主排水泵房自动控制系统研究与应用

李向阳

摘 要：针对目前煤矿井下主排水系统仍多采用继电器控制，水泵的开停及选择切换均由人工完成，随着矿井自动化建设平台的搭建，我矿主排水实施了自动化改造，实现了井下排水无人操作、自动排水，同时兼备远程操作和监控功能，并根据避峰就谷的原则达到节能降耗的目的。

关键词：排水自动化；远程控制；节能降耗

中图分类号：TD744 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）01-0047-01

1 主排水系统现状

二矿现有-130泵房、-280泵房、-450泵房、-700泵房4个主排水泵房。此前，除了-130泵房、-280泵房能够基本实现水泵集中控制之外，-450泵房、-700泵房由于建设较晚，尚未实现水泵的集中控制。-2015年6月，经过前期的充分论证后，二矿开始对井下主排水泵房进行改造，构建主排水泵房自动控制系统。改造前，-130泵房、-280泵房已能够实现自动化排水，-450泵房和-700泵房由于建设较晚尚未实现泵房的自动化控制。此次改造主要是在-450泵房和-700泵房安装水泵集控设备，完善-130泵房、-280泵房的原有水泵集控系统，从而建立一个统一集中控制平台，实现井下主排水泵房的自动化控制，为矿井的安全高产高效奠定基础。

2 设计原理

二矿主排水集控系统充分利用先进的PLC控制、传感器监测、信号处理、网络传输等技术，实现井下水泵排水系统的安全生产调度指挥的计算机化和网络化。以“建设三层网络结构体系”和“实现管控一体化”为目标，建立对水泵排水系统的监测、控制、管理一体化的、基于网络的大型开放式分布控制系统，形成井下水泵排水系统各环节的过程控制自动化、数据分析智能化，将井下水泵的数据监测、控制方式从原先的井下集中于调度指挥集控中心，通过对井下水泵排水系统进行自动化建设，实现集中控制、集中调度、集中指挥[1]。

3 创新点

（1）实现对水泵运行状况的实时监测。系统具备强大的数据处理能力，能够实时动态模拟显示主排水系统的整体运行状态，如：排水压力、排水流量、水泵真空度、阀门开度等。可实时显示各设备的故障信息，能够尽量避免因操作失误而导致的设备损坏。且当故障发生后，系统能够自动切除故障，并按故障级别分别发出相应报警，将故障影响时间缩短到最小，大大提升主排水系统运行的安全性。（2）实现对水泵开停的集中控制，具备多种开泵方式。每台水泵具有“就地手动控制、就地自动控制、就地闭锁、远程手动、远程自动、远程全自动控制”多种工作方式。即能够实现水泵地面集中控制、水泵的自主自动化开停控制、水泵现场的手动控制、水泵现场自动状态下的控制，具有较高的可靠性。（3）具有较强的组网能力。系统采用西门子PLC，控制能力强、灵活度高且具有较好的可扩展性。系统采用分布式网络结构，可以方便地满足各种应用类型和应用规模的需要，不但可以满足当前系统应用的需要，还可以在将来需要的时候随时方便地扩展系统规模。上位机组态软件提供了标准的OPC开放接口，易于实现数据共享，方便日后接入矿井综合自动化系统。系统具备现场参数整定功能，用户可以根据现场實际情况修改参数：如警戒水位、排水压力阈值、射流水压力阈值、峰谷电价时间、射流阀与真空阀的启动间隔时间、水泵开度与水泵启动开停时间等参数，具有较好的现场适应性与先进性[2]。

4 系统设计

4.1 系统组成

（1）地面自动化控制中心。地面监控站设置在集中控制中心，通过工作站对井下泵房相关设施进行集控和监视。主要设备、设施包括工作站、显示器、不间断电源、语音报警装置等。（2）数据传输线路。单泵、现场操控及显示装置与主控设备之间通过现场总线完成实时数据双向传输。主控设备与矿井机房及调度中心通过环网或光缆实现系统实时数据双向传输。（3）泵房监控单元。泵房监控单元由矿用隔爆兼本安型监控分站、信号采集装置、传感器等组成，主控制站作为井下控制部分的通信核心，完成分站监控信息与地面控制中心的监控信息交互传递。同时，通过在现场的操作显示屏，为井下巡检人员提供整个系统的运行情况。

