武山铜矿S-210m泵房自动化改造的研究

杨 波

（江西铜业集团有限公司 武山铜矿，江西 瑞昌 332200）

1 引言

武山铜矿井下-210 泵房安装有6 台排水泵，2路DN350 主排水母管，每台泵安装有DN200 PN40闸阀3 台，DN200 PN40 逆止阀1 台，每路主排水母管上安装有DN350 PN40 闸阀各1 台。泵房使用年数较长，所有阀门均密闭不严。均采用人工开泵，开泵效率低，其排水能力无法满足实际生产需求，对突发型的涌水事故应对困难，甚至会影响矿山的安全生产［1］。

2 系统组成

整个泵房自动化监控系统由地面监控部分、中央泵房监控部分、传感器部分、视频监控部分以及设备远程监控系统组成。控制系统上位机位于地表监控室内，负责显示井下的各个传输数据，还可以发出相应指令。下位机监控井下设备，负责井下水泵及阀门的自动化运行［2］。

3 S-210m 泵房自动化控制环节

水泵控制系统控制过程可概括为以下六个环节：自动引水环节、闸阀操作环节、水位自动监测环节、参数传输环节、故障保护环节和电动机的自动控制环节［4～6］。

3.1 自动引水环节

因水泵安装基础高于吸水面，水泵腔体内部只有形成必要的真空度，才能将水吸入水泵腔体，使其内部叶轮完全淹没于水中，达到启泵时正常排水。因此，启动前的引水是水泵工作的重要操作项目之一。本系引水方式采用射流为主，真空泵为辅的引水方式，射流采用原DN65 高压射流装置，射流水源为地面清水，真空泵为两台，互为备用。

3.2 闸阀操作环节

本系统各类排水闸阀及引水阀门改造后均为电动方式，泵房内各PLC 可编程控制箱可对各电动阀就地进行开关控制。电动阀门可采用手动/自动两种方式控制，在自动状态下，通过PLC 对阀门进行集中控制和监视；在手动控制方式下，可在PLC 可编程控制箱上的按钮对各阀门进行点动操作。当电动闸阀处于检修状态下，可通过闸阀手柄手动开、停阀门。

电动阀门正常开关顺序为：PLC 可编程控制箱通过水仓液位信息，发出启泵指令，系统内部自动检测各电动阀门应为全关闭状态，先启动射流阀和射流真空引水闸阀，当真空度达到系统设定值后启动排水泵，系统检测水泵出水压力达到开阀条件，自动开启水泵出口电动闸阀，同时关闭射流引水阀门，系统实时监测水泵能效参数，通过分管电动闸阀的开度控制达到主排水管与启动水泵台数的经济流速匹配。当停泵时，系统自动先将水泵出口电动闸阀关闭，防止水锤效应。

3.3 水位自动监测环节

水位自动监控环节的任务是根据水位的高低自动准确发出开、停水泵命令。系统实时采集井下液位，并通过系统内部设定控制逻辑启动相应水泵台数，超警戒水位时，发出紧急报警指令，同时启动排水系统内所投入的所有水泵（故障水泵、检修水泵除外）。

3.4 参数传输环节

井下每台PLC 可编程控制箱内9 寸模拟屏上可实时显示水仓动态水位、水泵运行时流量、水泵压力及电动机、电动球阀和电动闸阀的各种工作状态。所有的检测参数及工作状态均可由系统通过以太网传输至地面监控平面，监控平面分析处理系统各项数据，并在显示器反映出水泵运行曲线、报表，以利于地面管理人员做出正确判断，向井下PLC可编程控制器发出控制命令。

3.5 故障保护环节

“预警信息”:“预警信息”仅通过报警对话框提示用户预警信息，不会对系统进行任何操作。

“报警信息”:针对报警信息，系统提示用户报警信息及报警内容。

“故障报警”:针对故障报警，系统提示用户故障信息及内容。系统如有出现故障的水泵在运行中，系统将自动停止运行中的水泵，并报警提示用户。

3.6 电动机的自动控制环节

该环节是排水设备综合自动化控制系统的中心环节，根据水位情况自动开停水泵。

为了防止因备用泵长期不用而使电机受潮或有其它故障而未被发现，当紧急情况需要投入而不能投入以至影响矿井安全，本环节按“轮换工作制”来控制，以达到有故障早发现、早处理，以免影响矿井安全的目的［3］。系统根据井下水泵台数，设置1～2 台备用水泵，当系统按一定顺序轮换开启水泵时，发现某台水泵或其所属配套阀门故障需检修时，系统可将该泵组退出轮换，其余各泵仍按轮换工作制运行，避免设备检修时出现误操作。如系统内所投入水泵总体运行时间均达到检修时限，则系统将其切除并投入备用水泵，达到排水安全性。

4 应用效果

（1）S-210m 泵房经过自动化改造后，6 台水泵实现了全自动化运行，改变了传统的人工操作水泵的方式，减轻了人员劳动强度，降低了人员成本，同时也提高了泵房的排水效率。

（2）S-210m 泵房自动化改造后实现了实时监测6 台水泵的流量、电流、水仓水位、真空压力、排水压力、轴承温度、电机温度、轴承振动等各项运行指标。实时数据分析水泵的运行状况，确保水泵良好运行。

（3）自动化系统实现了电气保护、流量压力保护、超限保护等多项保护功能。当泵组电压异常、运行电流偏低或有故障信号来临时，系统会自动关闭排水闸阀，防止总管水倒流。当流量、排水压力、真空压力、电流达不到设定值时，系统会综合考虑相关联参数，给出相应判断是否掉水，发出故障报警并停机，系统会自动转换下一台机组工作。当泵组异常停机，止回阀不复位，泵组进口压力异常时，系统会发出故障报警。当电机定子、轴承温度，水泵轴承振动、温度信号异常超限时，系统会发出故障报警并停机，系统会自动转换下一台机组工作，当前泵组需故障确认排除后，才能再次进行自动启停序列。

泵房自动化系统采用均匀磨损原则。系统自动记录各台泵组的累计运行时间，并进行排序，下次启动时优先启动无故障、运行时间短的水泵投入使用，实现了水泵的均匀磨损，能最大程度上延泵组的使用寿命。

泵房自动化系统自动记录水泵运行时间、流量等数据，并生成月报表，便于对S-210m 排水系统状况进行周期性分析。

5 结束语

本文设计基于武山铜矿S-210m 泵房自动化系统控制的研究，通过实施改造，井下排水效率显著提高，实现了井下无人值守。通过本文的研究能为矿山智能化发展起到推进作用。