基于瓦斯泵房無(wú)人值守自動(dòng)化控制系統(tǒng)

王春杰 梁坤 古桂亭

【摘? 要】隨著煤炭企業(yè)自動(dòng)化、智能化技術(shù)的不斷提高，無(wú)人值守的智能化自動(dòng)控制系統(tǒng)已逐漸成為煤礦中一種重要的工作模式。針對(duì)高瓦斯礦井下瓦斯抽放泵房的無(wú)人值守自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)，已成為礦井瓦斯治理智能化建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。論文的瓦斯抽放泵房無(wú)人值守自動(dòng)化控制系統(tǒng)已經(jīng)在河南省平頂山天安煤業(yè)股份有限公司一礦三水平戊一下延瓦斯泵房實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守的自動(dòng)化控制，并取得了良好的效果。

【Abstract】With the continuous improvement of automation and intelligent technology in coal enterprises， unattended intelligent automatic control system has gradually become an important working mode in coal mine. Aiming at the construction of unattended automatic system of gas drainage pump room in high-gas mine， it has become an important link of intelligent construction of gas control in mine. The automatic control system of unattended gas drainage pump room in the paper has been realized in the unattended gas drainage pump room of No. 1 mine in Pingdingshan Tianan Coal Mining Company Limited， Henan Province， and has achieved good results.

【關(guān)鍵詞】瓦斯抽放泵;智能化;自動(dòng)控制;無(wú)人值守

【Keywords】gas drainage pump; intellectualization; automatic control; unattended

【中圖分類號(hào)】TD442;TP273? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2020）07-0184-02

1 引言

根據(jù)安全規(guī)程規(guī)定，煤礦瓦斯抽放系統(tǒng)必須做到抽放泵站環(huán)境瓦斯監(jiān)測(cè)、抽放流量監(jiān)測(cè)、抽放瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)、溫度監(jiān)測(cè)、管道壓力監(jiān)測(cè)，同時(shí)也突出說明了建設(shè)煤礦瓦斯抽放監(jiān)控系統(tǒng)的重要性和必要性。根據(jù)煤礦安全規(guī)程高瓦斯礦井必須配備瓦斯抽放系統(tǒng)的要求，很多高瓦斯礦井都建立了井下瓦斯抽放泵房，但是大多瓦斯抽放泵房還是停留在傳統(tǒng)生產(chǎn)的手動(dòng)控制方式中。隨著煤礦自動(dòng)化、智能化技術(shù)的逐步成熟，瓦斯抽放泵綜合自動(dòng)化無(wú)人值守控制已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。隨著無(wú)人值守自動(dòng)化控制系統(tǒng)的投入，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)減員增效，提高了設(shè)備的有效開機(jī)率。此系統(tǒng)可以記錄各種操作事件、系統(tǒng)參數(shù)、工作日志等，對(duì)系統(tǒng)故障做到可預(yù)警、可處理、可溯源，同時(shí)，配備了視頻監(jiān)控設(shè)備，在實(shí)行無(wú)人值守自動(dòng)化控制的同時(shí)，還能通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)情況，為事故分析提供依據(jù)。

2 自動(dòng)化控制瓦斯抽放泵的概述

瓦斯抽放泵房安裝2臺(tái)2BEC50型315kW水環(huán)真空瓦斯抽采泵，主管路采用？準(zhǔn)300mm瓦斯抽采管，標(biāo)稱吸氣量260m3/min，采用重力自然供水。瓦斯抽放泵房自動(dòng)化控制系統(tǒng)通過西門子PLC S7-300模塊實(shí)現(xiàn)，然后通過Profibus-DP通訊方式和數(shù)據(jù)采集分站BHD之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)瓦斯泵的自動(dòng)化控制和數(shù)據(jù)采集。另外，利用礦井工業(yè)環(huán)網(wǎng)，通過TCP/IP協(xié)議，使PLC和上位控制主機(jī)進(jìn)行通訊，對(duì)系統(tǒng)的各種參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，一方面把數(shù)據(jù)傳至泵房操作臺(tái)觸摸屏上顯示，另一方面通過接口上傳所有信息至地面監(jiān)控中心操作員站，同時(shí)將操作記錄、報(bào)警記錄、開停記錄等儲(chǔ)存至數(shù)據(jù)庫(kù)。

3 自動(dòng)控制瓦斯抽放泵房系統(tǒng)

3.1 控制功能

瓦斯抽放泵控制功能可分為地面遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制、井下現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)自動(dòng)化控制和井下現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制三種方式。

地面遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制：通過PLC采集瓦斯抽放泵內(nèi)部的運(yùn)行狀態(tài)及環(huán)境參數(shù)，通過上位機(jī)IFIX組態(tài)軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)瓦斯泵組的控制和數(shù)據(jù)采集，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)電動(dòng)球閥、電動(dòng)蝶閥、瓦斯抽放泵等單個(gè)設(shè)備的遠(yuǎn)程手動(dòng)控制，還能按照工作流程實(shí)現(xiàn)整個(gè)瓦斯抽放系統(tǒng)的自動(dòng)化一鍵啟/停，更能根據(jù)上位機(jī)設(shè)定實(shí)現(xiàn)瓦斯抽放泵的智能化無(wú)人值守工作模式。

井下現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)自動(dòng)化控制：當(dāng)環(huán)網(wǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)等出現(xiàn)故障時(shí)，可在井下現(xiàn)場(chǎng)利用操作臺(tái)的手動(dòng)操作按鈕實(shí)現(xiàn)瓦斯抽放系統(tǒng)就地啟/停，以確保正常生產(chǎn)，達(dá)到工藝要求?，F(xiàn)場(chǎng)采用觸摸屏作為人機(jī)界面，可以隨時(shí)直觀地了解設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，提高機(jī)器的現(xiàn)代化程度和自動(dòng)化程度，方便操作。

