ZSK（B）型礦用水泵自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用

摘 要：我礦井下自動排水采用的ZSK（B）型礦用水泵自動化控制系統(tǒng)，以操作臺、隔爆控制箱、就地控制箱、傳感器等為主要組成部分，實(shí)現(xiàn)中央水泵房的“無人值守”。現(xiàn)就該系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行一些探討。

關(guān)鍵詞：ZSK（B）型礦用水泵；自動化控制系統(tǒng)；應(yīng)用

1 系統(tǒng)設(shè)備及組成

水泵房監(jiān)控裝置包括PLC隔爆控制箱、井下集中操作臺、LED模擬顯示屏、就地控制箱和外圍傳感器，地面上位工控機(jī)等五部分。

2 ZSK（B）型礦用水泵自動化控制系統(tǒng)硬件特點(diǎn)

2.1 采用PLC可編程控制器為核心

PLC是選用AB公司的PLC，工業(yè)生產(chǎn)中最常見的控制器。該系統(tǒng)不會因PLC故障而無法排水，大大提高了生產(chǎn)的可靠性，和應(yīng)急預(yù)案提出的前瞻性。

2.2 外圍設(shè)備性能可靠

原來使用的電磁閥因采用線圈牽引動作方式存在電壓適應(yīng)性差、密閉性能不好、壓力過高打開受阻等缺點(diǎn)，給排真空帶來了不少的問題后更改為24V供電的電動球閥解決了原來的問題。

2.3 應(yīng)急措施齊全

井下環(huán)境惡劣經(jīng)常發(fā)生電力設(shè)備故障，經(jīng)常造成故障斷電或檢修斷電致使控制設(shè)備無法正常運(yùn)行。低壓電源斷電后將不能打開排真空的電動球閥，無法排真空使得水泵無法排水，為解決此問題，將電動球閥并聯(lián)一個手動球閥解決因低壓電源故障、高壓電源正常時造成無法排水問題。

2.4 模塊化靈活性高

無排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)，易于實(shí)現(xiàn)分布，成為各種從小規(guī)模到中等性能要求的控制任務(wù)既方便又經(jīng)濟(jì)，大大提高了維護(hù)和更換的靈活性。

2.5 組網(wǎng)功能強(qiáng)大

系統(tǒng)PLC控制器提供TCP/IP的RJ45接口可掛接在中央變電所的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)上，通過交換機(jī)與全礦綜合自動化系統(tǒng)連接，并通過點(diǎn)表直接同上位機(jī)進(jìn)行通訊完成遠(yuǎn)程控制功能，實(shí)現(xiàn)“無人值守”。

2.6 液晶顯示屏人機(jī)界面（HMI）直觀

方便的人機(jī)界面已經(jīng)集成在PLC操作系統(tǒng)內(nèi)。因此人機(jī)對話的編程要求大大減少。SIMATIC人機(jī)界面（HMI）從PLC中要求數(shù)據(jù)，PLC按指定的刷新速度傳這些數(shù)據(jù)。送操作系統(tǒng)自動地處理數(shù)據(jù)的傳送。

2.7 多級口令保護(hù)，確保數(shù)據(jù)保密

現(xiàn)在企業(yè)對技術(shù)的保密和網(wǎng)絡(luò)信息保密十分重視，而該水泵的自動控制系統(tǒng)，可以為客戶提供多級、供不同層次人員準(zhǔn)入的口令保護(hù)，同時實(shí)行分級授權(quán)，有效防止非授權(quán)人員進(jìn)行私自復(fù)制和修改信息，確保網(wǎng)絡(luò)信息安全，杜絕技術(shù)信息流失。

2.8 PLC具有多種不同的通訊接口

多種通訊處理器用來連接MPI接口、PROFIBUS和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)，通訊處理器用來連接點(diǎn)到點(diǎn)的通訊系統(tǒng)；多點(diǎn)接口（MPI和PROFIBUS）集成在CPU中，用于同時連接編程器、人機(jī)界面系統(tǒng)及其他SIMATIC S7/M7/C7等自動化控制系統(tǒng)。

2.9 遠(yuǎn)程和現(xiàn)場編程，實(shí)現(xiàn)在地面調(diào)度室和井下現(xiàn)場都可通過筆記本對程序或參數(shù)進(jìn)行修改。

3 ZSK（B）型礦用水泵自動化控制系統(tǒng)的軟件特點(diǎn)

3.1 無人值守減員增效

將本機(jī)工作方式轉(zhuǎn)為“地面控制”或“自動控制”時，各水泵由地面主機(jī)或PLC根據(jù)自身程序以安全為第一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制，最終實(shí)現(xiàn)無人值守。

3.2 削峰填谷降低成本

地面計(jì)算機(jī)根據(jù)每天礦井的用電負(fù)荷情況，確定用電高峰、低谷時間，并將參數(shù)傳給本機(jī)，使水泵在最經(jīng)濟(jì)的時間內(nèi)自動運(yùn)行。

3.3 曲線式水位自動控制

水位監(jiān)測一直是礦井排水參數(shù)中最重要的參數(shù)之一，往常把水倉水位分為五檔低水位、正常水位、高水位、上限水位、危險(xiǎn)水位，通過水位傳感器的監(jiān)測反饋判斷水位所處于哪個檔，然后執(zhí)行相應(yīng)的控制動作。經(jīng)過長時間的摸索和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)現(xiàn)將固定檔位式水位控制更改為曲線式控制，式PLC控制“IQ”更高。

