武山銅礦S-210m泵房自動化改造的研究

楊 波

（江西銅業(yè)集團有限公司 武山銅礦，江西 瑞昌 332200）

1 引言

武山銅礦井下-210 泵房安裝有6 臺排水泵，2路DN350 主排水母管，每臺泵安裝有DN200 PN40閘閥3 臺，DN200 PN40 逆止閥1 臺，每路主排水母管上安裝有DN350 PN40 閘閥各1 臺。泵房使用年數(shù)較長，所有閥門均密閉不嚴。均采用人工開泵，開泵效率低，其排水能力無法滿足實際生產需求，對突發(fā)型的涌水事故應對困難，甚至會影響礦山的安全生產［1］。

2 系統(tǒng)組成

整個泵房自動化監(jiān)控系統(tǒng)由地面監(jiān)控部分、中央泵房監(jiān)控部分、傳感器部分、視頻監(jiān)控部分以及設備遠程監(jiān)控系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)上位機位于地表監(jiān)控室內，負責顯示井下的各個傳輸數(shù)據(jù)，還可以發(fā)出相應指令。下位機監(jiān)控井下設備，負責井下水泵及閥門的自動化運行［2］。

3 S-210m 泵房自動化控制環(huán)節(jié)

水泵控制系統(tǒng)控制過程可概括為以下六個環(huán)節(jié)：自動引水環(huán)節(jié)、閘閥操作環(huán)節(jié)、水位自動監(jiān)測環(huán)節(jié)、參數(shù)傳輸環(huán)節(jié)、故障保護環(huán)節(jié)和電動機的自動控制環(huán)節(jié)［4～6］。

3.1 自動引水環(huán)節(jié)

因水泵安裝基礎高于吸水面，水泵腔體內部只有形成必要的真空度，才能將水吸入水泵腔體，使其內部葉輪完全淹沒于水中，達到啟泵時正常排水。因此，啟動前的引水是水泵工作的重要操作項目之一。本系引水方式采用射流為主，真空泵為輔的引水方式，射流采用原DN65 高壓射流裝置，射流水源為地面清水，真空泵為兩臺，互為備用。

3.2 閘閥操作環(huán)節(jié)

本系統(tǒng)各類排水閘閥及引水閥門改造后均為電動方式，泵房內各PLC 可編程控制箱可對各電動閥就地進行開關控制。電動閥門可采用手動/自動兩種方式控制，在自動狀態(tài)下，通過PLC 對閥門進行集中控制和監(jiān)視；在手動控制方式下，可在PLC 可編程控制箱上的按鈕對各閥門進行點動操作。當電動閘閥處于檢修狀態(tài)下，可通過閘閥手柄手動開、停閥門。

電動閥門正常開關順序為：PLC 可編程控制箱通過水倉液位信息，發(fā)出啟泵指令，系統(tǒng)內部自動檢測各電動閥門應為全關閉狀態(tài)，先啟動射流閥和射流真空引水閘閥，當真空度達到系統(tǒng)設定值后啟動排水泵，系統(tǒng)檢測水泵出水壓力達到開閥條件，自動開啟水泵出口電動閘閥，同時關閉射流引水閥門，系統(tǒng)實時監(jiān)測水泵能效參數(shù)，通過分管電動閘閥的開度控制達到主排水管與啟動水泵臺數(shù)的經濟流速匹配。當停泵時，系統(tǒng)自動先將水泵出口電動閘閥關閉，防止水錘效應。

3.3 水位自動監(jiān)測環(huán)節(jié)

水位自動監(jiān)控環(huán)節(jié)的任務是根據(jù)水位的高低自動準確發(fā)出開、停水泵命令。系統(tǒng)實時采集井下液位，并通過系統(tǒng)內部設定控制邏輯啟動相應水泵臺數(shù)，超警戒水位時，發(fā)出緊急報警指令，同時啟動排水系統(tǒng)內所投入的所有水泵（故障水泵、檢修水泵除外）。

3.4 參數(shù)傳輸環(huán)節(jié)

