泵房自动化系统在非煤矿山的应用研究

董超群 马超

中图分类号：TD442 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）30-0272-02

1 系统概述

泵房自动化系统可实时监测铁矿井下排水系统各设备的工作状态，对水泵成套设备的运行状态、参数、过程进行实时监测和节能优化控制，具有自动控制、手动控制、就地控制和地面远程控制四种工作方式。可实现矿井排水设备的自动运行、故障诊断和无人值守，使得井下排水系统能安全可靠、经济合理地运行，以达到减人增效、安全生产的目的。镇北铁矿井下排水中段主要为-170m水平、-210m水平和-410m水平，吴庄铁矿井下排水中段主要为-430m水平和-480m水平。本文以两个铁矿为例进行项目改造说明。

2 项目改造内容

2.1 整体改造说明

2.1.1 系统架构

ZPS127排水监控装置由矿用隔爆兼本安型可编程控制箱、矿用本安型操作台、矿用本安型人机界面、各类传感器和变送器、电动闸阀组成。排水系统不需要单独设置上位机操作站及监控软件，上位监控画面由综合自动化平台实现。

2.1.2 抽真空改造

镇北和吴庄两个铁矿目前均未实现自动化控制，抽真空方式基本采用底阀和手动操作射流的方式。本项目通过更换相应阀门、增加真空泵（一用一备）、改造抽真空管路、增加相应传感器、控制器设备实现矿井主排水自动化与无人值守，改造后系统采用真空泵抽真空的方式。

2.2 具体实施内容

（1）更换原来的手动闸阀作为电动闸阀，在输水管道中保留手动球阀，并并联连接电动球阀。增加真空泵及启动设备并改造抽真空管路。

（2）在输水管道和负压传感器中安装正压传感器。每个泵配备有出口压力传感器、喷射泵控制阀和流量计。

（3）-165m水平无预埋温度传感器，增加外贴式PT100传感器采集电机、水泵温度信号。

（4）为水仓配置2台液位计实时监测水仓水位。

（5）每个泵房配置PLC控制柜、小功率多回路组合开关柜、集中操作台等设备，满足井下就地控制需求。

（6）在地面监控室配置操作站（采用综合自动化系统操作站）。

（7）每台PLC主站配置以太网通讯模块，保证该控制系统能够通过以太网接入矿井工业以太环网，实现水泵监控子系统与全矿井的监控系统信息共享。

3 系统特点

系统采用三级控制结构，控制可在可编程控制箱、操作台、地面操作站上进行，实现就地、集中和远程控制；

系统PLC点数规模满足真空泵与射流方式同时实现自动化控制的点数需求，为后续系统升级改造及系统I/O点冗余提供基础；

采用高可靠性的模块化结构可编程控制器，系统有良好的灵活性、扩展性，可适用于各种规模和配置的井下泵房；

可通过以太环网连到地面监控中心，单独构成排水子系统或并入到全矿井综合自动化系统中，实现地面远程监控；

就地操作台配置本安型人机界面，实现就地显示，同时支持触摸功能，大大简化人员操控的复杂度；

多个排水泵房之间可以设置逻辑关系，实现联合调度和优化调度；

根据长期的运行历史数据，得出各泵的实际运行效果与理论设计的对比分析；

可以与设备管理软件对接，提供运行参数和起停状况，实现预防性维修；

系统结构紧凑，功能先进，采用多重抗干扰技术，故障自诊断能力强，运行可靠性高。

4 系统功能

（1）集中式控制器用于监控泵房的运行。它可以自动和手动控制泵的启动和停止以及闸阀的开启、关闭和打开。具有自诊断功能，可实现泵房无人值守运行。

（2）控制系统通过以太网与煤矿工业以太环网相连，实现泵监控子系统与矿井监控系统之间的信息共享。

（3）集中式控制器采用谐波PLC和先进的过程控制软件，考虑矿井的各种安全信息，实现井下排水监控系统的最优控制策略。

（4）井下排水监测系统的报警信息表明，报表的统计处理集成到整个矿井监控系统的数据系统中。所有数据都可以存储在数据库中以供以后调用。

（5）泵房现场采用图形界面结合现场操作，最大限度地简化操作和状态显示。

（6）旋转巡检功能，自动泵旋转。

（7）结合水槽水位和整个矿井的电力负荷信息，根据“移峰填谷”的原则确定泵的启停时间。

（8）实现远程编程、现场编程、完善修改系统功能。

（9）水泵监控子系统支持三种工作方式，“自动”、“手动”、“检修”。该系统自动打开，停止泵的运行，并可根据工作条件的设定、时间、水位和电负荷实现泵阀的联锁启动，并能实时控制所有的操作参数。通过接口分析数据。

（10）自动模式：地面运行站的计算机根据设定的开启时间、电峰谷、水箱水位等预设条件自动开启泵。

①当水位达到高水位或不处于高水位且处于低功耗期间时，泵将自动启动操作。

②当水位不在高位时，在耗电高峰时自动停止泵。

③当水位达到上限水位時，“运行泵和备用泵”将自动运行直至水位低于高水位，“备用泵”停止运行，仅运行“运行泵”，当水位达到正常值时泵自动停止。低水平，处于电力消费高峰时期。

④当正压和流量不足时自动关闭管路，停止操作并报警。

⑤当泵出现故障时，可及时报警，自动打开备用泵。

⑥根据所用泵的数量和水位的变化率，可以判断矿井涌水量，并确定水泵的增产数量。

（11）手动：操作人员根据水位显示水位，手动打开水泵并确定泵的开度台数，通过PLC自动执行电机和阀的开闭，即PLC完成单泵真空泵、开式液压阀等自动控制。完成操作停止。

（12）检修：操作任何泵电机、闸阀、电磁阀开关。相互的行动并没有相互锁定。

（13）执行水泵运行参数的监控，包括水位、电压、电流、压力、功率、温度、真空度等。

（14）具有较强的兼容性和可扩展性。

5 监测参数

安全控制离不开完整的监控。泵的自动控制系统的监测信号为设备的控制提供了可靠的保证。该控制系统是在PLC泵房集中控制站的井下泵房集中控制室中，根据工艺流程采集各种信号，控制各种泵及相应的电动闸阀，显示各种工作状态。整个集中控制系统由PLC集中控制和监控部分和现场设备组成。

6 结 语

该系统通过增加PLC和压力、液位传感器、局部操作台、高压保护器等方式实现了主排水自动化。该系统与综合自动化平台相连接，通过骨干环网实现远程控制功能。

参考文献

[1]车永军，王成真，杜利宏.煤矿井下中央水泵房自动化排水系统研究与应用[J].煤矿开采，2013，18（05）：28～31+37.

收稿日期：2018-9-12