矿井井下水泵远程启停改造分析

彭如斌(马钢（集团）控股有限公司桃冲矿业公司,安徽芜湖241233)

矿井井下水泵远程启停改造分析

彭如斌
(马钢（集团）控股有限公司桃冲矿业公司,安徽芜湖241233)

【摘要】介绍了矿井井下水泵远程控制问题分析和解决方法,从井下环境和对系统的要求入手,分析改造过程中对控制系统的组成进行了描述,并对控制系统功能和改造中的问题及解决方法进行了详述。

【关键词】水泵；启停；自动控制

Analysis and Modification of Remote Startup and Stop Function of Downhole Water Pumps in Mines

Peng Rubin
(Taochong Mining Company of Magang(Group) Holding Co., Ltd., Wuhu, Anhui 241233, China)

【Abstract】Analysis and solutions for remote control problems of downhole water pumps in mines are introduced. Configuration of the control system during modification was analyzed starting with the requirement of underground condition on the system. Problems of control system functions occurring during the modification and solutions are also presented in detail.

【Keywords】water pump; startup and stop; automatic control

1　引言

马钢（集团）桃冲矿业公司是一个有着百年开采的井下铁矿山，其中井下-107 m水泵房，距离地表200 m，有1个水仓，水泵排水是有底阀式排水，有4台125D45水泵排水。配套电机为Y200L2-2，功率37 kW，电压380 V，扬程：86 m，流量：101 m3/h；井下-107 m涌水通过4台离心泵集中排至-60 m水仓，-57 m水仓里的水通过3台高压泵（360 kW）将水排到90 m水仓，经沉淀处理后，部分用于井下采矿生产用水，多余部分排至选矿生产大塘（此水是作为循环水使用），目前-107 m水泵的启动方式为现场手动按钮控制，我矿打算将-107 m水泵房决定进行自动化改造，实现水泵自动化远程控制。

2　改造想法

要求对该泵站水泵及其附属的设备等装置实施PLC自动控制及运行参数自动检测，动态显示，并将数据传送到“六大系统”监控室，进行实时监测及报警显示。系统通过检测水仓水位和其它参数，控制水泵轮流工作与适时启动备用泵，合理调度水泵运行，系统通过上位机以图形、图像、数据、文字等方式，直观、形象、实时地反映系统工作状态以及水仓水位、通过通讯模块与监控主机实现数据交换。要求系统必须具有运行可靠、操作方便、自动化程度高、能够远程自动化控制的目的，并能节省水泵的运行费用。

3　改造目标及要求

3.1要求-107 m水泵实现自动化远程控制，能在地表“六大系统”控制室远程启停水泵，地表控制站与-107 m井下水泵房控制站之间利用现有的“六大系统”网络进行通信，

3.2水泵启停和运行信号用控制电缆送到-57 m水泵房，控制电缆长350 m。在-57 m泵房内部制作安装一个信号箱，信号箱要求有启、停声光报警和运行指示功能。

3.3采用真空引水箱保持泵体内始终充满水，泵启动时无需再灌引水或抽真空。

3.4有底阀式排水改为无底阀式排水。

3.5制作水位标尺，安装于水仓中，并安装网络摄像机和投光灯，将标尺水位画面传送到“六大系统”监控室。

4　水泵自动控制的系统组成

本系统由现场数据传感器检测子系统、前端数据采集子系统、机房数据监视与设备控制子系统、远程数据传输子系统组成。

4.1现场数据传感器检测子系统

电量传感器（监测电压、电流等数据）、阀门开闭传感器和水仓液位传感器（实时采集水仓液位高度）等组成，所有变送器均经过防水处理，确保使用寿命长、数据采集变换精度高、信号输出稳定。

