鹤煤九矿-420中央泵房自动化控制技术改造

2015-09-16梁修权鹤壁煤电股份有限公司机电管理部河南鹤壁458030

科技传播 2015年12期

关键词：自动化控制监测

梁修权鹤壁煤电股份有限公司机电管理部，河南鹤壁　　458030

梁修权
鹤壁煤电股份有限公司机电管理部，河南鹤壁458030

摘要实现泵房水泵自动化控制，是现代化矿井管理的要求。通过工业计算机对设备的运行状态、运行过程进行远程监测和控制，从而达到有效节约能源、降低劳动强度、降低运行成本等目的。

关键词自动化；控制；监测；工业以太网

1　项目概况

鹤煤九矿-420中央泵房的控制方式为传统的人工手动操作，不仅操作过程繁琐、劳动强度大、人为因素多，而且启动时间长、自动化程度低，已不能满足现代化矿井管理的要求。煤矿井下排水自动化控制系统是根据矿井的实际情况，在原来的排水系统基础上进行自动化改造，使设备实现自动运行和自我诊断的一套系统。为此，鹤煤九矿对-420中央泵房进行了自动化控制技术改造。

2　实施方案

鹤煤九矿-420中央泵房共安装有3台MD450-60X11型矿用高扬程耐磨多级离心泵，流量450m3/h，扬程660m，配套电机功率1250kW，后期计划再建设一台多级离心泵。本次改造的内容既是针对现有的三台水泵进行自动化控制改造，同时对第四台水泵预留相应的接口以备后期进行接入。

3　系统结构

-420泵房水泵排水自动化控制控系统主要由三部分组成：地面控制中心，工业以太网和泵房控制系统。

地面控制中心设置在地面监控室，设置两台操控站（一主一备），操控站选用高性能工控机，通过操控站对井下泵房相关设施进行集控和监视。

工业以太网为泵房监控系统的信息传输平台，目前鹤煤九矿在建设井下电力监控系统时已经建设一套光纤工业以太网，并预留有RJ45接口，此次数据传输可以借用此网络，实现泵房与地面操控站的数据交换。

泵房控制系统是井下排水自动化控制系统的重要组成部分，由隔爆兼本安型可编程控制器、本安操作台、矿用球阀以及相应的传感器等组成。

4　控制系统

针对现有控制设备的数量和特点，此次-420泵房水泵自动控制系统设计配置两台矿用隔爆兼本安可编程控制器，同时配置两台不间断电源以保证可编程控制器在意外断电的情况下能够持续正常工作。

矿用隔爆兼本安型控制箱以PLC作为控制核心，并配备相应的I/O模块进行数据采集和传输，完成水位的监测、水泵运行工况的监测、各阀门的开合监测以及水泵的开停，同时配备以太网接口模块，便于接入工业以太网传输平台。

5　闸阀改造

由于主排水管路上的闸阀已经为电动闸阀，因此对原有闸阀系统不做更换，进行改造接入现有控制系统。对于射流抽真空系统，每个泵现有的两台手动抽真空阀门不变，另增设矿用电动球阀。

6　水泵主要设备及传感器配置

1）对于排真空管路改造配置：把每台水泵的射流阀改成电动球阀，共8台。

2）出口压力监测：在每个泵出水口配置一个压力传感器，共4台，技术参数：

测量精度：±0.5%；测量范围：0-10MPa；供电电压：24V±6V；信号输出：4-20mA；防护等级：IP65；防爆标志：Exia。

3）真空度监测。

在泵进水口上端配置一个真空度传感器，共4台。技术参数：

测量精度：±0.5%；测量范围：-100-0 kPa；供电电压：24V±6V；信号输出：4-20mA；防护等级：IP65；防爆标志：Exia。

4）流量监测。

在每个总管路配置一台超声波流量计，共3台。技术参数：

类型：外夹式；测量精度：±1.5%；测量流速范围：0.3-12.0 m/s；工作电源：AC127 ；功耗：<10w；防护等级：IP54；防爆标志：Exd[ib]Ⅰ。

5）液位监测。

在每台水泵的吸水口配置一台液位传感器，共2台。技术参数：

工作电压： 15V-24V；工作电流：100mA；测量范围：0-10m；显示分辨率： 0.01m ；测量精度： 0.02m；使用环境：0-40℃；相对湿度： ≤98% ；防爆型式：矿用本质安全型；防爆标志： ExibI。

6）泵温度监测。

每个泵前轴和后轴各配置一个温度传感器，共6个。技术参数：

量程：0-200℃；感温元件：PT100；输出信号：电阻信号；精度：A级 B级；防爆标志：ExibⅠ。

7）水泵电机相关电气参数监测。

对每台电机配置一台电力采集模块和相应的电压电流互感器，监测电机的电压、电流、功率、电量等参数，共4套。

7　系统功能

井下排水自动化控制系统的建设完成后，系统可实现如下功能。

7.1 显示功能

1）工况图：动态显示井下泵房各泵、阀的运行工况，以及水流量的大小。

2）故障及保护显示：实时显示各台水泵中各传感器的状态，对缺相、过电流、超温、水泵欠压、真空度不足等故障类型进行诊断显示。

3）具有水泵运行主要工况检测数据计算功能：电机输入功率、泵轴功率、泵的输出功率、管路效率、系统效率、水泵效率、吨水百米电耗，并在组态画面上显示。

7.2 控制方式

系统具备远程自动控制、远程单机控制、就地手动控制和检修控制4种操作方式。

1）远程自动控制：在地面控制中心通过计算机对水泵进行连锁自动开泵、自动倒泵等自动控制。

2）远程单机控制：由控制中心操作员通过计算机对泵、阀进行单机开停控制。

3）就地手动控制：现场人员通过设置在泵房的本安操作台上的按钮，实现对泵、阀的现场开停控制。当PLC控制系统故障时，不影响就地手动控制方式。

4）检修控制：在设备检修时，现场检修人员通过本安操作台对泵、阀进行现场控制。

以上控制方式的优先级为：检修控制——就地手动控制——远程单机控制——远程自动控制。此项目作为矿井自动化的子系统，留有以太网数据接口，为后期矿综合自动化系统接入提供标准数据协议（西门子标准s7-300PLC协议）。

5）报表功能

把需要的工况数据如电流、电压、压力、功率、真空度、流量、温度、液位电量等数据做成日月年报表格式，供操作人员查询和统计。

8　经济效益分析

该系统投入运行后，-420水平中央泵房实现了自动化控制，在保障矿井排水系统安全稳定运行的同时，减少了操作人员的劳动强度。本系统设计以系统安全、可靠、先进为原则，系统实现了在地面控制中心对井下排水系统泵房的所有设备进行监视和控制，保证设备安全可靠运行。通过水泵自动控制和多功能阀的应用，实现泵房无人值守，实现无人值守后，每天可节约人工工资约300元，每年可节约人工成本300元×30 天×12月=10.8万元。采用远程集中控制，每天可节约开泵时间约1小时，水泵电机功率为1250kW每天可节约用电1250kW×0.8=1000 kW/h。每年可节约用电1000×30×12=360000 kW/h折合人们币219600元。