煤礦主排水自動(dòng)化系統(tǒng)控制強(qiáng)排水泵的實(shí)踐嘗試

摘 要：礦井主排水自動(dòng)化控制系統(tǒng)已得到廣泛應(yīng)用，提高了礦井安全及自動(dòng)化水平。目前，煤礦正越來(lái)越多地投入強(qiáng)排水泵的使用，以提高礦井防災(zāi)抗變能力。通常情況下，礦井強(qiáng)排水系統(tǒng)與主排水系統(tǒng)相互獨(dú)立，且主排水自動(dòng)化控制系統(tǒng)也不對(duì)強(qiáng)排水系統(tǒng)進(jìn)行控制?，F(xiàn)在嘗試把強(qiáng)排水系統(tǒng)納入主排水自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)在地面和井下現(xiàn)場(chǎng)對(duì)強(qiáng)排水泵的自動(dòng)控制，以提高工作效率及安全水平。

關(guān)鍵詞：煤礦主排水系統(tǒng)；強(qiáng)排系統(tǒng)；自動(dòng)化控制；試驗(yàn)

前言

目前，煤礦主水泵房已普遍使用主排水自動(dòng)化系統(tǒng)，極大提高了主排水泵房的管理及運(yùn)行水平。目前，一些礦井逐步上馬強(qiáng)排水系統(tǒng)，其啟動(dòng)裝置與啟閉閥門(mén)位于地面，通過(guò)地面開(kāi)關(guān)柜起動(dòng)，一般不納入主排水自動(dòng)化控制系統(tǒng)，形成了與主排水系統(tǒng)相互獨(dú)立的局面（強(qiáng)排水管路與正常排水管互相獨(dú)立、互不聯(lián)通）?，F(xiàn)嘗試將強(qiáng)排水系統(tǒng)納入主水泵自動(dòng)化控制系統(tǒng)，利用井下水泵房控制中心、地面自動(dòng)化控制中心控制地面強(qiáng)排水泵開(kāi)關(guān)柜、井口位置的電動(dòng)閥門(mén)（手自一體），完成對(duì)強(qiáng)排水系統(tǒng)的自動(dòng)控制。

1 主排水泵房自動(dòng)化排水系統(tǒng)構(gòu)成

（1）井下水泵房控制中心。水泵房控制中心采用礦用PLC可編程控制箱，PLC根據(jù)相關(guān)原則自動(dòng)控制投入運(yùn)行的水泵臺(tái)數(shù)。在完成對(duì)主水泵自動(dòng)控制的前提下，現(xiàn)對(duì)該控制中心進(jìn)行擴(kuò)充編程、制作控制頁(yè)面，通過(guò)礦井以太環(huán)網(wǎng)，完成對(duì)強(qiáng)排水泵的運(yùn)行控制。（2）地面自動(dòng)化控制中心。地面監(jiān)控站設(shè)置在地面調(diào)度室內(nèi)，通過(guò)工控機(jī)對(duì)水泵房的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，水泵房?jī)?nèi)所有的信息都可以在地面的工控機(jī)上進(jìn)行顯示，并可在地面控制各個(gè)水泵運(yùn)行。通過(guò)編程，同時(shí)實(shí)現(xiàn)在地面控制強(qiáng)排水泵的運(yùn)行，包括地面集中自動(dòng)控制和現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)兩種方式。本文主要討論集中自動(dòng)控制。

2 設(shè)計(jì)選用的強(qiáng)排水泵系統(tǒng)簡(jiǎn)介

（1）經(jīng)計(jì)算，我礦突發(fā)最大涌水量為800m3/h，設(shè)計(jì)選擇BQ550-230/6-560W-S礦用潛水電泵兩臺(tái)，配套10kV，560kW電動(dòng)機(jī)。礦用潛水泵技術(shù)參數(shù)：額定流量Q=550m3/h，揚(yáng)程H=230m，級(jí)數(shù)6級(jí)，泵額定效率η=80%。實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)：Q=520m3/h，H=206m，η=78%。兩臺(tái)泵全部工作小時(shí)排水量：1040m3/h>800m3/h。（2）供配電系統(tǒng)：強(qiáng)排水泵電源由礦井地面35/10kV變電所提供，采用MYJV22-8.7/103*70型電纜，兩路，長(zhǎng)度：各2000m。地面采用10kV開(kāi)關(guān)柜+強(qiáng)排水泵電機(jī)方式，水泵起停由地面變電所控制。（3）管路系統(tǒng)：沿井筒敷設(shè)φ325×8無(wú)縫鋼管兩趟，遇有突發(fā)水情況時(shí)，兩臺(tái)泵及管路全部投入工作。

