiān)測(cè)電機(jī)的電壓、電流、功率、電量等參數(shù)，共4套。

7　系統(tǒng)功能

井下排水自動(dòng)化控制系統(tǒng)的建設(shè)完成后，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)如下功能。

7.1 顯示功能

1）工況圖：動(dòng)態(tài)顯示井下泵房各泵、閥的運(yùn)行工況，以及水流量的大小。

2）故障及保護(hù)顯示：實(shí)時(shí)顯示各臺(tái)水泵中各傳感器的狀態(tài)，對(duì)缺相、過(guò)電流、超溫、水泵欠壓、真空度不足等故障類(lèi)型進(jìn)行診斷顯示。

3）具有水泵運(yùn)行主要工況檢測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算功能：電機(jī)輸入功率、泵軸功率、泵的輸出功率、管路效率、系統(tǒng)效率、水泵效率、噸水百米電耗，并在組態(tài)畫(huà)面上顯示。

7.2 控制方式

系統(tǒng)具備遠(yuǎn)程自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程單機(jī)控制、就地手動(dòng)控制和檢修控制4種操作方式。

1）遠(yuǎn)程自動(dòng)控制：在地面控制中心通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)水泵進(jìn)行連鎖自動(dòng)開(kāi)泵、自動(dòng)倒泵等自動(dòng)控制。

2）遠(yuǎn)程單機(jī)控制：由控制中心操作員通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)泵、閥進(jìn)行單機(jī)開(kāi)?？刂?。

3）就地手動(dòng)控制：現(xiàn)場(chǎng)人員通過(guò)設(shè)置在泵房的本安操作臺(tái)上的按鈕，實(shí)現(xiàn)對(duì)泵、閥的現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)停控制。當(dāng)PLC控制系統(tǒng)故障時(shí)，不影響就地手動(dòng)控制方式。

4）檢修控制：在設(shè)備檢修時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)檢修人員通過(guò)本安操作臺(tái)對(duì)泵、閥進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制。

以上控制方式的優(yōu)先級(jí)為：檢修控制——就地手動(dòng)控制——遠(yuǎn)程單機(jī)控制——遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。此項(xiàng)目作為礦井自動(dòng)化的子系統(tǒng)，留有以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接口，為后期礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)接入提供標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)協(xié)議（西門(mén)子標(biāo)準(zhǔn)s7-300PLC協(xié)議）。

5）報(bào)表功能

把需要的工況數(shù)據(jù)如電流、電壓、壓力、功率、真空度、流量、溫度、液位電量等數(shù)據(jù)做成日月年報(bào)表格式，供操作人員查詢(xún)和統(tǒng)計(jì)。

8　經(jīng)濟(jì)效益分析

該系統(tǒng)投入運(yùn)行后，-420水平中央泵房實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制，在保障礦井排水系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，減少了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)以系統(tǒng)安全、可靠、先進(jìn)為原則，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在地面控制中心對(duì)井下排水系統(tǒng)泵房的所有設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，保證設(shè)備安全可靠運(yùn)行。通過(guò)水泵自動(dòng)控制和多功能閥的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)泵房無(wú)人值守，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守后，每天可節(jié)約人工工資約300元，每年可節(jié)約人工成本300元×30 天×12月=10.8萬(wàn)元。采用遠(yuǎn)程集中控制，每天可節(jié)約開(kāi)泵時(shí)間約1小時(shí)，水泵電機(jī)功率為1250kW每天可節(jié)約用電1250kW×0.8=1000 kW/h。每年可節(jié)約用電1000×30×12=360000 kW/h折合人們幣219600元。

9　項(xiàng)目推廣前景及意義

-420水平泵房排水泵自動(dòng)控制系統(tǒng)是綜合生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)。該系統(tǒng)的信號(hào)傳輸和控制系統(tǒng)框架立足于現(xiàn)代化礦井信息化的整體設(shè)計(jì)要求，滿(mǎn)足了現(xiàn)代化礦井對(duì)生產(chǎn)調(diào)度全方位信息的需要，最終為安全生產(chǎn)、科學(xué)管理、調(diào)度指揮提供可靠的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、信息，對(duì)推動(dòng)礦井信息化建設(shè)起著重要作用，推廣應(yīng)用前景廣闊。

作者簡(jiǎn)介：梁修權(quán)，本科，助理工程師，研究方向：電氣工程及自動(dòng)化

中圖分類(lèi)號(hào)TD63

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)1674-6708（2015）141-0137-02