礦井主泵房自動化運(yùn)行無人值守改造實(shí)踐

目前國內(nèi)很多地下礦山水泵房的自動化水平還不是很高，普遍采用傳統(tǒng)的人工操作排水系統(tǒng)。水泵工勞動強(qiáng)度大，通常監(jiān)管也難以到位，而且不能根據(jù)水位或其他參數(shù)自動啟停泵，人工操作系統(tǒng)應(yīng)急能力也較差，存在許多潛在的安全隱患。

目前一些具有先進(jìn)管理經(jīng)驗(yàn)的酒店充分利用日益完善的移動通信技術(shù)，在原有的酒店信息管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，使得系統(tǒng)將在現(xiàn)有的服務(wù)系統(tǒng)上進(jìn)行更為高效、完整的無線應(yīng)用服務(wù)。信息化的嶄新管理理念與服務(wù)手段，優(yōu)化了業(yè)務(wù)流程，為客戶提供更好的服務(wù)，并最終提高了其本身在行業(yè)中的競爭優(yōu)勢［3］。

隨著工業(yè)自動化技術(shù)和信息化技術(shù)的發(fā)展，“機(jī)械化減人、自動化換人”已成為礦山機(jī)電發(fā)展的重要方向之一。推行無人值守的自動化運(yùn)行泵房，不僅能夠?qū)⑺霉木赂邷亍⒏邼?、高噪聲的工作環(huán)境中解放出來，而且也是礦山企業(yè)減少井下從業(yè)人員數(shù)量、改善安全生產(chǎn)條件、節(jié)約人工成本和排水用電成本的主要途徑之一。

1 改造前排水系統(tǒng)簡介

觀山礦井下-145m主泵房共安裝有5臺DF155-30×6型多級耐腐蝕泵。排水系統(tǒng)配置及運(yùn)行如下表：

在井下正常涌水時，水泵2臺工作，2臺備用，1臺檢修。最大涌水時，水泵4臺工作。

作為復(fù)雜化工過程系統(tǒng)集成與優(yōu)化方向研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人，錢鋒帶領(lǐng)他的研發(fā)團(tuán)隊(duì)緊扣我國石化工業(yè)的“龍頭”——乙烯裂解生產(chǎn)過程，由華理信息學(xué)院院長杜文莉牽頭，確立了乙烯裝置高附加值產(chǎn)品最大化優(yōu)化控制技術(shù)課題，研發(fā)成功裝置運(yùn)行過程實(shí)時優(yōu)化控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了原料組成、裂解爐運(yùn)行特性變化等不確定性條件下的裝置效益最大化，相關(guān)成果在揚(yáng)子石化、上海石化、鎮(zhèn)海煉化等我國6套百萬噸級大型乙烯裝置的76臺裂解爐上成功應(yīng)用，獲得2016年度教育部科技進(jìn)步一等獎。

2 改造實(shí)施概況

（1）自動引水環(huán)節(jié)是高位安裝水泵啟動前的必備環(huán)節(jié)。目的是使水泵的內(nèi)腔形成必要的真空度。本礦采用的引水方式是負(fù)壓罐注水引流。負(fù)壓罐注水采用主排水管水源和不銹鋼潛水泵（380V,2.2KW），互為備用。通過控制電動注水球閥的開關(guān)（或潛水泵的開停）來實(shí)現(xiàn)注水，完成負(fù)壓罐注水引流。

3 改造建設(shè)方案

3.1 系統(tǒng)組成

井下主泵房自動化運(yùn)行控制系統(tǒng)由地面集控中心和泵房集中控制系統(tǒng)兩部分組成。地面集控中心增設(shè)兩臺工業(yè)電腦，一用一備，采用雙機(jī)熱備（冗余）控制，確保系統(tǒng)可靠運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)上位機(jī)動態(tài)畫面監(jiān)測。泵房集中控制系統(tǒng)增設(shè)：PLC集中控制柜、電動閘閥、電動球閥及液位傳感器、電流互感器和壓力變送器、電磁流量計、真空傳感器、溫度傳感器等一系列監(jiān)控報警設(shè)備。實(shí)現(xiàn)水泵運(yùn)行參數(shù)的采集和對外發(fā)布。