3 主排水自動(dòng)化系統(tǒng)組態(tài)軟件滿足強(qiáng)排水泵自動(dòng)控制條件

（1）需要豐富的圖形處理。通過(guò)相關(guān)軟件功能，可以對(duì)強(qiáng)排水泵自動(dòng)控制做到有力的擴(kuò)充，確保功能的完整性，利用組態(tài)軟件提供的開(kāi)放環(huán)境，可以更加直觀的提供大量可導(dǎo)入設(shè)置和等值化工具，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行變量處置，做到數(shù)據(jù)庫(kù)、I/O設(shè)備、對(duì)象數(shù)據(jù)、圖庫(kù)等的復(fù)用，大大提升了組態(tài)效率，擴(kuò)展了強(qiáng)排水泵自動(dòng)控制功能。（2）需要對(duì)強(qiáng)排水泵運(yùn)行狀態(tài)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。組態(tài)軟件具備一定的報(bào)警功能，具體內(nèi)容是變量報(bào)警事件、操作事件、用戶登錄事件和工作站事件四項(xiàng)。報(bào)警和事件能夠更加直觀的進(jìn)行監(jiān)測(cè)，隨時(shí)可以查閱系統(tǒng)報(bào)警、操作和工作站的運(yùn)行情況，如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，能夠把事件及時(shí)反映到緩沖區(qū)，當(dāng)這一區(qū)域到一定區(qū)間，就會(huì)生成自動(dòng)數(shù)據(jù)，對(duì)相關(guān)事件做到真實(shí)、詳細(xì)的記錄，做到定時(shí)定點(diǎn)報(bào)警，重要文件可以通過(guò)傳輸渠道，把自動(dòng)將報(bào)警和事件信息寫(xiě)到報(bào)警存儲(chǔ)文件中，并根據(jù)要求指令做好打印，按照相應(yīng)的過(guò)濾條件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)強(qiáng)排水泵運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)性監(jiān)測(cè)，確保運(yùn)行安全。

4 實(shí)現(xiàn)強(qiáng)排水泵自動(dòng)控制的系統(tǒng)功能

強(qiáng)排水泵自動(dòng)控制要有完善的系統(tǒng)功能，數(shù)據(jù)自動(dòng)采集能夠?qū)崿F(xiàn)泵閥自動(dòng)控制，同時(shí)也能對(duì)啟動(dòng)柜實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的整體控制。