4.2 系统结构

（1）系统结构；（2）数据采集与检测。系统采集与检测数据：模拟量为电机电流、电机温度、水泵轴温、闸阀开度、出水口压力、水仓水位、排水管流量、真空度；数字量有：电动闸阀的开关限位、电磁阀状态、电机运行返回、电机故障点、电动阀的工作状态与开关限位、射流泵工作状态。

4.3 KXJ660矿用隔爆兼本安型可编程控制器

矿用隔爆兼本安型可编程控制器是一种新型的监控设备，可用于煤矿井下有瓦斯煤尘爆炸危险的场所，作为各种设备的自动监测、控制装置，也可作为冶金矿山、露天煤矿、港口码头、选煤厂、发电厂等恶劣环境中的监测控制装置。利用本产品可以通过开关量输入接口、模拟量输入接口将现场不同用途的开关量信号和传感器的模拟量信号取入，经过可编程可编程控制器内部程序的处理和逻辑运算，将控制信息用开关量输出接口输出，控制现场设备的开停，同时将必要的监测数据传送给上位机[3]。

性能指标：（1）额定输入电压：AC660/127V；输入功率：不大于100VA；（2）本安开关量输入：16路接点型开关量信号输入；（3）开关量输出（非本安）：16路接点型开关量信号输出；（4）本安模拟量输入：8路电流信号输入；（5）按钮：5个键，分别对应启动、停止，3个备用；（6）指示灯：6个指示灯，分别对应启动指示灯、停止指示灯，4个备用。

4.4 自动控制功能

系统根据工况设定，以及时间、水位、煤矿用电负荷等参数自动开启、停止水泵的运转、并能实现泵阀的联锁起动，对运行中的各种参数进行实时控制，通过接口向上传送数据。

5 社会经济效益

二矿主排水集控系统综合利用计算机、网络、PLC控制技术，实现了井下水泵排水系统的集中控制和集中指挥，同时结合传感器检测和数据分析加强了系统的安全稳定运行，系统的投运使井下水泵排水系统的各环节的联系得到加强，做到信息数据，业务流程，控制系统相互协调、相互融合，实现了指挥与调度的数字化管理，实时观看与生产有关的各种信息，同时针对上位机数据的采集、存储和分析处理，为分析及决策指挥提供实时和可靠的手段，系统在提高系统安全可靠性及运行效率，降低工人劳动强度，提升矿井排水保障能力等方面效果明显。

-130、-280、-450、-700四个水泵房都已实现无人值守，启停水泵可由地面人员统一操作。按照井下各水泵房三班工作制来算，每个水泵房每班可以节省2个人的工资支出，共计8人，按照井下辅助工年平均工资3500元计算，每月可节省支出：8×3×3500=84000元。每年可节省支出：12×84000=1008000元。地面控制室可以很直观的看到各个水仓的水位，实行“避峰填谷”，调度各水泵在用电的“谷段”和“平段”时间段，将水仓的水位排至设定的低位，以便水仓能够腾出尽可能大的容积，使其在“峰段”容纳更多的矿井涌水而不用启动水泵，降低用电量。按照一个泵房水泵房开1台泵，泵的功率710kw，峰谷差价0.869元，平均开泵180分钟计算：每天可节约电费：710×0.869×3×4=7403.88元。年节约电费7403.88×365=2702416.2元。每年总共节省支出：1008000+2702416.2=3710416.2元。

参考文献

[1]晁勤，傅成华，王军，等.自动化控制原理（第三版）[M].重庆大学出版社，2010.

[2]戴绪愚，张开逊，等.现代高科技丛书——自动化技术[M].上海科技出版社，1994.

[3]王万良.自动控制原理[M].机械工业出版社，2009.endprint