系統(tǒng)組成構(gòu)架如下圖：

上述控制流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(hù)環(huán)節(jié)和電動機(jī)的自動控制環(huán)節(jié)。

6.語感與語言能力相統(tǒng)一。語感與語文能力渾然一體。語感與語文能力往往是同步形成并同步發(fā)揮作用的，甚至難以對二者做出明顯的區(qū)分，因而在學(xué)生語言水平的提高過程中，從知識到能力必定是一步完成的。

（3）系統(tǒng)實(shí)時在線檢測水倉水位，由于整個排水系統(tǒng)的運(yùn)行控制是通過液位計監(jiān)測的水倉水位作為主要依據(jù)，系統(tǒng)配置了兩臺超聲波液位計（雙備份），以保證控制系統(tǒng)可靠運(yùn)行。為了在保證礦井排水安全的前提下，最大限度地降低排水用電成本。在充分利用水倉庫容的情況下，水泵自動運(yùn)行實(shí)現(xiàn)水位控制優(yōu)先，兼顧峰、谷、平排水用電的原則。在水位允許的情況下，實(shí)現(xiàn)排水用電“避峰填谷”。即做到避用峰電（8:00～12:00，17:00～21:00），少用平電（12:00～17:00，21:00～24:00），用足谷電（0:00～8:00）。當(dāng)水位達(dá)到上限時能夠報警，自動開啟水泵；當(dāng)水位達(dá)到下限時，發(fā)出聲光信號，自動停泵。

數(shù)據(jù)采集單元（壓力、真空、流量、溫度和液位等傳感器儀表）。

（2）主要采集的信號有：各主水泵的開停信號；各電動閘閥、電動球閥工作狀態(tài)與開關(guān)限位；排水管路的流量，水泵的真空度、排水壓力，水倉的水位信號，電機(jī)溫度及電機(jī)軸承溫度信號，水泵電機(jī)的工作電流等。

集中控制單元（就地PLC控制柜）。

鉀是肥力三要素之一，不僅是植物生長發(fā)育所必需的營養(yǎng)元素，而且在生物物理和生物化學(xué)方面有重要作用，對植物體內(nèi)同化產(chǎn)物的運(yùn)輸和能量轉(zhuǎn)變，也有促進(jìn)作用[13]。

水泵控制系統(tǒng)自動控制流程為：水位最高時→報警提示→抽真空→關(guān)閉抽真空閥→啟動水泵平穩(wěn)后→開動電動閘閥→水位降至最低位→報警→關(guān)閉電動閘閥→關(guān)泵。（完成一個排水工作循環(huán)）

水泵自動化無人值守系統(tǒng)控制選用了SIEMENS(西門子)的S7-1200型PLC為控制主機(jī)，采用STEP 7設(shè)計核心源程序的梯形圖，使用wincc制作上位機(jī)的人機(jī)操作界面，整個系統(tǒng)的軟件結(jié)合良好，操作簡單。

3.2 系統(tǒng)的主要功能及特點(diǎn)

（1）系統(tǒng)將PLC控制系統(tǒng)、計算機(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，遠(yuǎn)程監(jiān)測為輔”的控制模式，保證系統(tǒng)技術(shù)方面的先進(jìn)性。系統(tǒng)控制具有自動、半自動和手動檢修3種操作模式。自動時，PLC檢測水位、電壓及有關(guān)信號，按照設(shè)定的用電時段，自動完成各泵組運(yùn)行；半自動時，由地面集控室工作人員選擇某臺或幾臺泵組投入，PLC自動完成已選泵組的啟停和監(jiān)控工作；手動檢修模式為現(xiàn)場故障檢修和手動試車時使用。系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程/就地操控閉鎖功能，以防意外操作。控制系統(tǒng)示意圖如圖2。