（1）數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與檢測(cè)功能。充分利用PLC模擬量、數(shù)字量模塊對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，確保及時(shí)快速響應(yīng)，使數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度進(jìn)一步提升。PLC系統(tǒng)的應(yīng)用，大大提高了系統(tǒng)功能，監(jiān)測(cè)水泵、電機(jī)運(yùn)行等情況能夠一目了然，通過(guò)系統(tǒng)處理，對(duì)運(yùn)行提供依據(jù)和條件，對(duì)水泵啟停做到良好保護(hù)，使水泵和電機(jī)運(yùn)行更加安全可靠。通過(guò)系統(tǒng)控制，能夠全面確保水倉(cāng)水位平衡，使水泵房各臺(tái)泵運(yùn)行得到控制，緊急情況下保持正常運(yùn)轉(zhuǎn)排水。（2）系統(tǒng)通訊接口。網(wǎng)絡(luò)主要是通過(guò)與工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域開(kāi)放式技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)范圍內(nèi)的廣泛通訊，支持工廠范圍內(nèi)相關(guān)的工程組態(tài)，現(xiàn)場(chǎng)級(jí)均支持IT的整體標(biāo)準(zhǔn)，PLC系統(tǒng)預(yù)留一個(gè)有通信功能的延展模塊，有利于和智能供電設(shè)備及現(xiàn)場(chǎng)其他設(shè)備進(jìn)行通信信息的有效連接，確保獲取的數(shù)據(jù)能夠及時(shí)讀取。（3）系統(tǒng)各保護(hù)功能。對(duì)系統(tǒng)保護(hù)功能不斷增強(qiáng)，一是超溫保護(hù)。當(dāng)監(jiān)測(cè)到水泵、電機(jī)軸承及定子溫度超過(guò)了預(yù)設(shè)的警戒值時(shí)，能夠?qū)Ξ惓Ｇ闆r快速報(bào)警；二是電機(jī)保護(hù)。通過(guò)對(duì)電機(jī)電流、電壓、水倉(cāng)缺水等情況的監(jiān)測(cè)，形成一定的數(shù)據(jù)參數(shù)參，并加以運(yùn)行保護(hù)，保證整體安全可靠；三是電動(dòng)閥門(mén)保護(hù)：能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)電動(dòng)閥門(mén)故障，對(duì)出現(xiàn)的異常信號(hào)進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)可以參與水泵聯(lián)鎖，做到整體上的控制與保護(hù)。（4）泵閥控制。閥門(mén)的開(kāi)關(guān)也能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，通過(guò)PLC控制箱、水泵綜合自動(dòng)控制箱做好監(jiān)控。強(qiáng)排水泵開(kāi)關(guān)時(shí)，需要把管路閥門(mén)打開(kāi)，通過(guò)系統(tǒng)控制，自動(dòng)起動(dòng)水泵電機(jī)，操持水倉(cāng)水位到達(dá)預(yù)設(shè)高度，如果出現(xiàn)異常，則會(huì)強(qiáng)行停止，保證水泵電機(jī)安全。（5）動(dòng)態(tài)顯示與畫(huà)面監(jiān)控。通過(guò)顯示功能的實(shí)現(xiàn)，能夠顯示出強(qiáng)排水泵、電機(jī)、電動(dòng)閘閥等運(yùn)行時(shí)的功能狀態(tài)，根據(jù)不同故障而不斷改變圖形顏色，外部閃爍則表明故障事故位置，形成一定的報(bào)警功能，有效避免水泵和電機(jī)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)損壞。

強(qiáng)排水泵的運(yùn)行畫(huà)面如下圖所示：

5 運(yùn)行結(jié)論

主排水自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了煤礦主排水系統(tǒng)的自動(dòng)控制，但對(duì)強(qiáng)排水泵的控制還是一個(gè)全新課題。解決強(qiáng)排水泵的自動(dòng)控制問(wèn)題，使得現(xiàn)場(chǎng)溝通更加容易、快捷，防止突發(fā)情況下強(qiáng)排水泵不能順利啟動(dòng)，做到了井下、地面均能啟動(dòng)強(qiáng)排水泵。在異常涌水量不大、但又需要啟動(dòng)強(qiáng)排水泵的情況下可以在現(xiàn)場(chǎng)快速啟動(dòng)。利用現(xiàn)有的排水自動(dòng)化系統(tǒng)并接入礦井環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了在調(diào)度室、井下現(xiàn)場(chǎng)顯示強(qiáng)排水泵各類狀態(tài)參數(shù)，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)強(qiáng)排水泵的自動(dòng)控制。通過(guò)實(shí)踐運(yùn)行，運(yùn)用主排水自動(dòng)化系統(tǒng)控制強(qiáng)排水泵，其主電機(jī)及各個(gè)閥門(mén)動(dòng)作準(zhǔn)確、靈活。較之于現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作，更為安全可靠、方便快捷、高效節(jié)能，有著廣闊的推廣應(yīng)用前景。

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作者簡(jiǎn)介：王朋煒（1969-），河北省曲陽(yáng)縣人，1992年畢業(yè)于太原工業(yè)大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)安全專業(yè)工程碩士，教授級(jí)高級(jí)工程師，現(xiàn)任中煤平朔公司機(jī)電專家、山西中煤平朔北嶺煤業(yè)公司副經(jīng)理。