3.4 涌水量增大早預(yù)警

根據(jù)水倉加裝的水位傳感器實(shí)時監(jiān)測水倉水位，以時間、容積、水位相結(jié)合的方式測算出單位時間的涌水量，實(shí)現(xiàn)了突發(fā)事故早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)警、早排水的目的。

3.5 設(shè)有用水量監(jiān)測

通過模擬量水位傳感器監(jiān)測單位時間內(nèi)的上漲速度，測算出礦井的涌水量并結(jié)合水位高度確定泵控制動作，可提前了解事故情況為緊急事故提前預(yù)知提前進(jìn)入緊急排水狀態(tài)。

3.6 一鍵起停操作簡單

在井下操作臺和地面調(diào)度室可以實(shí)現(xiàn)一鍵起停功能，系統(tǒng)將按設(shè)備順序自動啟動自動監(jiān)測各個設(shè)備數(shù)值最后達(dá)到自動排水。大大降低了操作難度減小了誤操作的發(fā)生概率。

3.7 故障直觀易于維護(hù)

在現(xiàn)場觸摸屏上可漢字顯示各故障信息并報(bào)警，在地面控制站上可顯示現(xiàn)場單元當(dāng)前的報(bào)警信息以及保存的報(bào)警記錄當(dāng)運(yùn)行的水泵出現(xiàn)軸承超溫、高壓開關(guān)故障、流量不夠、正壓過低、電流不正常時自動停止運(yùn)行，并能確切的顯示故障位置和類型且有聲光報(bào)警。

4 監(jiān)測功能

安全的控制離不開齊全的監(jiān)測。整個集中控制系統(tǒng)由PLC集控及監(jiān)控部分、現(xiàn)場設(shè)備兩大部分組成。主要監(jiān)測的信號有：

4.1 被動反饋

由開關(guān)提供的各水泵的開停信號、電壓信號、電流信號、真空泵的開停信號。各個電動球閥的開關(guān)到位信號、各電動閘閥的開關(guān)位置和開關(guān)過位信號，把信號反饋到PLC集控。

4.2 主動監(jiān)測類（傳感器監(jiān)測類）

采用超聲波流量傳感器監(jiān)測排水管路的流量，誤差小、安裝方便不破壞排水管壁；采用超聲波或壓膜水位傳感器監(jiān)測水倉的水位，能隨時顯示水倉水位的具體高度精確到5毫米傳送到PLC同時在觸摸屏和地面上位機(jī)顯示；采用絕壓傳感器0-1MPa監(jiān)測泵體內(nèi)部的真空度將數(shù)據(jù)傳到PLC內(nèi)此數(shù)據(jù)為啟動水泵的重要依據(jù)；采用正壓傳感器0-10MPa監(jiān)測泵出口壓力達(dá)到因海拔高度差別產(chǎn)生的壓力后方可開啟排水閘閥進(jìn)行排水，在泵運(yùn)行過程中壓力過低為故障停泵的依據(jù)之一；電機(jī)繞組溫度及電機(jī)前、后軸承、三項(xiàng)繞組及水泵前、后軸承預(yù)埋的PT100溫度傳感器數(shù)據(jù)將采集到PLC內(nèi)進(jìn)行溫度監(jiān)測在溫度過高時成為故障停泵的依據(jù)之一并在操作臺上隔爆屏內(nèi)顯示實(shí)時溫度數(shù)據(jù)。

5 控制功能

自動控制功能，本著水位優(yōu)先的原則實(shí)現(xiàn)各個水泵的自動控制，當(dāng)水位達(dá)到高位或不在高位而處在用電低谷時間內(nèi)，將自動啟動運(yùn)行泵，當(dāng)達(dá)到低位或不在高位而處在用電高峰時間內(nèi)時自動停泵。當(dāng)水位達(dá)到上限水位時，自動啟動“運(yùn)行泵”及“備用泵”，直到水位低于高位時停止“備用泵”只運(yùn)行“運(yùn)行泵”，當(dāng)達(dá)到低位或不在高位而處在用電高峰時間內(nèi)時自動停泵，實(shí)現(xiàn)無人值守。

手動控制功能，根據(jù)實(shí)際需要也可以從自動控制方式切換到手動控制方式。此方式下操作人員在操作臺上人工手動控制。可對單個設(shè)備進(jìn)行啟、停操作但此時操作閉鎖關(guān)系投入仍然對設(shè)備設(shè)有保護(hù)功能。

地面遠(yuǎn)程控制，井下集中控制臺在將控制方式選擇為“地面遠(yuǎn)程”控制時，地面工控機(jī)被授予控制權(quán)限可對井下設(shè)備進(jìn)行非檢修操作，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

就地檢修控制各設(shè)備工作方式打到就地檢修位置時，可直接在開關(guān)上或設(shè)備附近的檢修就地控制箱上人工手動控制。因檢修方式閉鎖不投入只報(bào)警，故檢修方式只允許在就地檢修箱上進(jìn)行操作。