井下每臺PLC 可編程控制箱內9 寸模擬屏上可實時顯示水倉動態(tài)水位、水泵運行時流量、水泵壓力及電動機、電動球閥和電動閘閥的各種工作狀態(tài)。所有的檢測參數(shù)及工作狀態(tài)均可由系統(tǒng)通過以太網傳輸至地面監(jiān)控平面，監(jiān)控平面分析處理系統(tǒng)各項數(shù)據(jù)，并在顯示器反映出水泵運行曲線、報表，以利于地面管理人員做出正確判斷，向井下PLC可編程控制器發(fā)出控制命令。

3.5 故障保護環(huán)節(jié)

“預警信息”:“預警信息”僅通過報警對話框提示用戶預警信息，不會對系統(tǒng)進行任何操作。

“報警信息”:針對報警信息，系統(tǒng)提示用戶報警信息及報警內容。

“故障報警”:針對故障報警，系統(tǒng)提示用戶故障信息及內容。系統(tǒng)如有出現(xiàn)故障的水泵在運行中，系統(tǒng)將自動停止運行中的水泵，并報警提示用戶。

3.6 電動機的自動控制環(huán)節(jié)

該環(huán)節(jié)是排水設備綜合自動化控制系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，根據(jù)水位情況自動開停水泵。

為了防止因備用泵長期不用而使電機受潮或有其它故障而未被發(fā)現(xiàn)，當緊急情況需要投入而不能投入以至影響礦井安全，本環(huán)節(jié)按“輪換工作制”來控制，以達到有故障早發(fā)現(xiàn)、早處理，以免影響礦井安全的目的［3］。系統(tǒng)根據(jù)井下水泵臺數(shù)，設置1～2 臺備用水泵，當系統(tǒng)按一定順序輪換開啟水泵時，發(fā)現(xiàn)某臺水泵或其所屬配套閥門故障需檢修時，系統(tǒng)可將該泵組退出輪換，其余各泵仍按輪換工作制運行，避免設備檢修時出現(xiàn)誤操作。如系統(tǒng)內所投入水泵總體運行時間均達到檢修時限，則系統(tǒng)將其切除并投入備用水泵，達到排水安全性。

4 應用效果

（1）S-210m 泵房經過自動化改造后，6 臺水泵實現(xiàn)了全自動化運行，改變了傳統(tǒng)的人工操作水泵的方式，減輕了人員勞動強度，降低了人員成本，同時也提高了泵房的排水效率。

（2）S-210m 泵房自動化改造后實現(xiàn)了實時監(jiān)測6 臺水泵的流量、電流、水倉水位、真空壓力、排水壓力、軸承溫度、電機溫度、軸承振動等各項運行指標。實時數(shù)據(jù)分析水泵的運行狀況，確保水泵良好運行。

（3）自動化系統(tǒng)實現(xiàn)了電氣保護、流量壓力保護、超限保護等多項保護功能。當泵組電壓異常、運行電流偏低或有故障信號來臨時，系統(tǒng)會自動關閉排水閘閥，防止總管水倒流。當流量、排水壓力、真空壓力、電流達不到設定值時，系統(tǒng)會綜合考慮相關聯(lián)參數(shù)，給出相應判斷是否掉水，發(fā)出故障報警并停機，系統(tǒng)會自動轉換下一臺機組工作。當泵組異常停機，止回閥不復位，泵組進口壓力異常時，系統(tǒng)會發(fā)出故障報警。當電機定子、軸承溫度，水泵軸承振動、溫度信號異常超限時，系統(tǒng)會發(fā)出故障報警并停機，系統(tǒng)會自動轉換下一臺機組工作，當前泵組需故障確認排除后，才能再次進行自動啟停序列。

泵房自動化系統(tǒng)采用均勻磨損原則。系統(tǒng)自動記錄各臺泵組的累計運行時間，并進行排序，下次啟動時優(yōu)先啟動無故障、運行時間短的水泵投入使用，實現(xiàn)了水泵的均勻磨損，能最大程度上延泵組的使用壽命。

泵房自動化系統(tǒng)自動記錄水泵運行時間、流量等數(shù)據(jù)，并生成月報表，便于對S-210m 排水系統(tǒng)狀況進行周期性分析。

5 結束語

本文設計基于武山銅礦S-210m 泵房自動化系統(tǒng)控制的研究，通過實施改造，井下排水效率顯著提高，實現(xiàn)了井下無人值守。通過本文的研究能為礦山智能化發(fā)展起到推進作用。