熱水倉泵房自動(dòng)化改造研究與應(yīng)用

徐志凡

（平頂山天安煤業(yè)股份有限公司八礦，河南平頂山 467012）

熱水倉泵房自動(dòng)化改造研究與應(yīng)用

徐志凡

（平頂山天安煤業(yè)股份有限公司八礦，河南平頂山 467012）

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，可編程邏輯控制器技術(shù)也隨之完善，而且在煤礦中的應(yīng)用更加廣泛。本文針對(duì)礦井熱水倉泵房現(xiàn)場(chǎng)情況及其特點(diǎn)，采用自動(dòng)化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)給出了一種改造的方案并實(shí)施改造，系統(tǒng)具備就地及遠(yuǎn)程的監(jiān)測(cè)監(jiān)控，并且實(shí)現(xiàn)了“避峰填谷”的自動(dòng)運(yùn)行；系統(tǒng)可以與全礦自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，作為全煤礦自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分。

熱水泵房 自動(dòng)化系統(tǒng) PLC

平煤股份八礦二水平熱水倉泵房主要擔(dān)任地面熱水蓄水池供水任務(wù)，自泵房至地面熱水蓄水池敷設(shè)一趟Φ250×10主排水管路，排水高度為850米，排水管路地面出口與分水包相連接，平時(shí)分水包其他分支管路閘閥關(guān)閉，來水只排往熱水蓄水池。泵房內(nèi)安裝2臺(tái)水泵，揚(yáng)程930米；水泵配用電機(jī)型號(hào)為YB2-5604-4，額定電壓6000V，額定功率1800KW，采用電抗器一拖一式啟動(dòng)。泵房內(nèi)2臺(tái)水泵采用一套射流系統(tǒng)引水，射流水源為兩路，分別為清水水源和泵房主排水管路引出水源。每班一般只開一臺(tái)水泵，運(yùn)行約1.5小時(shí)。當(dāng)前系統(tǒng)啟動(dòng)水泵條件：當(dāng)?shù)孛嫘钏厮坏蜁r(shí)，電話通知井下熱水倉泵房開泵；停泵條件為：地面通知停泵或熱水倉水位低時(shí)停泵。當(dāng)?shù)孛嫘钏厮桓咔覠崴畟}水位也高時(shí)，關(guān)閉井下熱水源主管路到熱水倉分支管路上的閘閥，以使熱水排往二水平中央泵房水倉。系統(tǒng)初建時(shí)未進(jìn)行自動(dòng)化方面的設(shè)計(jì)，缺少集中監(jiān)控系統(tǒng)，改造前所有閥門都為手動(dòng)閥門，缺少監(jiān)測(cè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，施行就地手動(dòng)按鈕控制?，F(xiàn)場(chǎng)職工勞動(dòng)強(qiáng)度大，系統(tǒng)故障率高，效率低，系統(tǒng)不穩(wěn)定。針對(duì)這種情況，提出進(jìn)行自動(dòng)化改造，進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)監(jiān)控。

圖1 井下監(jiān)控單元結(jié)構(gòu)圖

1 系統(tǒng)建設(shè)方案

系統(tǒng)建設(shè)的總方針是立足自動(dòng)化、信息化大前提，保證系統(tǒng)的先進(jìn)性、安全性、可靠性，安裝、使用和維護(hù)方便簡(jiǎn)單，將熱水倉泵房套集控系統(tǒng)建設(shè)成為技術(shù)先進(jìn)、穩(wěn)定可靠、利用率高的煤礦排水監(jiān)控系統(tǒng)，為礦井安全、高效、節(jié)能生產(chǎn)做好基礎(chǔ)。

（1）將PLC控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和排水控制系統(tǒng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)以“集中控制為主，就地監(jiān)測(cè)為輔”的控制模式，保證系統(tǒng)技術(shù)方面的先進(jìn)性。（2）保證自動(dòng)排水系統(tǒng)運(yùn)行的連續(xù)性和可靠性，系統(tǒng)連續(xù)可靠運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間達(dá)到360天/年以上。（3）實(shí)現(xiàn)泵房無人值守、全自動(dòng)化運(yùn)行，具備“避峰填谷”智能控制功能，提高節(jié)能效率和管理水平，減少操作人員和工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。（4）實(shí)現(xiàn)地面對(duì)主排水系統(tǒng)設(shè)備的多點(diǎn)位信息傳輸和集中監(jiān)測(cè)監(jiān)控，具有在線監(jiān)測(cè)、分析及完善的保護(hù)和報(bào)警功能。（5）調(diào)度監(jiān)測(cè)中心計(jì)算機(jī)可以對(duì)排水系統(tǒng)的運(yùn)行管理、事故跟蹤與處理、打印各種運(yùn)轉(zhuǎn)日志報(bào)表。（6）采用國際流行的組態(tài)軟件IFIX，動(dòng)態(tài)畫面美觀，修改靈活，數(shù)據(jù)保存時(shí)間長。（7）排水系統(tǒng)自身設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)接口，提供標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議數(shù)據(jù)，系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)，運(yùn)行的主要參數(shù)可以通過局-礦局域網(wǎng)絡(luò)，在集團(tuán)公司和礦調(diào)度室瀏覽。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

