井下-1274水泵房自動化遠程控制系統的研究與應用

楊國能

摘 要：某礦山井下-1274水泵房擔負著礦山資源接替工程井下涌水排給的重要任務。隨著公司十三五規(guī)劃戰(zhàn)略精準定位，產業(yè)結構不斷升級，礦山裝備水平不斷提升，自動化程度要求越來越高，集中管控平臺初出端倪，隨著礦山深部資源工程持續(xù)開發(fā)，已經在公司建成能源管理中心平臺，-1274水泵房自動化建設將實現遠程監(jiān)測監(jiān)控地表操作的目的，為供排水系統實現集中操作無人值守奠定了堅實基礎。

1? 項目簡介

通過對-1274水泵房自動化遠程控制系統建設，可依據涌水量、水倉水位合理調整開停機，水倉水位與開機時間、開機臺數形成邏輯關系，可以有效地減少能源浪費，與國家節(jié)能理念相統一。采用wincc工業(yè)組態(tài)系統，動態(tài)實時顯示排水系統運行工況畫面，遠程開停機及數據信號監(jiān)測，實時對設備狀態(tài)參數有效監(jiān)測，形成數據曲線，設備運行更穩(wěn)定、更可靠，由原來泵房配置8人，最終實現井下泵房無人值守，大大減少人力成本投入。達到節(jié)省人力資源的目的。

2? 技術內容

2.1 總體思路。結合-1274水泵房排水系統現狀，為實現礦山裝備產業(yè)升級向智能化方向發(fā)展，井下排水系統達到遠程監(jiān)測、監(jiān)控，集中到礦山能源管理中心進行控制，最終實現井下泵房無人值守。采用電動元器件、執(zhí)行機構、傳感器、工業(yè)組態(tài)軟件等取代人工操作執(zhí)行，過程儀器儀表監(jiān)測，建立一套PLC控制系統實現自動化運行，信息參數采集，同時對執(zhí)行機構和執(zhí)行元件、信息采集器進行數據傳輸，利用光纖通信把PLC采集的信息傳輸至礦山廠能源管理中心后臺監(jiān)控系統，形成會澤礦業(yè)供排水系統組態(tài)畫面，實現-1274排水系統在礦山廠變電站能源管理中心集中操作，監(jiān)測、監(jiān)控。

2.2技術方案。井下自動化排水系統是井下自動化系統的重要組成部分，-1274水泵房排水控制系統主要由兩部分組成：井上監(jiān)測、控制部分和井下水泵房排水控制部分。

采用上位機控制，用于實現-1274水泵房水泵控制系統的地面監(jiān)控與井下的數據傳輸、并配有功能強大的軟件操作系統（Wincc工業(yè)自動化組態(tài)軟件），用于實現-1274排水系統的排水設備、元器件控制與監(jiān)測，通過光纖網絡系統將信息傳送到礦山能源管理中心自動化供排水系統平臺，后臺對有關信息進行分析后實現信息的共享。

-1274排水自動化遠程控制系統組態(tài)畫面

地表Wincc組態(tài)系統通過與井下-1274配電柜連接，能夠從地表工控機供電畫面實時監(jiān)測高壓開關柜電流、電壓、功率因數以及遠程分合閘，實時反映供電狀態(tài)。

各監(jiān)控系統實時采集生產工況參數，可以采用圖形、報表的形式顯示系統的實時工況。該系統在服務器中建立了綜合歷史數據庫，定時將水泵控制站的運行時間、水倉水位、流量等數據存入數據庫中，便于統一管理，更好的利用峰谷電差價降低生產成本。

水泵房控制部分由PLC可編程控制箱、水泵綜合集中控制柜和各種傳感器組成。當以太網或PLC編程箱發(fā)生故障時，水泵就地控制箱也能獨立本地控制單臺水泵運行。

3實施效果

-1274水泵房通過自動化遠程監(jiān)控系統建設，通過工業(yè)計算機的決策控制，對設備的運行狀態(tài)、過程進行自動檢測、自動控制，使設備達到最佳工作狀態(tài)。實施效果主要體現在以下三個方面：

（1）動態(tài)檢測設備性能及工作狀態(tài)參數，取代人工巡回點檢讀取數據方式，建立1751水泵房檢測單元;

（2）遠程自動啟停設備，智能控制水泵機組運行，降低操作人員勞動強度，建立地面監(jiān)控中心DCS操作室;

（3）動態(tài)畫面實時顯示供水系統運行工況，自動分析能耗指標形成能源報表，建立組態(tài)管理系統;

4? 經濟效益

礦山井下排水自動化遠程控制系統在煤礦企業(yè)運用非常廣泛，實現井下泵房無人值守，在安全方面有著深遠的意義。-1274水泵房實現自動化遠程控制，實現泵房無人值守，在公司得以推廣使用，同時在公司其他礦山得到借鑒應用。

4.1? 建設投資。2016年投入自動控制系統裝備及軟件投資總計：55.32萬元，主要分為以下幾個部分：

主控設備GK30/660可編程控制子站18.5124萬元，集中控制柜GK30/660可編程控制顯示柜10.9188萬元，觸摸液晶屏1.6208萬元，礦用本安控制顯示箱1.7366萬元，編程組態(tài)軟件及控制程序2.2102萬元，地表工控機5.4962萬元，電動閘閥、球閥及其輔材合計14.8252萬元。

4.2? 減少人力成本投入。泵房按照8人值守，每人每月人工成本約為4500元，2016年全年人力成本共計為43.2萬元（8×12×4500=432000元）。

4.3? 節(jié)能降耗。直接經濟效益：采用利德華福變頻器后大大降低排水單耗，-1274泵房每月排水耗電約為650000KW.h，采用變頻器后每月排水耗電約為478250KW.h，每月約減少180000KW.h（此處不計電機效率）。工業(yè)用電按照0.5元/KW.h計算，全年按12個月計算。直接經濟效益：180000kwh*0.5元/kwh*12月=1080000元

間接經濟效益：通過采用自動化遠程控制系統對MD600-70×6B2（Y）臥式離心泵進行遠程控制開停機，合理調整開停機時間，大大降低泵體磨損，主要磨損部件如下表所示：

每臺MD600-70×6B2（Y）臥式離心泵更換主要磨損配件費用約202392元，2臺費用大約為404784元。

通過對-1274泵房內2臺臥式離心泵（型號：MD600-70×6B2（Y））遠程自動化控制系統建設，總經濟效益約為1916784萬元。

結束語

通過對井下-1274水泵房排水系統，進行了工藝流程及控制設備的改造。改造后的工藝流程能保證排水系統正常有效地運行，大大提高了井下排水系統可靠性、安全性。采用S7-300PLC控制工控機穩(wěn)定可靠、功能強大且自動化程度高，以Wincc組態(tài)軟件平臺為基礎的遠程控制系統實現了對井下排水系統的實時控制與調整，提高了排水效率，減少了維護費用，同時具有故障響應及時，操作簡單方便，控制過程模擬形象，組態(tài)畫面豐富等特點，最終實現井下排水泵房無人值守。