礦井主排水泵遠程自動監控技術的應用

王延祥

0 引言

利用自動監控技術在國內外一些科技型企業電氣控制中廣泛應用的經驗，筆者對其應用于礦井主排水泵控制系統進行了研究，從而對章村礦主排水系統進行了遠程自動監控技術改造。該技術首先在該礦三井中央泵房成功應用，并在四井－200 m水平泵房和24采區泵房得到推廣，實現了井下集中控制和地面上位機遠程控制，自動動態監測運行參數，數據可利用光纖通過工業以太網傳送至管理層辦公室計算機，從而擴大了監控范圍，提高了礦井的綜合自動化和信息化水平。

1 自動監控系統概述

自動監控系統主要由PLC控制器、流量計、壓力傳感器、溫度傳感器、接觸器、變送器等組成。水泵自動監控系統是通過可編程控制器、微機控制器、Win CC組態軟件對排水系統中的水泵機組和管路閥門進行控制，集排水監測控制和電機開停及閥門開關管理于一體的機電一體化系統。通過改造，系統的穩定性、可靠性及自動化程度都有所提高。系統接線示意圖如圖1所示。

圖1 系統接線示意圖

2 系統功能

系統設備主要有集中控制臺、電源箱、就地控制箱和上位機等。集中控制臺、電源箱放置在泵房內集中控制硐室，就地控制箱放置在泵房內水泵控制現場（常固定在泵房墻壁上）。集中控制臺主要有顯示和控制功能，這些功能由可編程控制器采集外部信號并通過程序運算來實現。可編程控制器采用PLC控制，運算速率高、穩定性好。

（1）通過可編程控制器能夠自動采集、顯示水泵和閘閥的各種運行參數。（2）系統能夠根據水倉水位、工作制及負荷情況控制水泵自動工作。（3）可編程控制器能夠通過監測水泵現場的各個信號，判斷水泵的工作情況。當系統故障時發出警報信息，并根據故障類型判斷是否停止水泵運行。（4）可以自動、手動、就地控制水泵的啟動和停止以及閘閥的開關。（5）系統的上位機（地面遠程監控室）可完成水泵控制的各種操作，并監控水泵的運行參數和閘閥的動作情況。（6）每臺水泵都設有就地控制箱，可在檢修方式下就地開停水泵及相應的閘閥。（7）系統具有現場可編程、PLC輸入輸出點數可擴展、顯示操作方便等特點，可通過RS485或工業以太網接口模塊與網絡交換機連接。（8）控制系統具有較強的抗干擾能力，自動顯示故障信號和系統信息。（9）系統的主要監測信號包括：各臺水泵的開停信號，各只閘閥的開關位置信號，排水管流量，水倉水位信號，水泵的負壓值、正壓值，電動機溫度及電動機軸承溫度信號、電壓、電流等，同時備有高清攝像頭監視現場情況。（10）系統的控制信號包括：電機的開停控制、閘閥的控制及射流泵閘閥的控制。

3 系統的控制方式及其原理

系統控制方式分為自動、手動、檢修（就地）3種，主要監測的參數有水泵的控制方式、水泵軸溫、水池水位、管路壓力、管路流量以及閘閥開關到位情況等。

3.1 自動控制方式

根據現場設定時間、水位以及用電負荷等參數自動開啟、停止水泵的運轉，并能實現水泵和閘閥的聯鎖啟動，對運行中的各種參數進行實時監控，通過工業以太網傳輸至上位機。具體操作如下：首先在操作臺選擇某個泵工作方式轉換開關，將工作方式轉換開關旋轉至自動控制的啟動條件，然后選擇排水管路，如果符合條件，在上位機控制界面點擊啟動按鈕，啟動完畢后，實時監控水泵及閘閥的運行參數和水位、管路流量、壓力等參數；如果水泵運行期間出現故障，它會依據監測的故障參數自動停止運行，并發出警報；若監控人員根據現場參數想停止水泵的運行，點擊停止按鈕即可，上位機可對各臺水泵運行狀況進行統計，便于上位機管理人員及時掌握每臺水泵的工作狀況。上位機遠程自動監控主界面如圖2所示。

圖2 上位機遠程自動監控主界面圖

3.2 手動控制方式

首先在集中控制臺選擇要啟動的水泵，并將其禁啟按鈕打開，然后選擇該泵的工作方式，將工作方式轉換開關旋轉至手動控制的啟動條件，選擇該泵的排水管路，觀察水泵的啟動條件，如水倉水位等，如果符合啟動條件，先按下射流泵閘閥啟動，閘閥打開到位后，水流經過閘閥產生負壓，依據現場水泵參數，設定水泵啟動的負壓值，達到設定的負壓值后按下水泵啟動按鈕。水泵啟動后監控水泵上方管路的正壓值，并隨即關閉射流泵閘閥到位，當水泵抽出水的壓力達到設定的壓力值時，開啟該水泵事先設定對應管路的閘閥并到位，該臺水泵整個啟動過程完畢。如果關閉水泵，首先關閉該臺水泵對應管路的閘閥，關到位后按下水泵停止按鈕即可。

3.3 就地控制方式

就地箱安裝在水泵控制現場，便于檢修狀態下使用。首先在就地控制操作臺選擇某臺泵工作方式轉換開關，將其旋轉至檢修方式，并在就地控制箱選擇就地控制方式，然后按照控制臺的啟動方式和順序依次啟動。

4 簡單故障處理思路

本系統中控制臺都是通過繼電器控制負載，控制箱中繼電器KA1為報警繼電器，KA2、KA3分別為控制繼電器。當按下操作按鈕設備未進行相應動作時，先檢查控制箱中相應的繼電器是否吸合，如繼電器吸合負載不動作，檢查負載電源線路是否出現問題；如繼電器不動作，更換繼電器后進行相同操作；若繼電器仍不動作，檢查PLC對應的輸入點、輸出點在按鈕操作時是否點亮；排除PLC故障后，如按下按鈕PLC輸入點沒有點亮，檢查控制臺按鈕線路、操作繼電器線路是否有松動虛接現象。對于閘閥，當控制箱繼電器動作而閘閥不動作時，除檢查對應的接觸器是否出現故障外，還應檢查熱繼電器是否斷開。

5 結語

章村礦應用主排水泵遠程自動監控技術后，還制定了控制操作流程及相應的注意事項，并組織水泵司機和維修工對遠程自動監控技術進行了學習，確保了遠程自動監控技術的順利實施。實踐證實，應用主排水泵自動監控技術后水泵在最佳工況點運行，提高了運行效率；充分利用水倉設置，為峰谷開泵節約了電價；動態自動監測設備溫度、電壓、電流、流量等運行參數，確保了設備安全運行；地面遠程監控平臺利用WinCC組態軟件實現的遠程操控流程簡單方便，既改善了操作環境，又降低了作業強度，監控信息可傳達到管理層，且可實現井下現場無人值守；上位機遠程監控，一人同時監控3個泵房，省下崗位工6名，減人增效，提高了該礦的機電綜合自動化和信息化水平。

［1］卜祥泉，周樹志，龐科旺.煤礦井下排水泵控制系統設計［J］.工礦自動化，2007（3）

［2］熊樹.煤礦井下排水泵機組無人值守自動化系統的設計［J］.煤炭工程，2007（11）

［3］陳建明.電氣控制與PLC應用［M］.北京：電子工業出版社，2006