4.2前端数据采集子系统

负责将现场各种传感器检测的参数数据传送到上位工控机和PLC模块，PLC与监控间采用以太网通讯。

4.3机房数据与设备控制子系统

主要由PLC、电动阀门、现场控制箱等组成。负责采集现场的检测数据，进行本地显示、超限报警、分析处理等操作；同时将机房或地表监控室发来的控制命令下达到现场执行设备，进行设备控制操作。泵房设有独立PLC控制柜，分别通过网线和光纤与泵房值班室和地表监控交换信息。每台水泵都要有一台现场控制柜或箱，具有就地/远程转换功能，有一套手动连锁控制回路，保障紧急情况使用。

4.4远程数据传输子系统

负责将机房数据与设备控制子系统采集的数据通过光缆上传到监控室，以便远程监控。

5　系统功能

5.1为了防止因备用泵及其电气设备或备用管路长期不用而使电机和电气设备受潮或其他故障未经及时发现，当工作泵出现紧急故障需投入备用泵时，而不能及时投入以至影响矿井安全，系统程序必须设计启动水泵为自动轮换工作控制，控制程序将水泵启停次数及运行时间及流量等参数自动记录并累计，系统根据这些运行参数按一定顺序自动启停水泵，当某台泵或所属阀门故障、系统自动发出声光报警，并在上位机上动态闪烁显示，记录事故，同时将故障泵自动退出轮换工作，其余各泵继续按一定顺序自动轮换工作，延长水泵的使用寿命。

5.2系统根据电网负荷和供电部门所规定的平段、谷段、峰段供电电价时间段，以“避峰填谷”原则确定开、停水泵时间，从而合理地利用电网信息，节约水泵运行费用。

5.3PLC自动检测水位信号，计算单位时间内不同水位段水位的上升速率，从而判断矿井的涌水量，自动投入和退出水泵运行台数，合理地调度水泵运行。

5.4系统通过图形动态显示水泵、电动阀和电机的运行状态，采用改变图形颜色和闪烁功能进行事故报警。直观地显示电动阀的开闭位置，实时显示水泵流量情况和压力值。

用图形填充以及趋势图、棒状图和数字形式准确实时地显示水仓水位，并在启停水泵的水位段发出预告信号和低段、超低段、高段、超高段水位分段报警，用不同音响形式中控室人员注意。在上位机上动态监控水泵及其附属设备的运行状况，实时显示水位、流量、压力、温度、电流、电压等参数，超限报警，故障画面自动弹出，故障点自动闪烁。要有故障记录，历史数据查询等功能。水泵房动态模拟动态显示。

5.5系统通讯接口功能，PLC可同时与上位机及监测监控主机通讯，传送数据，交换信息，实现遥测、遥控、遥信功能PLC通过通讯接口和通讯协议，与上位机进行全双工通讯，将水泵机组的工作状态与运行参数传至上位机，完成各数据的动态显示；同时，操作人员也可利用上位机将操作指令传至PLC，控制水泵运行。PLC同时将水泵机组的运行状态与参数传至地面监控室，管理人员在地面即可掌握井下主排水系统设备的所有检测数据及工作状态，又可根据自动化控制信息，实现井下主排水系统的遥测、遥控、遥信，并为公司领导提供生产决策信息。上位机与监测监控主机均可动态显示主排水系统运行的模拟图、运行参数图表，记录系统运行和故障数据，并显示故障点以提醒操作人员注意。