井下現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制：當(dāng)程序出現(xiàn)故障或操作臺(tái)不受控制時(shí)，在PLC控制器上能夠直接控制瓦斯抽放泵，蝶閥電動(dòng)控制箱上可直接控制蝶閥，避免瓦斯抽放系統(tǒng)停機(jī)事故的發(fā)生。

3.2 井下操作臺(tái)控制流程

為便于井下現(xiàn)場(chǎng)檢修維護(hù)，在現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)上設(shè)置了就地檢修工作模式。以1#泵為例：

就地檢修模式開1#泵：首先把“操作方式”轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)至“就地”模式，把“控制模式”轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)至“檢修”模式，選擇1#泵，然后把“管路閥開關(guān)”（進(jìn)氣蝶閥）檔旋至“開”的方向，蝶閥開到位后會(huì)自動(dòng)停止，把“泵蝶閥開關(guān)”（出氣蝶閥）檔旋至“開”的方向，蝶閥開到位后會(huì)自動(dòng)停止，這時(shí)，按下“啟動(dòng)”按鈕，瓦斯泵啟動(dòng)，最后把“球閥開關(guān)”檔旋至“開”的方向，球閥開至30%后自動(dòng)停止，完成瓦斯抽放泵啟動(dòng)操作。

就地檢修模式停1#泵：按照開泵順序反向操作，首先按下“停止”按鈕，瓦斯泵停止運(yùn)行，并把“球閥開關(guān)”檔旋至“關(guān)”的方向，直至球閥關(guān)到位，然后把“管路閥開關(guān)”（進(jìn)氣蝶閥）檔旋至“關(guān)”的方向，蝶閥關(guān)到位后會(huì)自動(dòng)停止，把“泵蝶閥開關(guān)”（出氣蝶閥）檔旋至“關(guān)”的方向，蝶閥關(guān)到位后會(huì)自動(dòng)停止，完成瓦斯抽放泵停止操作。

3.3 上位機(jī)監(jiān)控功能

瓦斯抽放泵自動(dòng)化控制系統(tǒng)通過IFIX組態(tài)軟件對(duì)整個(gè)瓦斯泵設(shè)備及環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行畫面監(jiān)控、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)報(bào)警、自動(dòng)切換瓦斯泵，其瓦斯泵集控監(jiān)測(cè)主界面如圖1所示。

3.3.1? 畫面監(jiān)控

系統(tǒng)作為整個(gè)瓦斯抽放泵房監(jiān)控及數(shù)據(jù)處理中心，負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理及狀態(tài)顯示和啟停控制，實(shí)現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程聯(lián)控操作功能?？赏ㄟ^計(jì)算機(jī)畫面顯示系統(tǒng)工藝流程圖，各按鈕及畫面通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊對(duì)象進(jìn)行切換、控制。

3.3.2? 數(shù)據(jù)顯示

監(jiān)控畫面中實(shí)時(shí)顯示瓦斯抽放系統(tǒng)壓力、溫度、流量、電流、管道瓦斯?jié)舛?、環(huán)境瓦斯?jié)舛取⒁谎趸紳舛?、設(shè)備運(yùn)行時(shí)間等工藝參數(shù)數(shù)據(jù)，同時(shí)以顏色、文字提示來(lái)顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，保證操作員從上位機(jī)清晰了解整個(gè)瓦斯抽放泵站的現(xiàn)場(chǎng)工作狀況。

3.3.3? 數(shù)據(jù)報(bào)警

當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)有報(bào)警發(fā)生時(shí)，畫面上該相應(yīng)設(shè)備將以閃爍及顏色變化顯示報(bào)警狀態(tài)，并且自動(dòng)彈出視頻。報(bào)警瀏覽畫面中顯示當(dāng)前報(bào)警信息，說明報(bào)警設(shè)備、報(bào)警類型、報(bào)警時(shí)間等，并做報(bào)警歷史記錄。

系統(tǒng)具有自診斷和故障保護(hù)控制功能，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到瓦斯抽放系統(tǒng)發(fā)生異常狀態(tài)時(shí)，可根據(jù)故障狀態(tài)的差異，對(duì)被控設(shè)備發(fā)出控制指令，同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并可以從觸摸屏和上位機(jī)上查詢故障發(fā)生原因。

3.3.4? 自動(dòng)切換瓦斯泵

瓦斯泵在運(yùn)行的過程中難免會(huì)出現(xiàn)故障，在經(jīng)過上位機(jī)的設(shè)置后，即使運(yùn)行中的瓦斯泵在運(yùn)行中出現(xiàn)故障，此時(shí)會(huì)自動(dòng)把預(yù)先設(shè)置的瓦斯泵自動(dòng)啟動(dòng)，啟動(dòng)的同時(shí)會(huì)對(duì)相應(yīng)的故障進(jìn)行報(bào)警，安全抽采的同時(shí)及時(shí)預(yù)警，為工作人員高效完成故障處理爭(zhēng)取時(shí)間。

4 結(jié)論

此系統(tǒng)已經(jīng)在平頂山天安煤業(yè)股份有限公司一礦三水平戊一瓦斯抽放泵房成功運(yùn)用。瓦斯抽放泵房的自動(dòng)化控制可有效降低瓦斯泵系統(tǒng)故障率，并加快故障處理速度，記錄故障發(fā)生過程分析原因，減少同樣故障重復(fù)發(fā)生幾率，為企業(yè)的安全可靠生產(chǎn)模式保駕護(hù)航。

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