命令執(zhí)行單元（水泵電機(jī)管路電動閥門）。

?陳林譯注:《佛教十三經(jīng):無量壽經(jīng)》，中華書局2010年版，第154頁。參閱康僧鎧譯《無量壽經(jīng)·卷下》。

教師要用寬容的態(tài)度去看待學(xué)生的缺點(diǎn)和錯誤，增強(qiáng)學(xué)生的自信心。要鼓勵學(xué)生發(fā)揚(yáng)自己的優(yōu)點(diǎn)和長處，讓他們將自己的個性和潛能發(fā)揮到極致，獲得成功的快樂。但教師也不能無原則地一味賞識學(xué)生，要把握好賞識的度。教師不僅要賞識他們的個性，賞識他們的優(yōu)點(diǎn)，賞識他們的進(jìn)步，更要指出他們的不足與缺點(diǎn)，一步步引導(dǎo)他們改正缺點(diǎn)和錯誤，激勵他們揚(yáng)長避短、不斷進(jìn)步。

（4）系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，PLC與操作屏及地面監(jiān)測監(jiān)控主機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)水泵三遙功能（遙測、遙控、遙調(diào)功能）。每臺水泵可實(shí)現(xiàn)就地和遠(yuǎn)程操控，還可通過手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)相關(guān)人員（管理人員、維保人員）手機(jī)實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀況，發(fā)現(xiàn)問題能及時掌握和處理。系統(tǒng)以其完善可靠的監(jiān)控及保護(hù)功能，杜絕了設(shè)備長時帶病運(yùn)行，有效地避免以前常發(fā)設(shè)備事故的發(fā)生，減少了事故損失。

（5）系統(tǒng)根據(jù)水泵的開啟次數(shù)自動按設(shè)定順序輪換開啟水泵，自動實(shí)現(xiàn)水泵的輪換循環(huán)工作，大大延長了水泵的使用壽命，增加了備用水泵的可靠性。

（6）在集控室操作屏上動態(tài)監(jiān)控水泵及其附件、儀表元件的運(yùn)行狀況，實(shí)時顯示水位、流量、壓力、溫度、電流、電壓等參數(shù)，超限報警，故障點(diǎn)自動閃爍，具有故障記錄，支持歷史數(shù)據(jù)、歷史趨勢查詢等功能。通過調(diào)閱，可判斷、掌握每臺水泵的運(yùn)行工況和完好情況。

3.3 系統(tǒng)控制的主要工作環(huán)節(jié)

數(shù)據(jù)顯示單元（手機(jī)微信小程序、手機(jī)短信報警、手機(jī)端WEB瀏覽、電腦端WEB瀏覽）。

基本控制單元（水泵啟動控制柜）。

觀山礦井下主泵房自動化運(yùn)行無人值守改造，是根據(jù)主泵房的實(shí)際情況，在原有的泵房設(shè)施基礎(chǔ)上進(jìn)行自動化改造，通過增設(shè)各種先進(jìn)可靠的傳感器、保護(hù)裝置、電動執(zhí)行器等，監(jiān)測井下排水系統(tǒng)中各個設(shè)備、儀表、元件的工作狀態(tài)，根據(jù)水倉水位（水位控制優(yōu)先，兼顧峰、谷、平用電時段）自動開啟、停止水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，對運(yùn)行中的各種狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，同時通過接口將數(shù)據(jù)上傳至地面集控室服務(wù)器。實(shí)現(xiàn)井下泵房排水系統(tǒng)的自動控制。緊急情況下可遠(yuǎn)程操作整個泵房設(shè)備，應(yīng)對井下排水突發(fā)情況，真正實(shí)現(xiàn)泵房無人值守。

（2）閘閥操作環(huán)節(jié)就是通過控制水泵出口的電動閘閥的開關(guān)，實(shí)現(xiàn)水泵關(guān)閥啟動，以減少啟動功率和啟動電流；停泵時關(guān)閥，以避免“水錘”現(xiàn)象。電動閘閥的開關(guān)控制有遠(yuǎn)程自動、現(xiàn)場自動和現(xiàn)場手動三種操控方式。

