井下排水自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用

摘要：介紹了井下排水系統(tǒng)集中監(jiān)測的意義，根據(jù)水泵房現(xiàn)場情況以及水泵在線監(jiān)測與集控系統(tǒng)的功能需求，設(shè)計(jì)了一種井下排水自動(dòng)控制系統(tǒng)，從而達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)測與控制的目的。

關(guān)鍵詞：井下排水系統(tǒng);集中監(jiān)測;遠(yuǎn)程控制

1 井下排水系統(tǒng)集中監(jiān)測的意義

（1）在地面集中監(jiān)測控制水泵，減少現(xiàn)場人員，進(jìn)而降低人員傷亡的可能性;同時(shí)，改善工人工作環(huán)境，提高安全系數(shù)，確保職工人身安全。

（2）實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場無人值守和定期巡檢，可減少看護(hù)人員，有效降低人員成本;實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)控制，減少員工工作壓力。

（3）按期巡檢，變被動(dòng)事后修理為主動(dòng)按期修理，提高設(shè)備利用率及設(shè)備維護(hù)效率，避免不必要的故障發(fā)生。

（4）通過全面的數(shù)據(jù)監(jiān)測，對(duì)水泵、電機(jī)等設(shè)備進(jìn)行有效保護(hù)，避免人工操作失誤，延長設(shè)備使用壽命。

（5）根據(jù)水池液位開停水泵，有效增加水泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，減少運(yùn)營資金;可利用調(diào)整水泵的啟停時(shí)間，避開用能高峰期，“躲峰用谷”，節(jié)約電量開支。

（6）通過集中、全面的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，提高人員對(duì)設(shè)備的故障分析、判斷能力，減少停機(jī)事故，提高排水能力。

（7）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，報(bào)警聯(lián)動(dòng)，加強(qiáng)調(diào)度管理，提高調(diào)度管理能力，減少礦井災(zāi)難發(fā)生。

（8）為自動(dòng)化體系搭建一個(gè)高速、安全、牢靠的管理平臺(tái)，發(fā)揮自動(dòng)化體系的綜合管理功能;實(shí)現(xiàn)金廠峪管控一體化，提高金廠峪的安全生產(chǎn)調(diào)度管理水平。

2 水泵房現(xiàn)場情況

（1）該水泵房為在建水泵房，水泵房主要由2臺(tái)380 V、110 kW的電機(jī)和2臺(tái)型號(hào)為160DL-100-75的配套離心立式水泵組成，水泵排水量為100 m3/h，揚(yáng)程為160 m，功率為75 kW。

（2）每臺(tái)離心泵利用回水管道灌水，出口直徑為168 mm。

（3）水泵出口需配備遠(yuǎn)傳數(shù)顯壓力表。

（4）2臺(tái)主泵共用1個(gè)水倉，水倉深度在5 m左右。

3 水泵在線監(jiān)測與集控系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)的功能

（1）常規(guī)參數(shù)近程/遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測功能，實(shí)現(xiàn)近程/遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)雙重顯示，主要實(shí)現(xiàn)以下參數(shù)監(jiān)測：1）每臺(tái)水泵電機(jī)電流、電壓、功率等電參數(shù)監(jiān)測;2）出口壓力、排水流量、水倉水位監(jiān)測;3）電機(jī)軸承溫度、水泵軸承溫度監(jiān)測;4）電機(jī)、水泵、閥門狀態(tài)監(jiān)測。

（2）實(shí)現(xiàn)故障實(shí)時(shí)監(jiān)測與報(bào)警處理：1）每臺(tái)水泵電流異常、電壓缺相等電參數(shù)異常;2）出口壓力過高異常;3）軸承溫度過高異常;4）水倉液位過低、水倉液位過高等異常報(bào)警;5）電機(jī)、水泵、閥門狀態(tài)異常報(bào)警。

（3）實(shí)現(xiàn)每臺(tái)水泵遠(yuǎn)程/近程集中控制，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場無人值守：1）實(shí)現(xiàn)集控、就地互鎖操作;2）實(shí)現(xiàn)近程/遠(yuǎn)程互鎖操作;3）實(shí)現(xiàn)自動(dòng)/手動(dòng)互鎖操作;4）實(shí)現(xiàn)PLC控制降壓啟動(dòng)，穩(wěn)定運(yùn)行;5）實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)模式運(yùn)行，手動(dòng)模式互相獨(dú)立運(yùn)行，自由啟停;6）實(shí)現(xiàn)自動(dòng)模式智能啟停，智能運(yùn)行。

（4）實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程組態(tài)，動(dòng)畫模擬現(xiàn)場水泵實(shí)時(shí)狀態(tài)，遠(yuǎn)程還原水泵實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。

