东露天矿自动化泵站增设轴温监控系统方案

摘要：东露天矿自动化泵站经过几年运行，发现自动化泵站改造不夠完善，控制系统没有水泵轴承测温、报警功能，当泵轴出现故障时，调度室开泵人员不能及时发现，使故障进一步扩大，造成泵轴不同程度损坏，严重的造成泵轴报废。为避免泵轴损坏事故的发生，对自动化泵站控制系统进行改造。改造后，当泵站水泵运行轴温升高一定值时，系统报警或停泵，避免泵轴损坏事故的发生。

关键词：泵站;轴承;轴温;报警

1.引言

西南泵站于2009年9月26日自动化改造工程竣工投入使用，西北泵站、万新泵站、东部泵站于2010年11月5日自动化改造工程竣工投入使用，隧道泵站于2015年1月20日自动化改造工程竣工投入使用，到目前为止，几座经过自动化改造的泵站运行效果稳定，达到了预期的减员增效和提高管理效率的目的[1]。

2. 东露天矿防排水自动控制系统概况

2.1 东露天矿防排水自动控制系统的构成

东露天矿防排水自动控制系统由西南、西北、万新、东部、隧道五个排水泵站PLC控制系统和调度室上位机组态模拟画面和终端部监控设备组成。各泵站均设独立的PLC控制系统，泵房内外设有摄像头、功放音箱，通过以太网与防排水段调度室的计算机连网通讯，最终实现对各泵站排水泵、真空泵、阀门设备和仪表参数的远程集中控制、监视和管理。控制系统采用的是西门子S7-300 PLC系统，主要由CPU模块、电源模块、接口模块、微存储卡、以太网模块、模拟量输入模块、热电阻输入模块、数字量输入输出模块等组成[3]。控制系统控制水泵及真空泵、电动阀门、电磁阀的启动/停止，并将启动/停止反馈信号、故障信号、每台水泵电源电压、运行电流值、出口压力、环境及电机温度引至PLC柜，经过处理最终在调度室上位机组态模拟画面及触摸屏上显示及操作。调度室上位机组态画面能够动态显示工艺流程，使操作人员能够在调度室中了解整个系统的工艺数据和设备运行状态，并可实现远程自动/远程手动方式控制现场水泵、真空泵、电动碟阀、电磁阀等功能[4]。

3.完善轴温监测系统的意义

3.1提高泵站运行安全性

通过改造，增设水泵轴承测温功能和轴温报警功能，实现水泵轴温实时监控。当运行的水泵出现轴承故障时，通过轴承测温功能，能够实时掌握水泵轴承运行情况，当发现运行轴温升高到一定值时，控制系统发出报警信号，操作人员可及时停泵处理，当控制系统发出报警信号，操作人员没有及时发现，轴温持续升高到极限值时，PLC控制系统发出停泵指令，按停泵操作顺序进行停泵，这样可避免泵轴损坏事故的发生。

3.2提高泵站经济效益

通过改造完善自动化轴温监控系统，当轴承出现故障时，避免泵轴损坏事故的发生，间接效益是节省配件费和减少检修人员工作量，进而提高泵站经济效益。

4.改造方案

在水泵轴承体上安装PT100测温传感器，在原有自动化远程控制系统增设热电阻输入模块，将水泵轴承体上PT100热电阻测出数值通过热电阻输入模块引至PLC控制系统，经过处理 ，在调度室上位机上实时显示，当泵站水泵运行轴温升高一定值时，系统报警或停泵，避免泵轴损坏事故的发生[5]。

4.1热电阻的选择

（1）普通型热电阻

从热电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来测量的，因此，热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。

（2）铠装热电阻

铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它的外径一般为φ2--φ8mm，最小可达φmm。与普通型热电阻相比，它有下列优点：①体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小;②机械性能好、耐振，抗冲击;③能弯曲，便于安装④使用寿命长。

（3）端面热电阻

端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制，紧贴在温度计端面。它与一般轴向热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。

（4）隔爆型热电阻

隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引起爆炸。隔爆型热电阻可用于具有爆炸危险场所的温度测量。

4.2热电阻接线方式

热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件，通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或者其它一次仪表上。工业用热电阻安装在生产现场，与控制室之间存在一定的距离，因此热电阻的引线对测量结果会有较大的影响。

目前热电阻的引线主要有三种方式，分别如下：

二线制  在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制：这种引线方法很简单，但由于连接导线必然存在引线电阻r，r大小与导线的材质和长度的因素有关，因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合

三线制  在热电阻的根部的一端连接一根引线，另一端连接两根引线的方式称为三线制，这种方式通常与电桥配套使用，可以较好的消除引线电阻的影响，是工业过程控制中的最常用的引线电阻。

四线制  在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制，其中两根引线为热电阻提供恒定电流I，把R转换成电压信号U，再通过另两根引线把U引至二次仪表。可见这种引线方式可完全消除引线的电阻影响，主要用于高精度的温度检测。

本次改造热电阻采用三线制接法。采用三线制目的是为了消除连接导线电阻引起的测量误差。这是因为测量热电阻的电路一般是不平衡电桥。热电阻作为电桥的一个桥臂电阻，其连接导线（从热电阻到中控室）也成为桥臂电阻的一部分，这一部分电阻是未知的且随环境温度变化，造成测量误差。

4.3改造内容

在水泵轴承体上安装磁吸附式PT-100温度传感器，将轴温信号引至PLC 柜，信号经过处理，最终在上位机画面上实时显示，操作人员可以实时掌握轴温情况，可根据温度情况掌握设备运行状态[7]。

5.结语

自动化泵站通过增设轴温监控功能，实现对水泵轴承温度的智能监控。改造后，可避免因水泵轴承损坏导致水泵轴损坏事故的发生，进而提高自动化水泵运行的安全性。

参考文献

[1].窦兴亮，沈洪松，王博，自动化控制技术在抚顺东露天排水泵站中的应用[J].露天采矿技术，2018年01期.

[2].唐日军，王金利，霍林河南露天矿集控系统在疏干排水中的应用 [J].露天采矿技术，2007年05期.

[3].任涛，张宝林，Siemens CP340模块在水泵集控系统中的应用[J].露天采矿技术，2005年06期.

[4].郑晟，巩建平，张学.现代可编程控制器原理与应用[M].北京，科学出版社，1999.

[5]. 郭元敬.煤矿全矿井排水自动化监测系统的技术应用[J].煤矿电机，2012（2）：100-102.

[6] 王健，崔书华，邱鹏.传感器实用技术[M].北京：机械工业出版社，2012.

[7] 哈大雷，王乾，蒋涛，等.新型轴温监测系统在高速动车组上的应用[J].大连交通大学学报，2013，34（1）：89—94.

作者简介：窦兴亮（1983—），男，辽宁朝阳人，工程师，2006年毕业于辽宁石油化工大学工业电气自动化专业，现在抚顺东露天矿防排水段，从事矿坑防排水工作，E-mail：285035378。