熱水倉泵房監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)由四部分組成：地面監(jiān)控中心、網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái)、泵房監(jiān)控單元及地面水池監(jiān)測(cè)單元。

2.1 地面自動(dòng)化控制中心

地面監(jiān)控站設(shè)置在地面自動(dòng)化控制中心，通過工作站對(duì)井下泵房相關(guān)設(shè)施進(jìn)行集控和監(jiān)視。

2.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái)

利用工業(yè)以太網(wǎng)作為井下泵房監(jiān)控系統(tǒng)的主干網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)泵房相關(guān)設(shè)備控制及監(jiān)測(cè)信息的傳輸通道。

2.3 泵房監(jiān)控單元

井下監(jiān)控單元由井下監(jiān)控主控站及信號(hào)采集裝置、傳感器等組成，主控制站作為井下控制部分的通信核心，完成分站監(jiān)控信息與地面控制中心的監(jiān)控信息交互傳遞；同時(shí)，通過在現(xiàn)場(chǎng)的操作顯示屏，為井下巡檢人員提供整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行工況。

2.4 地面蓄水池監(jiān)測(cè)單元

地面蓄水池監(jiān)測(cè)單元作為系統(tǒng)的一個(gè)監(jiān)控分站，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)蓄水池水位，來水管路流量和出水溫度，同時(shí)將數(shù)據(jù)傳送至主站作為控制的重要依據(jù)。井下監(jiān)控單元結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)在泵房設(shè)置了一個(gè)通訊主站，該監(jiān)控主站可兼作本泵房設(shè)備的控制單元，地面控制中心的控制指令通過以太網(wǎng)下達(dá)到 通訊主站與分站，由其控制熱水倉泵房監(jiān)控系統(tǒng)的相應(yīng)動(dòng)作。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)如圖1所示：

3 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)可以根據(jù)監(jiān)測(cè)到的信號(hào)判斷水泵的工作情況，故障時(shí)能及時(shí)發(fā)出語音報(bào)警信號(hào)，并根據(jù)工作類型停泵；設(shè)計(jì)了自動(dòng)、手動(dòng)操作控制方式，在自動(dòng)控制中可實(shí)現(xiàn)無人值守全自動(dòng)運(yùn)行或在上位機(jī)通過鼠標(biāo)鍵盤完成操作，在手動(dòng)控制中可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制故障或退出集控時(shí)在機(jī)房操作箱上操作。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)各種運(yùn)行參數(shù)自動(dòng)采集，根據(jù)水倉水位和用電時(shí)段進(jìn)行“避峰填谷”自動(dòng)工作。在地面調(diào)度監(jiān)控中心可完成對(duì)水泵控制的各種操作，系統(tǒng)能與礦井綜合調(diào)度系統(tǒng)無縫連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。具體表現(xiàn)以下幾個(gè)方面：

3.1 自動(dòng)控制功能

系統(tǒng)根據(jù)工況設(shè)定，以及時(shí)間、水位、煤礦用電負(fù)荷等參數(shù)自動(dòng)開啟、停止水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)、并能實(shí)現(xiàn)泵閥的聯(lián)鎖起動(dòng)，對(duì)運(yùn)行中的各種參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，通過接口向上傳送數(shù)據(jù)。

地面計(jì)算機(jī)統(tǒng)計(jì)每天礦井的用電負(fù)荷情況，確定用電高峰、低谷時(shí)間，并將參數(shù)傳給本系統(tǒng)控制主機(jī)機(jī)。根據(jù)所監(jiān)測(cè)的水位信號(hào)，設(shè)定出低水位、高水位和上限水位信號(hào)。每臺(tái)水泵設(shè)置運(yùn)行、備用和檢修三種工作方式，該方式可以在本機(jī)上設(shè)定或地面主機(jī)設(shè)定。泵房根據(jù)以上設(shè)定和程序編制可實(shí)現(xiàn)“避峰填谷”全自動(dòng)化運(yùn)行：當(dāng)水位達(dá)到高位或不在高位而處在用電低谷時(shí)間內(nèi)，將自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行泵。當(dāng)水位達(dá)到高位或不在高位而處在用電高峰時(shí)間時(shí)自動(dòng)停泵。當(dāng)水位到上限水位時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行泵及備用泵，直到水位低于高位時(shí)停止“備用泵”只運(yùn)行“運(yùn)行泵”，當(dāng)達(dá)到低于或不在高位而處于用電高峰時(shí)間內(nèi)時(shí)自動(dòng)停泵。

系統(tǒng)可自動(dòng)或手動(dòng)選擇以實(shí)現(xiàn)備用泵的循環(huán)啟動(dòng)和停止。將本機(jī)工作方式轉(zhuǎn)為“地面控制”時(shí)，各水泵由地面主機(jī)控制。當(dāng)運(yùn)行的水泵出現(xiàn)軸承超溫、開關(guān)柜故障、流量不夠時(shí)自動(dòng)停止運(yùn)行，并提示、報(bào)警。

