成庄矿井下泵房远程控制系统的研发与应用

2023-07-26靳张浩

山东煤炭科技 2023年6期

靳张浩

（晋城蓝焰煤业股份有限公司成庄矿，山西晋城 048000）

1 研发背景

成庄矿二、三盘区资源日益枯竭，四盘区成为接替盘区。目前四盘区1#和2#水泵房阀门均为现场人工手动操作，水泵启停流程内各项工序均需现场人员按预案依次完成，劳动强度偏大，操作过程繁琐，水泵启停所需时间较长，关键设备故障难以在第一时间被发现；泵房相关设备运行高度依赖现场值班人员，人员素养不确定性对排水安全造成较大隐患。因而，现有的泵房设备粗放式管理模式已不再满足精细化管理的需求，急需建立一套井下泵房远程自动化控制系统，切实保障泵房排水系统稳定、高效地运行。

2 系统设计

2.1 功能化模块实现

基于“精准高效”的控制思路，结合国内矿井的先进泵房控制系统建设经验，在现场调研的基础上，经反复论证，最终确定成庄矿四盘区泵房远程自动化控制系统。控制系统核心以PLC 控制为基础，采取在关键部位设置稳定可靠的数据采集器为手段，在成熟的组态软件平台支持下，实现对水仓水位、水压、水泵运行状态、管网流量等关键数据的实时监测，同时，实现监控数据的实时上传、存储，实现泵房排水系统自动化和无人化控制[1-5]。泵房远程自动化控制系统如图1。

图1 系统组成示意图

2.2 地面监控中心上位机软件设计

地面控制中心的主要功能是将井下泵房关键设备传感器产生的数据进行存储，并将其以各种形式进行汇总、分析，直观地呈现给监控人员；在井下泵房关键设备出现数据异常，第一时间进行声光报警通知值班人员，并按照设定程序启动预案，防止损失扩大，同时，将出现的报警状况存储下来作为事后分析的依据；控制室值班人员通过监视器实现对井下泵房关键设备实时监测，从源头上杜绝事故发生。地面监控中心的功能如图2。

图2 上位机系统架构图

1）实时监控功能。实时监控分为远程控制模式和排水界面待机两种模式。在远程控制模式下，工作人员在获得授权的情况下可远程启停泵房设备；在排水界面待机模式下，工作人员可实时监控井下设备运行状态。

2）报警信息功能。报警信息分为现场实时报警和历史报警记录查询两大类。现场实时报警仅显示当前状况，以声光组合报警形式给值班人员警示；历史报警查询是将以往报警信息存储到文档中进行长久保存，操作人员可根据需要调取不同类型的报警记录，为后期的事故处理提供参考。

3）报表信息功能。井下泵房重要设备产生的各类实时数据将以图表的形式进行长期存储，操作人员可以快速地调集设备运行时长、状态、管网流量、水仓水位等关键信息，方便操作人员进行设备日常检修与维护[6-7]。

2.3 上位机界面开发与设计

排水集控上位机系统拥有丰富的可视化界面，主要包含“待机界面”“操作界面”“报警历史”“操作记录”“参数设置”“个性设置”等诸多显示界面。

1）系统主界面

系统主界面含设备运行状态和报警显示两块内容。系统运行状态主要显示当前1#和2#水泵房的实时运行情况；报警显示包括水泵故障报警、高液位报警、通信故障报警等诸多异常状态；实时监测自动排水系统从井上控制室到井下泵房各个节点的通信状态。当其中一项内容出现异常时，可及时提示值班人员，并精准显示故障节点位置，便于现场巡查人员解决。

2）四盘区2#水泵房界面

四盘区2#水泵房画面如图3。该界面中，操作人员可以看到2#水泵房所有设备的运行状态，包括液位显示、排气压力、闸阀开度、流量等主要信息。

图3 2#泵房主界面示意图

3）单台水泵界面

在1#或者2#泵房主界面任意点击排水水泵可进入单台水泵运行界面。主页分图界面显示单台水泵运行状态，呈现水泵运行关键信息和故障情况。工作界面包括实时数据显示、液位曲线显示、故障报警显示、回路工作状态显示与实时模拟图形。主页分图界面采用形象画面方式展现井下排水状况图，水仓的液位会随着真实液位上升或者下降，管路和阀门、水泵在停止使用时用灰色标识，在开泵排水时用绿色标识，这样形象直观，方便使用。

2.4 水泵故障保护设计

水泵在长期的运行过程中，往往出现“带病”工作的情况，若不及时处理，往往会造成难以挽回的损失。远程控制系统设计之初，为该系统设置了以下4 种保护功能：1）水泵压力保护。通过预先安置于水泵出水口的压力传感器，系统不断采集与分析水泵出水口压力值，若压力值低于设定值，系统会向控制中心发出警报，若值班人员长时间未处理，水泵会自发停止运转。2）电机、水泵运行参数实时监测。系统实时采集电机电压、电流等相关参数，监控电机短路、过流、欠压等故障，对水泵运行状态中流量、液位等关键参数实时监测，当参数值异常，发出报警后立即停止工作。3）动作超时未响应。当水泵或阀门发出开机信号，电机或阀门未能及时动作，为防止设备或管路受损，水泵及时停止运转。4）现场布置视频监控点，安装多台高清摄像头，实时监控水泵运行状态，防止潜在事故发生。

3 工业性试验

成庄矿井下远程自动化排水系统安装上线后，四盘区1#泵房和2#泵房实现就地控制、自动控制、远程控制等多种控制方式。在地面监控中心可实时查看各台水泵的运行状态与参数，实现单台水泵就地控制和集中远程控制；通过显示屏可查看水仓水位、管网流量等关键参数，参数出现异常后可实现及时报警；通过井下泵房安装防爆摄像头可远程跟踪水泵运行状况，实现与井下现场人员远距离通话，及时掌握现场状况，确保泵房设备运行安全。