（3）水位自動監(jiān)控環(huán)節(jié)的任務(wù)是根據(jù)水位的高低，由PLC自動準(zhǔn)確發(fā)出開、停水泵命令。系統(tǒng)采用超聲波液位傳感器將水倉水位設(shè)定的1至4模擬信號送入PLC。水位1——最低，停泵；水位2——高位1，視用電計費(fèi)分時時段，水泵可開可不開；水位3——高位2，啟動2臺泵；水位4——極限高位，不受用電分時時段控制，啟動4臺泵，實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)排功能”。

（4）參數(shù)傳輸環(huán)節(jié)就是泵房現(xiàn)場所有檢測參數(shù)及工作狀態(tài)均可由井下PLC通過以太網(wǎng)傳到地面集控室計算機(jī)，做分析處理、模擬顯示等；地面集控室管理人員實(shí)時掌控排水系統(tǒng)運(yùn)行狀況，也可向井下PLC發(fā)出控制命令。

品管圈在提高我院PIVAS排藥速度中的應(yīng)用實(shí)踐…………………………………………………… 宋曉青等（1）： 17

（4）擬定、改進(jìn)、評估待辦事項(xiàng)清單，并確定優(yōu)先順序。這個清單須高屋建瓴地列出為了達(dá)成團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人的愿景而需要完成的所有事項(xiàng)。在產(chǎn)品的整個研發(fā)過程中，這個清單是一直存在的，并有所演變，相當(dāng)于產(chǎn)品研發(fā)的“路線圖”。無論在任何時間，要想知道一個團(tuán)隊(duì)要做的所有事項(xiàng)（按照優(yōu)先順序排列），待辦事項(xiàng)清單都是唯一具有決定性的參考依據(jù)。待辦事項(xiàng)清單有且只有一份，這就意味著團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人從頭到尾必須不斷地對優(yōu)先順序加以調(diào)整。團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人應(yīng)該與所有利益相關(guān)者和團(tuán)隊(duì)進(jìn)行協(xié)商，以確保產(chǎn)品待辦事項(xiàng)清單既能反映用戶的需求，又不會超出團(tuán)隊(duì)的最大能力范圍。

（5）礦山井下排水作為一級負(fù)荷，排水系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行是第一要求。自動化系統(tǒng)具備三種故障保護(hù)形式：預(yù)警信息、報警信息、故障報警，分別對應(yīng)的功能是提示預(yù)警信息、報警并提示信息、報警并采取措施。如流量保護(hù)（故障報警）：水泵在啟動或正常運(yùn)行中，如流量達(dá)不到正常值——與設(shè)定的偏差較大，通過保護(hù)可使本臺泵停車，自動切換備用水泵投入運(yùn)轉(zhuǎn)。

（6）電動機(jī)的自動控制環(huán)節(jié)是排水設(shè)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（兼顧峰、谷、平用電時段）自動開停水泵。為了確保備用泵可靠備用，系統(tǒng)根據(jù)水泵的開啟次數(shù)，自動按設(shè)定的順序輪換開啟；某臺泵故障或檢修時，其他泵仍能輪換。以確保排水系統(tǒng)安全運(yùn)行。

4 結(jié)語

觀山礦井下主泵房系統(tǒng)無人值守改造建設(shè)方案完成后，效果十分明顯，實(shí)現(xiàn)了水泵工的從泵房現(xiàn)場撤出，系統(tǒng)自動化無人值守運(yùn)行。大大降低勞動強(qiáng)度、提高勞動效率、節(jié)約能耗、降低事故發(fā)生率。為企業(yè)減員增效提供了條件，通過設(shè)備的運(yùn)行狀況實(shí)時監(jiān)控和調(diào)節(jié)，合理優(yōu)化調(diào)度設(shè)備在線運(yùn)行時段，實(shí)現(xiàn)了安全、節(jié)能、增效，最大程度助力企業(yè)實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]吳建宏．中央泵房自動化無人值守改造的研究[J]．能源與環(huán)境,2014(04)：39-40．

[2]袁海軍．中央水泵房無人值守及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)改造[J]．技術(shù)與市場,2014,21(05)：132-133．