6　系统保护功能

6.1超温保护

水泵长期运行，当轴承温度或定子温度超出允许值时，通过温度保护装置及PLC实现超限报警

6.2流量保护

当水泵启动后或正常运行时，如流量达不到正常值，通过流量保护装置使本台水泵停车，自动转换为启动另一台水泵。

6.3电动阀门故障

监视闸阀限位检测，并参与水泵的联锁控制。

6.4压力故障

主管路和泵出口压力检测。

6.5振动保护

对设备振动进行检测。

7　改造过程中的遇到问题及解决

7.1水泵启动过程中灌引水的解决

井下水泵都为有底阀排水，起动前必须向泵内灌注引水，在启动过程中，通过人工灌引注水办法，使水泵处于真空状态，然后才能启动水泵，可是实行自动化远程控制中，没有人工来灌引注水，怎样使水泵起来，我们首先考虑采用射流水泵的办法抽真空，可是我们是井下矿山，井下排的是污水，含油、碱等各种废弃物等，水泵盘根等损坏严重，水泵密封不好，密封螺丝上锈腐蚀严重漏水、滴水。如果采用射流泵的方案，则对水泵的密封要求很严格，根据现场条件，我们没办法做到水泵严格密封性能，我们井下共4台排水泵，每台都需要射流泵抽真空，现场没有位置安装，且投资维护量都很大，我们经过考察计算，可以制作一个不锈钢真空引水箱保持泵体内始终充满水，泵启动时无需再灌引水或抽真空；真空引水箱上配置小型潜水泵、电磁阀和水位计，用来为水箱补水。水泵启动前，首先检测水箱内是否缺水。当真空引水箱缺水时，先为水箱补充水，然后才能启动水泵，顺利解决水泵启动之前的抽真空问题。

7.2真空引水箱补满水的检测

因为我矿井下排水都是污水，含油、碱具有腐蚀性，无法保证排水泵密封性能，有跑、冒、滴、漏现象，因此真空引水箱里面的水会损失，根据国家对井下矿山安全的管理规定，井下水泵排水都是有很大富余量，正常情况下水泵每天只要开5 h就满足排水生产要求，所以每次启动排水泵都要为真空引水箱补水，但是怎样检测真空引水箱补满水，就成了摆在我们面前一道难题，开始我们想到用水浮开关，水满接点断开，可是井下太潮湿又腐蚀，接点经常锈蚀损坏，没办法我们购买一体的水流开关检测水流，但是水流开关必须要水流动速度很大，水流开关才动作，那么真空引水箱补水泵要开很长时间，有时我们看到补满，但是水流开关就是不动作，还要补水泵还要开一段时间才动作，且水流开关经常损坏，可能水流开关对干净自来水效果好寿命长，最后在真空引水箱上面装一个引水管对着井下水仓，装一个高清摄像头，摄像画面通过“六大系统”光纤接到中控室，只要引水管一出水，表示水箱补满水，真空引水箱补满水的检测问题得到解决。

7.3井下水仓水位的检测

井下水仓水位的检测很重要，采用水位计检测，结果发现效果不好，不准，还经常损坏，因为井下是污水，还有漂浮物，接触式水位计都不好，改为雷达水位计雷达反射，非接触式的，但是和实际显示有误差，不准，要定期校准，校准工作量人要下到水仓中校准，工作量大，于是改为制作水位标尺，安装于水仓中，并安装网络摄像机和投光灯，将标尺水位画面传送到“六大系统”监控室。20天左右在中控室画面上对着水位标尺，看看雷达水位仪误差情况，在监控软件中将水位计算系数修改一下即可，很简单，此问题顺利解决。

8　结束语

我矿对井下水泵的远程启停已经实现，但是和井下水泵无人职守自动化控制还是有一段距离，如何延长各种检测元器件在井下潮湿、腐蚀气体环境寿命是下一步考虑问题。矿井下还有很多设备的运程控制可以利用“六大系统”网络光纤进行自动化控制，达到节约人员成本目的，现在国家对井下矿山安全要求的加强，井下矿山必须建立“六大系统”，在考虑建设“六大系统”同时可以同步考虑利用“六大系统”网络光纤对井下水泵、风机远程控制，达到节约人员成本的目标。

作者简介：彭如斌(1976-),男,2010年毕业于安徽工程大学电气工程及其自动化专业,工程师,现从事电气技术管理工作。

收稿日期:2014- 12- 11

【中图分类号】TH3

【文献标识码】B

【文章编号】1006-6764（2015）04-0061-03