4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成及控制原理

整個(gè)泵站遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)由以PLC為中心的控制柜、各種傳感器、現(xiàn)場顯示儀表以及傳輸線路組成，在現(xiàn)有電控系統(tǒng)基礎(chǔ)上，現(xiàn)有水泵、電機(jī)及主管道連接不變動(dòng)的情況下，對(duì)最小的輔助管道進(jìn)行改動(dòng)，增加各種傳感器及輔助檢測裝置，以最經(jīng)濟(jì)、最安全、最穩(wěn)定的控制方案，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中控制，實(shí)現(xiàn)井下無人值守。

本系統(tǒng)在每臺(tái)主泵啟動(dòng)時(shí)，利用潛水泵對(duì)兩臺(tái)主泵進(jìn)行灌水;利用水滿檢測裝置，監(jiān)控灌水狀態(tài);將現(xiàn)有水泵啟動(dòng)柜與PLC控制柜啟停互鎖，利用原動(dòng)力柜進(jìn)行啟動(dòng);采集原動(dòng)力柜的三相電流、三相電壓和有功功率等電氣參數(shù)，傳輸至PLC控制箱，各種傳感器參數(shù)也傳至PLC控制箱，由PLC控制箱進(jìn)行決策控制，同時(shí)，通過通信接口與地面主控站相連，在主控站進(jìn)行組態(tài)。水泵房水泵監(jiān)測現(xiàn)場系統(tǒng)如圖1所示。

5 系統(tǒng)組態(tài)實(shí)現(xiàn)的主要功能

（1）水泵操作分為現(xiàn)場操作（近程操作）和遠(yuǎn)程操作，近程操作和遠(yuǎn)程操作都有自動(dòng)和手動(dòng)兩種操作方式，轉(zhuǎn)換靈活，使用方便。

（2）自動(dòng)管理水泵房的水泵組，達(dá)到自動(dòng)啟泵、自動(dòng)停泵的全自動(dòng)無人值守目的。

（3）實(shí)時(shí)在線監(jiān)測水泵各工況參數(shù)，包括水倉水位、管道流量、運(yùn)行電壓、運(yùn)行電流、電機(jī)功率、出口壓力、軸承溫度、水泵運(yùn)行狀態(tài)等。

（4）通過對(duì)電參數(shù)（如運(yùn)行電流、運(yùn)行電壓）進(jìn)行分析，判斷水泵的運(yùn)行狀態(tài)，針對(duì)水泵不上水、缺相、電流/電壓異常等狀況，及時(shí)報(bào)警并停機(jī)。

（5）通過對(duì)水泵的功率、效率、電耗、工況點(diǎn)等進(jìn)行分析，可調(diào)整開停機(jī)時(shí)間，避開電力負(fù)荷高峰期，削峰填谷，節(jié)約電費(fèi)開支，確保經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

（6）通過對(duì)出口壓力、軸承溫度、管道流量等參數(shù)的分析，判斷水泵是否出現(xiàn)故障，若是，及時(shí)報(bào)警。

（7）當(dāng)主水泵出現(xiàn)故障時(shí)，能自動(dòng)開啟備用水泵;當(dāng)一臺(tái)泵不能滿足排水需求時(shí)，根據(jù)涌水量，自動(dòng)確定開啟水泵的臺(tái)數(shù)。

（8）系統(tǒng)根據(jù)水池液位，可結(jié)合分時(shí)計(jì)費(fèi)和“躲峰用谷”原則，決定水泵的開停時(shí)間。同時(shí)，根據(jù)液位控制水泵，實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)水泵相互輪流使用。

（9）操作站上的監(jiān)控軟件以水泵房現(xiàn)場為原型，一對(duì)一動(dòng)態(tài)顯示水泵、閥門、水流的運(yùn)行狀態(tài)以及各個(gè)儀表的數(shù)據(jù)參數(shù)。

（10）具有完善的參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)查詢和報(bào)表處理系統(tǒng)，可隨時(shí)根據(jù)客戶運(yùn)行要求，修改系統(tǒng)配置參數(shù)，查詢水泵運(yùn)行數(shù)據(jù)，打印水泵運(yùn)行報(bào)表。

（11）具有完善的操作權(quán)限管理系統(tǒng)、故障報(bào)警處理系統(tǒng)、現(xiàn)場及遠(yuǎn)程聯(lián)鎖控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)運(yùn)行更安全。工控機(jī)組態(tài)如圖2所示。

6 結(jié)語

本文主要闡述了井下排水自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用情況，在無人值守的作業(yè)環(huán)境下，該系統(tǒng)利用各種儀表、變送器監(jiān)測水泵運(yùn)行狀況，模擬現(xiàn)場管理，以PLC為核心集中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，利用光纖技術(shù)傳送信號(hào)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線自動(dòng)控制水泵，提高了操作安全性，降低了人員成本。

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收稿日期：2020-06-01

作者簡介：李岳明（1985—），男，河北石家莊人，工程師，研究方向：工業(yè)自動(dòng)化控制。