3.2 手動(dòng)控制功能

根據(jù)實(shí)際需要也可以從自動(dòng)控制方式切換到手動(dòng)控制方式，系統(tǒng)采用手動(dòng)操作時(shí)，由工作人員根據(jù)生產(chǎn)需要以及設(shè)備狀況操作控制箱上的按鈕完成設(shè)備的啟動(dòng)、停止。

3.3 單機(jī)自動(dòng)控制

地面監(jiān)控主機(jī)將工作方式切轉(zhuǎn)到單機(jī)自動(dòng)時(shí)，可在地面監(jiān)控主機(jī)上單獨(dú)控制系統(tǒng)中的各設(shè)備，此時(shí)各分站仍處于自動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)保護(hù)信號(hào)動(dòng)作時(shí)仍報(bào)警停機(jī)。

3.4 就地緊停功能

不論在何種控制方式下，均可在通過緊停按鈕來停止運(yùn)行該設(shè)備。

3.5 組網(wǎng)功能

該分站掛接在中央變電所的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)上，通過交換機(jī)與全礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)連接。

3.6 水泵運(yùn)行計(jì)量/時(shí)間/運(yùn)行統(tǒng)計(jì)

在地面控制站上應(yīng)可分別對(duì)每臺(tái)水泵的運(yùn)行電耗、工作時(shí)間等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，便于管理人員及時(shí)掌握每臺(tái)水泵的工況。

3.7 圖形曲線顯示

在地面控制站上應(yīng)可實(shí)時(shí)顯示各設(shè)備運(yùn)行圖，并提供開放式的圖形制作軟件，用戶可以描繪各種動(dòng)態(tài)圖形、靜態(tài)圖形，同時(shí)支持多種圖形格式，圖形畫面具有鏈接功能，可以很方面地切換其它畫面顯示，可顯示實(shí)時(shí)曲線，可顯示年、月、日個(gè)時(shí)間段的歷史曲線和具體數(shù)據(jù)表。

3.8 實(shí)時(shí)報(bào)警/報(bào)警記錄

在現(xiàn)場(chǎng)PLC控制器上可漢字顯示各故障信息并報(bào)警，在地面控制站上可顯示現(xiàn)場(chǎng)單元當(dāng)前的報(bào)警信息以及保存的報(bào)警記錄。

3.9 視頻監(jiān)控功能

在井下水泵房裝有攝像頭，實(shí)時(shí)拍攝現(xiàn)場(chǎng)水泵運(yùn)行狀況，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸形式將泵房現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的圖像傳輸?shù)降孛孢M(jìn)行顯示、監(jiān)控，系統(tǒng)接入硬盤錄像機(jī)，能夠?qū)⒏鲿r(shí)段的運(yùn)行錄像保存在硬盤里。

3.10 其他功能

根據(jù)熱水倉的高溫特點(diǎn)，系統(tǒng)所用設(shè)備耐高溫、耐腐蝕；同時(shí)在泵房設(shè)計(jì)安裝了煙霧、室溫及水溫的監(jiān)測(cè)。

4 結(jié)語

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，本文給出了煤礦熱水倉泵房實(shí)施自動(dòng)化改造的方案，在原來的設(shè)施基礎(chǔ)上進(jìn)行自動(dòng)化改造，以使設(shè)備在無人干涉的情況下自動(dòng)運(yùn)行。系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行過程進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制，使設(shè)備達(dá)到最佳工作狀態(tài)，從而達(dá)到有效地節(jié)約能源、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、降低運(yùn)行成本和延長設(shè)備使用壽命等目的。系統(tǒng)運(yùn)行六個(gè)月以來，穩(wěn)定可靠，完全滿足現(xiàn)場(chǎng)需要。

［1］高林.煤礦井下排水系統(tǒng)的研究與開發(fā)［D］.太原：太原理工大學(xué)，2007.

［2］張大鵬，金強(qiáng).礦井主排水泵自動(dòng)化控制的研究［J］.煤礦機(jī)械，2007.

［3］譚國俊，韓耀飛，熊數(shù).基于PLC的中央泵房自動(dòng)化設(shè)計(jì)［J］.工礦自動(dòng)化，2006.

［4］陳祥思，王磊.西門子自動(dòng)化產(chǎn)品在煤礦中央泵房自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.控制系統(tǒng)，2009.

［5］李瑞.井下排水系統(tǒng)的檢測(cè)與控制研究［D］.太原：太原理工大學(xué)，2006.

With the rapid development of science and technology， programmable logic controller technology will be improved， and more extensive application in coal mine. According to the mine water sump pump field and its characteristics， the automation technology， network communication technology has a transformation plan and implement transformation system， with local and remote monitoring， and the implementation of the "automatic peak valley"； system can be networked with mine automation system， as an important component of part of the whole coal mine automation system.

Hot Water Pump Room Automation System PLC

徐志凡（1975—），男，河南柘城人，本科，畢業(yè)于中央黨校函授經(jīng)濟(jì)管理專業(yè)，工程師，現(xiàn)就職于平頂山天安煤業(yè)股份有限公司八礦。